velocidad de la luz

En un laboratorio de París, se hizo que la luz fluyera alrededor de un obstáculo, como el agua rodea una piedra en un arroyo. Solo que aquí el agua es especial: no siente fricción.

Un espejo que vuela a casi cuarenta mil kilómetros por segundo. La luz que incide sobre él rebota, pero ya no es la misma: como una pelota que es devuelta por una raqueta en movimiento. Ese espejo es lo que los científicos han construido dentro de una finísima hebra de vidrio rellena de hidrógeno.

Una piedra lanzada al agua pierde velocidad rápidamente. Un meteoro que entra en la atmósfera debería comportarse igual: el aire lo frena y la fricción quema su material. Pero las cámaras de la red Global Fireball Observatory han capturado durante diez años cientos de bólidos brillantes que atraviesan el cielo casi sin desacelerar.

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

Un protón o un núcleo atómico a gran velocidad choca contra la atmósfera terrestre y nace una cascada de miles de millones de partículas. Esa lluvia atmosférica extensa se precipita hacia la superficie, mientras telescopios sensibles captan su tenue resplandor.

Medir distancias en el universo no es tarea fácil. Casi todos los métodos se basan en la luz, que en su camino hacia nosotros puede ser absorbida por el polvo, dispersarse o distorsionarse. Es como intentar divisar un faro lejano a través de la niebla y la bruma. Los neutrinos son harina de otro costal. Estas partículas fantasma atraviesan cualquier cosa sin inmutarse.

Una trampa de luz mantiene a un átomo casi inmóvil, como una bolita sobre un resorte suave. Pero en cuanto aparece una aceleración, por ejemplo la gravedad, el equilibrio se desplaza. El átomo se mueve dentro de la onda de luz estacionaria, y esto cambia el ritmo al que intercambia energía con el campo.

Un espejo puede mantener el rayo reflejado en un punto, incluso al girar. Los ingenieros aplicaron este mismo principio en el rango de radio, creando un espejo inteligente en un dron. Este amortigua el temblor y las vibraciones en tiempo real: predice los movimientos del aparato y se reconfigura al instante para que la señal permanezca nítida.

En los cruces sin semáforos, los humanos negocian con la mirada. Un vehículo autónomo no puede hacerlo: debe decidir simultáneamente si avanzar o ceder el paso, y trazar una trayectoria. Antes, estas tareas se separaban, lo que provocaba maniobras bruscas y peligrosas. Los científicos las han unificado mediante campos de fuerza virtuales que envuelven cada coche.

La jungla de piedra urbana pone a los drones en la situación de un murciélago ciego. Las cámaras se quedan ciegas tras cada esquina, el GPS se confunde entre rascacielos, y las ondas de radio se desintegran en cientos de ecos.

Un radar corriente funciona como un fotógrafo aficionado: toma una serie de fotos borrosas e intenta unirlas en una panorámica. Los detalles quedan difuminados, y en un pasillo largo o entre una multitud, el robot se pierde con facilidad. El principio es simple: como un murciélago, el radar emite una onda y capta el eco.

En una habitación con un rincón muerto, el sonido no llega. En la pared, un espejo inteligente: capta el sonido y lo redirige, haciendo audible lo oculto. Así funciona una superficie reflectante en las comunicaciones inalámbricas. Pero si la fuente está justo delante, el espejo solo crea eco.

Tradicionalmente, los algoritmos de aprendizaje automático operan en un entorno estático, como agua que fluye por un cauce ya trazado sin cambiar su forma. El nuevo método invierte este paradigma: permite que el agente aprenda acciones y, al mismo tiempo, modifique el entorno en el que existe.

Un cuadricóptero volador del tamaño de una abeja traza su propia ruta en interiores, como una sonda espacial en un campo de asteroides. La cámara funciona como un instrumento de fotometría, captando la luz reflejada, y el procesador a la velocidad de la luz decide hacia dónde girar.

En una cocina con hornillas de gas, cada una calienta a su manera. Si el cocinero cambia las ollas de lugar, la comida puede quemarse. Lo mismo ocurre en una red inalámbrica: las antenas-hornillas y los usuarios-ollas requieren una colocación precisa. Las redes neuronales comunes no distinguen posiciones, considerando todas las hornillas iguales.

La fibra óptica transmite datos con luz de diferentes colores. Estos rayos viajan casi a la velocidad de la luz. Normalmente todas las señales van en la misma dirección, provocando aglomeraciones e interferencias — como una orquesta donde los músicos se gritan unos a otros.

Cuando se diseñan antenas para smartphones, los ingenieros necesitan un patrón — algo como un diapasón para afinar instrumentos musicales.

En 2021, el observatorio LHAASO registró fotones gamma con energías superiores al petaelectronvoltio procedentes de fuentes como la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova en cuyo centro late una estrella de neutrones.

La luz fluye como un río invisible. Si colocas un obstáculo en el camino del flujo, el agua se arremolina en remolinos. Así, las superficies especiales crean 'torbellinos' de luz que atrapan nanopartículas como astillas.

Entrenar una gran red neuronal en cientos de máquinas es como cocinar una sopa con decenas de chefs: cada uno prueba y comunica sus ajustes a los demás. En el aprendizaje automático moderno, estas «negociaciones» consumen tiempo y ancho de banda, y son vulnerables a las escuchas.

Sería un billar extraño si las bolas no tuvieran masa. No chocarían, sino que pasarían unas a través de otras sin notar obstáculos. Así se ve aproximadamente el intento de imaginar la luz como un flujo de partículas clásicas: pequeños corpúsculos elásticos que vuelan en línea recta. Una nueva demostración pone fin a esta imagen.

En 1963, Maarten Schmidt descifró la naturaleza de los cuásares, lejanos núcleos activos que brillan más que galaxias enteras. Desde entonces hemos aprendido que en su corazón se esconden agujeros negros supermasivos que transforman la materia que cae en luz deslumbrante.

El espacio interestelar no es un desierto cósmico, sino una autopista de alta velocidad. Billones de asteroides y cometas de otros sistemas pasan a toda velocidad junto a nosotros, pero los telescopios-cámara solo captan unos pocos.

El espacio interestelar no es un desierto cósmico, sino una autopista de alta velocidad. Billones de asteroides y cometas de otros sistemas pasan a toda velocidad junto a nosotros, pero los telescopios-cámara solo captan unos pocos.

Imagina a un bailarín de tres rostros en la cresta de una ola de luz. Un rostro es el receptor, absorbiendo los fotones incidentes. Otro, un espejo perfecto que devuelve la luz. El tercero, un vidrio esmerilado que dispersa los rayos en todas direcciones. A baja velocidad, la danza es armoniosa. Pero a velocidades relativistas, la coreografía se desmorona.

El cono de luz es un plano de causalidad, grabado con láser en el tejido del cosmos. En la física clásica es afilado como un bisturí: los eventos dentro están unidos por hilos invisibles de influencia, mientras que fuera reina el aislamiento eterno, sellado por la velocidad límite.

Un rayo de luz se acerca a un agujero negro no de frente, sino en trayectoria tangencial. Si el ángulo es perfecto, la luz no cae hacia adentro ni escapa: empieza a enrollarse en círculos, como un patinador que gira en el borde de un embudo. Esta estrecha pista es el anillo de fotones.

El telescopio de rayos X XRISM observó durante 170 000 segundos el núcleo de la galaxia Cygnus A, una de las fuentes de radio más potentes del cielo. En su centro se esconde un agujero negro supermasivo que engulle materia y la calienta hasta hacerla brillar en rayos X.

Si tiras una piedra a un estanque, se forman ondas que se expanden en todas direcciones. Ahora imagina que el estanque se convierte de repente en gelatina, y lo hace instantáneamente, más rápido de lo que tarda la onda en completar una cresta.

La luz viaja más rápido que nada en el universo, y esto no es solo un hecho, sino el fundamento sobre el que se asienta la relatividad general. Pero, ¿qué pasaría si mentalmente frenáramos la luz hasta convertirla en un paso de tortuga? Precisamente ese juego con las ecuaciones es lo que han hecho los autores de este nuevo trabajo.

Un lidar convencional es como un pintor que dibuja un paisaje pero solo ve sombras grises. Mide con precisión la distancia a cada punto, pero no puede decir si eso es piedra, madera o plástico. Para conocer la composición se necesita un espectrómetro, un dispositivo aparte que funciona lentamente y no sigue el ritmo de un escáner rápido.

Un flash fotográfico común dura milésimas de segundo. Un pulso de attosegundos es un billón de veces más corto: en el tiempo que dura, la luz recorre una distancia menor que el tamaño de un átomo.

Un láser convencional se parece a una orquesta cuyos músicos necesitan calentar antes de tocar al unísono. Primero hay que bombear energía a suficientes átomos para que se 'inviertan' y estén listos para emitir luz: esto se llama inversión de población. Solo entonces surge el haz.

La velocidad de la luz en el vacío es el metrónomo de la física: marca el ritmo de todos los procesos. Si se desincroniza, la armonía habitual se derrumba. Los neutrinos, partículas cósmicas omnipresentes pero casi esquivas, pueden verificar si este ritmo se altera en condiciones extremas.

La luz puede transportar información más rápido que cualquier electrónica. Pero normalmente, entre el ordenador y el láser se encuentra un convertidor digital-analógico, un dispositivo que convierte los ceros y unos en señales eléctricas. Es precisamente lo que frena todo el proceso. El nuevo transmisor prescinde de este intermediario.

Dos astrónomos observan el mismo universo, pero lo ven de manera diferente. Uno mide la velocidad de expansión mediante la luz antigua que ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. El otro, mediante explosiones estelares recientes en galaxias vecinas.

Una avalancha de polvo no es simplemente un montón de nieve que se desliza montaña abajo. Es una nube que se precipita por la ladera a la velocidad de un automóvil. En su interior, la nieve no reposa, sino que vuela: miles de partículas diminutas son arrastradas por los remolinos de aire.

Un haz de electrones en un acelerador se parece a una bandada de pájaros: vuela en grupo compacto, pero con el tiempo se dispersa. Para mantener las partículas juntas, normalmente se utilizan imanes pesados. Aquí se prescindió de ellos: el haz se comprimió a sí mismo.

El láser de diamante convierte casi la mitad de la energía de bombeo en brillante luz amarilla, con una eficiencia del 47,7%, todo un récord para este tipo de dispositivos.

Cuando un avión se aproxima al aterrizaje o un submarino navega a ciegas, el navegante necesita un instrumento que no pierda el hilo del movimiento. Los giroscopios convencionales basados en ondas atómicas son muy precisos, pero tienen una manía: la señal se repite como el patrón de un papel pintado, y después de medio paso el patrón empieza a parecer el mismo.