La lletra «c» minúscula, en física representa la velocitat de la llum. El fet d'haver triat aquest lletra prové de la paraula llatina celeritas, que vol dir velocitat. D’aquí la nostra paraula accelerar i tot un seguit que comencen per accel.
És una xifra constant que en el buit té un valor de 299.792,458 km/s. Si viatja a través d’altres medis varia. Així en l’aigua viatja a uns 225.000 km/s, 1,333 cops per sota. Aquesta relació marca l’índex de refracció dels diferents medis. Així per l’interior d’un diamant, amb índex 2,42, viatja només a 124.000 km/s.
 |
Fotó atrapat en un condensat de Bose-Einstein ultrafred |
Aprofundint en aquest aspecte, cal dir que el 1999 la física danesa Lene V. Hau va aconseguir reduir la velocitat dels fotons a només 60 km/h (17 m/s) en un experiment amb un núvol d’àtoms de rubidi ultrarefredat a uns 100 nK (nanokelvins, una unitat científica de temperatura, gairebé el zero absolut. Aquest núvol tan fred es considera un condensat de Bose-Einstein, un nou estat de la matèria. El 2013 va aconseguir aturar els fotons del tot. Els seus estudis són d'utilitat en camps tan diversos com els ordinadors quàntics o la biotecnologia.D’acord amb la teoria de la relativitat especial, c és la velocitat màxima a la qual pot viatjar l’energia, la matèria o la informació. Les partícules sense massa, com els fotons i les ones gravitatòries també ho fan. Així mateix, forma part de l'equació d’Einstein, equivalència massa-energia, E=mc2.
Si disposem d’una partícula i la volem accelerar, imaginem un protó donant voltes al LHC (Gran Col·lisionador d’Hadrons) que es troba al CERN a Ginebra, veurem que a l’injectar-li energia va guanyant velocitat i també massa. De fet, al mateix LHC, quan un protó gira al 99,9997% de la velocitat de la llum, ha guanyat una massa equivalent a 430 cops la que tenia al principi.
Què li ha passat al protó?, per què s’ha engreixat tant?
La raó, segons els científics, és molt clara. Com que el protó no pot anar guanyant energia de forma continua, ja que superaria el límit de la velocitat de la llum, el que fa és engreixar-se. Com ? Transformant, segons l'equació d’Einstein, l’energia en massa. Queda palès que ni la massa ni l’energia es conserven, tal com es pensava al segle XIX, sinó que es transformen l’una en l’altre, el que es conserva és la suma de l’una i l’altre.
Imagineu que la bomba atòmica d’Hiroshima va utilitzar només una massa de 6 kg d’urani, transformant-la en energia. Està clar, la quantitat d’energia obtinguda surt de multiplicar la massa per la velocitat de la llum dues vegades. Un resultat molt, molt alt.
Altre referència molt utilitzada és la paraula «anys-llum» (a.l.). Es pot valorar de dues formes diferents, com temps o com distància. Quan diem que l’estrella més propera a nosaltres, Alfa Centauri, es troba 4 a.l., volem dir que la llum que ens arriba d’aquella estrella va sortir fa quatre anys, que és el temps que ha estat viatjant per l’espai per arribar fins la Terra. Per tant estem veient la llum que reflectia l’estat de l’estrella fa quatre anys. Això vol dir que l’estrella podria haver sofert canvis i nosaltres encara no ho sabríem. És com mirar en el passat.
L’altre forma d’entendre els a.l. és com un factor de distància, la quantitat de quilòmetres al qual es troba una estrella. Cal multiplicar la velocitat de la llum pel nombre de segons que conté un any, surt de l’ordre de 9 bilions de quilòmetres per cada any de viatge de la llum fins a l’estrella que observem.
En Galileu va ser el primer en intentar mesurar la velocitat del so, disparant un canó des del cim d’un turó i, des d’una distància d’uns 3 km, intentar saber quina diferència de temps hi havia entre el moment que es veia el foc del canó i escoltaven el soroll de l’explosió. Amb l’ajut del batec del cor, com rellotge, va determinar que la velocitat del so era de 350 m/s. Valor molt aproximat al real de 340 m/s.
Va intentar reproduir l’experiment però ara aplicat a la velocitat de la llum. No ho va aconseguir. Al segle XVII no existia cap tipus de rellotge capaç de detectar una variació tan minsa de temps. Observant els llampecs del cel intuïa que no podia ser infinita, doncs per escampar la seva llum necessitaven un cert temps, però va desistir de fer cap estimació.
No va ser fins el 1676 que l’astrònom danès Ole Roemer va aconseguir donar una primer xifra. Aquest home de 21 anys es trobava treballant a Uraniborg (Dinamarca), seu de l’observatori de Tycho Brahe. A la mort d’aquest darrer, en Jean Dominique Cassini, director de l‘observatori de París, va enviar un emissari allà per mesurar les coordenades del lloc, que necessitava saber amb exactitud pels seus propis càlculs.
En Cassini estava estudiant les ocultacions i aparicions del satèl·lit Io, de Júpiter. Sabia que feia una òrbita al planeta cada 42,5 hores, però mai ho havia pogut cronometrar amb precisió. Es basava en que la llum es movia amb velocitat infinita i que la posició de la Terra no influïa en la mesura.
 |
Experiment de Roemer |
Roemer va ignorar aquests prejudicis. Va refer els càlculs i va anunciar que el satèl·lit apareixeria el dia 9 de novembre a les 17:37, quan els càlculs de Cassini indicaven que seria a les 17:27. En Roemer va guanyar, però va tenir que tornar a Dinamarca. Cassini i tots els seus van intentar defensar el bon nom del Director de l’Observatori i el van fer fora.
En Roemer havia tingut en compte que la Terra sí que es desplaça pel cel i que la llum que envia Io quan surt ha de recórrer més distància. La distància de Júpiter al punt E1 és menor que a E2. Així si sabem quan més lluny està la Terra de Júpiter i quin temps de més triga, podem establir una relació. Va obtenir el valor de 200.000 km/s, ben proper al valor real per aquells moments.
El 1729 en James Bradley, astrònom anglès, que estudiava la desviació aparent de les estrelles (paral·laxi), va obtenir un valor de 283.000 km/s. Altres autors parlaven de fins a 304.000 km/s.
Hyppolyte Fizeau el 1849, va realitzar un nou experiment. Va llençar un feix de llum des d’una distància superior al 8 km i la va fer passa per una roda amb 720 dents que girava a 12,6 revolucions per segon. Així va obtenir un valor de 314.363 km/s. En Leon Foucault, també francès, amb un mètode similar, va precisar fins a 298.000 km/s.
 |
Experiment de Fizeau |
El 1879, en Marie-Alfred Cornu millorà el mètode de Fizeau i obtingué el valor de 300.030 km/s.
Actualment s’accepta el valor de 299.792,458 km/s per a la velocitat de la llum en el buit com valor màxim, res al nostre univers pot anar més ràpid.
Publicat a la Revista de Banyoles en el seu número 1.096 de març de 2025