IMPULSO Y ENERGÍA DE LA LUZ


 
 

Cabe plantear las leyes de la relatividad a la propia luz, es decir, a fotones que viajan a la velocidad límite, c. Para este caso, aplicando la ley que expresa la velocidad en función de las magnitudes dinámicas:

 
 
 

 
Se obtiene la siguiente relación entre la energía y el impulso de la luz:
 

Eluz = p · c

 
Mientras que aplicando la ley fundamental de la dinámica
 

(mc2)2= E2 – (p·c)2

 
Se obtiene que la masa de las entidades que forman la luz tiene que ser nula (m=0).
 

Es decir, la dinámica relativista atribuye a la luz una masa nula pero un impulso lineal distinto de cero. Este resultado no tiene explicación dentro de la dinámica de Newton, pero, en cambio, es coherente con el concepto de la física moderna de que la luz está conformada por fotones, entidades corpusculares sin masa, pero con energía e impulso lineal.

 

Conviene saber que el hecho de que la luz tiene cantidad de movimiento o impulso lineal ya era conocido con anterioridad al establecimiento de la relatividad especial. De hecho se trata de una consecuencia de la teoría electromagnética de Maxwell y se contrastó experimentalmente al estudiar un fenómeno conocido como "presión de la radiación". Básicamente este fenómeno consiste en el hecho de que la luz, cuando incide, por ejemplo, sobre una lámina metálica, ejerce una presión. Si se trata de una lámina muy fina dispuesta de modo que pueda girar, la luz que incide sobre ella le provoca un giro y se puede deducir, del ángulo de torsión, el valor del impulso lineal del haz lumínico. El primer experimento cuantitativo sobre la "presión de la radiación" lo realizó Lebedev (1866-1912) en el año 1901.

 

La magnitud de la presión que puede ejercer la luz es casi insignificante. Por ejemplo, la luz emitida por una bombilla de 500W ejerce a una distancia de 1m una presión del orden de una diezmillonésima de N/m2. Podemos hacernos una idea de la pequeñez de este valor viendo que un libro de bolsillo de 200g con una superficie de 200cm2, apoyado sobre una mesa, ejerce sobre ella una presión de 100N/m2, por lo tanto, mil millones de veces mayor que la presión de la radiación de la bombilla.

 

 

Cabe concebir, no obstante, situaciones en las que la presión de la luz puede tener efectos macroscópicos observables. Un ejemplo de esto son las velas estelares que imaginó por primera vez el astrónomo ruso Friedrich Tsander (1887-1933) en 1924 y también formaron parte de relatos de ciencia ficción, como uno de Arthur C. Clarke, llamado: "El viento del Sol".

Un velero estelar debe ser muy fino y ligero, tener una superficie muy brillante que refleje los fotones para impulsarla, aprovechando la energía de la luz emitida por el Sol o por otras estrellas. Aunque reciba un empuje muy pequeño, éste le permitirá alcanzar grandes velocidades en poco tiempo, dada la ausencia de rozamiento en el espacio.