Como medimos a velocidade da luz?
A luz é infinitamente rápida?
Você acende uma luminária e o quarto inteiro fica claro no mesmo instante. Por muito tempo, as pessoas acharam que a luz não se movia, que simplesmente estava em todo lugar ao mesmo tempo. Como medir se ela de fato viaja?
O experimento das lanternas
Galileu tentou com lanternas: duas pessoas em morros a cerca de um quilômetro uma da outra. Uma descobre a lanterna e, assim que a outra vê a luz, descobre a sua. Mas ele só mediu quanto tempo as pessoas levam para reagir, porque a luz percorre esses dois quilômetros de ida e volta em sete milionésimos de segundo.
Um relógio no céu
No céu havia uma distância longa e também um relógio. Io, uma lua de Júpiter, dá a volta no planeta a cada 42,5 horas e, a cada volta, some por um tempo na sombra dele. Esses eclipses são regulares e dá para prevê-los.
O relógio atrasa
Em 1676, o astrônomo dinamarquês Ole Rømer percebeu que os eclipses de Io nem sempre chegavam na hora. Quando a Terra está mais perto de Júpiter, eles acontecem como previsto, mas, conforme a Terra se afasta, atrasam cada vez mais. Do outro lado da órbita da Terra, o atraso é de uns 17 minutos.
A luz atravessa toda a órbita da Terra
Rømer entendeu por quê: a luz leva um tempo para vir de Io até nós. Do outro lado da órbita, ela precisa percorrer a mais todo o diâmetro da órbita, cerca de 300 milhões de quilômetros. Rømer estimou que isso levava 22 minutos; hoje sabemos que são uns 17 minutos, cerca de 1.000 segundos. Então a luz percorre cerca de 300.000 quilômetros por segundo.
Uma roda dentada
Na Terra, quem a mediu primeiro foi Hippolyte Fizeau, em 1849. Ele mandava a luz de uma lâmpada por um vão entre os dentes de uma roda dentada até um espelho a 8,6 quilômetros. O espelho a refletia, e a luz voltava pelo mesmo vão até o olho. Mas como saber, com isso, a velocidade dela?
Quando a roda gira
Depois ele fez a roda girar. Enquanto girava devagar, ela se movia só um pouco antes de a luz voltar, e a luz passava de volta pelo mesmo vão. Conforme ele a acelerava, a luz que voltava batia cada vez mais na borda de um dente e enfraquecia. A 12 voltas e meia por segundo, a luz sumiu de vez: nesse meio-tempo, a roda tinha avançado um dente inteiro, e a luz batia num dente em vez de num vão. Para avançar um dente, a roda levava 1/18.000 de segundo, e nesse tempo a luz percorria 17 quilômetros de ida e volta. Então ela viaja a cerca de 310.000 quilômetros por segundo.
Confira você mesmo
Micro-ondas também são luz, só que não a vemos. Tire o prato giratório do micro-ondas e aqueça dentro dele uma barra de chocolate por 20 segundos. As micro-ondas se refletem nas paredes e esquentam mais em pontos a exatamente meia onda um do outro: o chocolate derrete a cada 6 centímetros, mais ou menos, então uma onda inteira tem 12 cm. A velocidade de uma onda é o comprimento dela vezes o número de oscilações por segundo, que está na etiqueta do forno: 2.450 MHz, ou seja, 2,45 bilhões. 12 cm × 2,45 bilhões dá cerca de 300.000 quilômetros por segundo.
Como é hoje
Nos anos 1970, ela foi medida com um laser e com a mesma fórmula do chocolate: comprimento de onda vezes número de oscilações. Deu 299.792.458 metros por segundo, e desde 1983 esse número é fixo: é por ele que se define até o comprimento do metro. Por isso, hoje não medimos a velocidade da luz, medimos com ela: um laser refletido nos espelhos que os astronautas deixaram na Lua leva 2,5 segundos para ir e voltar, e assim sabemos a que distância a Lua está, com precisão de centímetros.
Então, como a medimos?
A luz é tão rápida que, para medi-la, precisamos de uma distância enorme ou de um relógio muito preciso. Rømer usou a órbita da Terra e, como relógio, os eclipses de Io; Fizeau usou 17 quilômetros e, como relógio, uma roda girando rápido. Os dois mostraram que a luz viaja a uma velocidade enorme, mas finita.