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El corrimiento al rojo

Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

Digamos que me encuentro aquí y voy a plantear  dos escenarios. En uno de los escenarios soy   un observador. Este soy yo, quizá mejor debería  dibujar mi globo ocular porque vamos a observar   la luz, así que sólo dibujaré mi globo ocular.  Así que este soy yo en el primer escenario,   o este es uno de mis ojos. Y luego este es uno  de mis ojos en el segundo escenario. Ahora,   en ambos escenarios vamos a tener un objeto  que será algún tipo de fuente de luz,   pero en el primer escenario esta fuente de luz  permanecerá estática con respecto a mí, mientras   que en el segundo escenario la fuente de luz  como parte de la discusión y sólo por diversión,   se va a mover a la mitad de la velocidad de  la luz, que es una velocidad inimaginablemente   rápida. Pero supongamos que así se mueve, a  una velocidad de ½ de la velocidad de la luz,   y esta fuente tan rápida se aleja de mí que soy  el observador. Imaginemos lo que pasa en ambos   escenarios. Ambos tienen una fuente de luz y  ambos comenzarán a emitir luz al mismo tiempo,   y cuando empiezan a emitir luz ambos están  exactamente a la misma distancia de mi ojo;   la única diferencia es que en el primer escenario  la fuente de luz está estacionaria con respecto a   mí, mientras que en el segundo escenario la fuente  de luz se aleja de mí a la mitad de la velocidad   de la luz. Entonces digamos que después de cierto  periodo de tiempo la onda de luz de esta fuente   llega a mi ojo, y luego luce algo así. Trataré  de dibujarlo lo mejor posible. Quiero dibujar   un par de longitudes de onda aquí. Digamos que  es la mitad de la longitud de onda, esa es una   longitud de onda completa, eso es otra mitad;  una longitud de onda completa, otra mitad, una   longitud de onda completa. Luego la mitad y luego  una longitud de onda completa. Permíteme ver si   puedo dibujar esto, que se vería como una longitud  de onda completa, longitud de onda completa,   longitud de onda completa. No es fácil de hacer. Y  luego tienes otra longitud de onda completa que se   vería algo así, la forma de onda real. Y entonces  el frente de la onda está llegando a mi ojo,   y luego, a medida que las formas de onda continúan  pasando por mi ojo, mi ojo percibirá algún tipo   de longitud de onda o frecuencia, y lo percibirá  como algún tipo de color, suponiendo que la fuente   de luz está en la parte visible del espectro  electromagnético. Ahora pensemos en lo que pasa   con esta fuente. Lo primero es que el frente  de la forma de onda me alcanzará exactamente   al mismo tiempo que la del primer escenario. Una  de las cosas asombrosas sobre cómo viaja la luz,   en general, especialmente en el vacío, es que  no importa que la fuente se aleje de mí a la   mitad de la velocidad de la luz, la luz seguirá  moviéndose hacia mí a la velocidad de la luz,   es absoluto, no importa si esto desaparece a 0.9  de la velocidad de la luz, la luz seguirá viajando   hacia mí a la velocidad de la luz. Y es muy poco  intuitivo porque nuestro sentido común nos dice   que si me estoy alejando de ti a la mitad de  la velocidad de una bala y disparo una bala,   se resta la mitad de la velocidad y la bala se  moverá hacia ti a la mitad de su velocidad normal,   si el disparo hubiera sido estacionario. Pero así  no sucede con la luz. Con esto en mente, pensemos   en cómo se vería la forma de onda. Entonces,  para cuando la luz llega aquí. Permíteme volver   a dibujar esto aquí y volver a dibujar este globo  ocular aquí; aquí estoy yo. Recuerda que ambas   fuentes de luz comenzaron a emitir luz al mismo  tiempo y esta fuente ha recorrido la mitad de esta   distancia. Si a la luz le tomó una cierta cantidad  de tiempo llegar hasta acá, su fuente recorrerá   la mitad de esa distancia en la misma cantidad  de tiempo, así que para cuando la luz alcanza   a mi ojo la fuente habrá viajado la mitad de esta  distancia, habrá llegado hasta acá, recorrió toda   esta distancia. Ambas fuentes comenzaron a emitir  luz al mismo tiempo, por lo que ese primer fotón,   si consideras a la luz como una partícula, llegará  a mi ojo al mismo tiempo que el primer fotón de   esta fuente. Entonces la forma de onda se estirará  de manera que seguimos teniendo una, dos, tres,   cuatro longitudes de onda completas. Pero ahora  éstas se estirarán. Déjame ver si puedo dibujar   cuatro longitudes de onda completas. Voy a cortar  esto por la mitad aquí, y cortar cada uno de estos   por la mitad. Entonces, cada uno de estos será  una luz de onda completa y luego tendrá media   longitud de onda en el medio, por lo que la forma  de onda se verá así. Trataré de dibujarlo lo mejor   posible. Esta es la parte más difícil, dibujar  la forma de onda estirada. Y ahí tienes, se verá   así. Entonces, cuando llegue a mi ojo, mi ojo lo  percibirá como si tuviera una longitud de onda   más larga, aunque desde la perspectiva de cada  una de las fuentes, si te mantienes junto a cada   una de ellas en todo momento, la frecuencia y la  longitud de onda de la luz que emiten es la misma;   la única diferencia es que esta fuente se está  alejando de mí o yo me estoy alejando de ella,   dependiendo de cómo quieras verlo, mientras que  en este primer caso tanto el observador como la   fuente están estacionarios. Ahora, en esta  situación, ¿qué va a percibir mi ojo? Bueno,   mi ojo captará cada uno de estos pulsos o cada uno  de estos trenes de ondas sucesivos, y va a decir   "Oye, hay una longitud de onda más larga aquí,  yo percibo una longitud de onda más larga". Voy   a escribirlo: se percibe una longitud de onda más  larga aquí y también se percibe una frecuencia más   baja. Entonces, ¿qué le hará esto a la percepción  de la luz? Digamos que esta luz es de color verde,   por lo que si la fuente de luz está estacionaria  igual que el observador, él la verá de color   verde. Veamos el espectro electromagnético. Esto  lo copié de Wikipedia. Entonces, si la fuente de   luz está estacionaria con respecto al observador,  estaríamos en la parte de luz verde del espectro,   es decir, una longitud de onda de 500 nanómetros;  pero si de pronto la fuente de luz se aleja del   observador a esta enorme velocidad, la longitud de  onda percibida se vuelve más ancha. Y puedes ver   lo que está pasando aquí, se verá más rojo,  se mueve hacia la parte roja del espectro.   Y este fenómeno se llama Corrimiento al rojo, y  tenemos muchos videos en la lista de Física sobre   el Efecto Doppler, y allí hablo de las ondas  sonoras y la frecuencia percibida del sonido:   si algo se acerca a ti en lugar de que se  aleje de ti, que es exactamente la misma idea,   este es el Efecto Doppler aplicado a la luz. Y la  razón por la que el Efecto Doppler funciona para   la luz que viaja a través del espacio y para el  sonido que viaja a través del aire es porque la   onda de sonido en el aire, independientemente de  si la fuente se está alejando o se está acercando,   la onda de sonido se moverá a la velocidad del  sonido en el aire a cierta presión y todo eso,   y con la luz en el vacío sucede lo mismo, siempre  e independientemente del movimiento de la fuente,   la onda de luz real siempre viajará a la misma  velocidad, la única diferencia es que cambiará   la frecuencia y la longitud de onda percibidas.  Y la razón por la que estoy hablando de esto es   porque puedes usar esta propiedad de la luz del  Corrimiento al rojo para ver si las cosas se   alejan o se acercan a ti. Y la gente habla  del Corrimiento al rojo porque francamente   la mayoría de las cosas se alejan de nosotros,  esa es una de las razones por las que tendemos   a creer en el Big Bang. Por el contrario, si  algo viaja hacia ti a velocidades súper altas,   entonces tendríamos algo llamado Corrimiento  al violeta o desplazamiento al violeta,   donde la frecuencia percibida se incrementa, por  lo que se vería más azul o más púrpura. Ahora,   otra cosa que quiero resaltar es que este fenómeno  de Corrimiento al rojo no se aplica sólo a la luz   visible, también se puede aplicar a las cosas  que ni siquiera podemos ver. Podría aplicarse   a ondas que ya son rojas y que al alejarse se  vuelven más rojas, aunque no las podamos ver;   la onda emitida podría ser de microondas, pero  debido a que la fuente se aleja tan rápidamente   de nosotros podemos percibir la onda como  una onda de radio. De hecho, debí mencionar   esto en el video sobre la radiación de fondo de  microondas que la percibimos como microondas,   pero que esas fuentes se están alejando de  nosotros, por lo que están corridos al rojo,   por lo que, en realidad las fuentes no  emiten radiación de microondas, es sólo   que lo que observamos es en realidad radiación  de microonda, y eso se predice con base en el   Big Bang. De cualquier manera espero que esto te  dé una idea de lo que es el Corrimiento al rojo y   puedas usar esta herramienta para explicar por  qué pensamos que muchas, muchas cosas se están   alejando de nosotros. Y ahora quiero asegurarme  de que entiendas esta idea. Si tengo dos objetos,   digamos que son dos soles, estrellas o son dos  galaxias o lo que sea, debido a otras propiedades,   que no mencionaré en este momento, sabemos  que probablemente emiten luz del mismo color   y sabemos esto porque conocemos otras propiedades  de esas estrellas o galaxias, pero si lo que   realmente percibimos es que este nos parece más  rojo que este, entonces sabemos que el primero   se está alejando de nosotros, y cuanto más rojo  se vea, mientras más se extienda su longitud de   onda en relación con esta otra estrella, más  rápidamente se estará alejando de nosotros.