La luz no es sólo algo que vemos. Es el combustible fundamental para la vida en la Tierra y un pilar fundamental de la física moderna. Pero también es la razón por la que funciona el escáner de tu supermercado, por la que existen los DVD y por la que puedes tomar fotografías. Para conmemorar el Año Internacional de la Luz, debemos observar los extremos de lo que este fenómeno puede hacer. ¿Qué tan brillante es la cosa más brillante que existe? ¿Qué tan corto es el flash más corto que jamás hayamos realizado?
El objetivo de esta observancia es simple: recuerda que la luz es esencial. Da forma a nuestro universo. Hace posible la biología. Impulsa la cultura.
Pero hablemos de los registros. Las cifras son asombrosas.
Femtosegundos y Moléculas
El pulso de luz artificial más corto jamás creado dura apenas una milmillonésima de milmillonésima de segundo. Eso es un femtosegundo.
Un láser emite estos pulsos. No sólo son rápidos. Son funcionales. Los científicos los utilizan como obturador de cámara de alta velocidad.
¿Qué están capturando?
El movimiento de las moléculas. La danza de los electrones.
Estos movimientos ocurren demasiado rápido para las cámaras estándar. Un pulso de femtosegundo los congela. Permite a los investigadores observar cómo ocurre la química en tiempo real. Así es como vemos cómo se desplazan los componentes básicos de la materia.
¿Cómo se compara esto con las fuentes de luz natural?
El universo contiene objetos más brillantes. Estrellas. Galaxias. Pero arden durante años o millones de años. Este parpadeo artificial termina antes de que puedas parpadear.
¿Por qué esto importa?
Porque si no puedes verlo, no puedes entenderlo. Usamos estos destellos para mapear reacciones a nivel atómico. Este conocimiento impulsa mejores baterías. Ayuda a diseñar nuevos medicamentos. Cambia la forma en que construimos materiales.
¿Existe un límite en lo corto que puede ser un pulso?
Tal vez. Pero en este momento, el pulso de femtosegundo es el campeón de la brevedad. Es el interruptor más rápido que tenemos.
Y, sin embargo, la fuente más brillante sigue siendo una cuestión para los astrónomos. El sol brilla para nosotros. Pero ahí fuera, en la profunda oscuridad, otras luces la eclipsan billones de veces.
Conocemos el más corto. Todavía estamos aprendiendo sobre los más brillantes. Ambos nos recuerdan que la luz no es pasiva. Está activo. Es poderoso. Es rápido.
El reflejo del rayo del alga
Treinta microsegundos. Eso es todo lo que se necesita para que Chlamydomonas, un alga verde común, reaccione a la luz.
Compare eso con el ojo humano. En comparación, somos lentos. Nuestra visión se basa en una cadena de eventos químicos que dura milisegundos, demasiado lento para la estrategia de supervivencia del alga. Chlamydomonas no utiliza una retina compleja. Utiliza una única molécula sensible a la luz incrustada en su membrana.
Cuando los fotones golpean esta molécula, no espera una cascada de señales. Abre un canal directamente. Los iones cargados positivamente entran precipitadamente. La célula se despolariza instantáneamente. Este choque electroquímico desencadena un cambio rápido en la dirección de natación del organismo, ayudándolo a buscar condiciones de luz óptimas para la fotosíntesis o evitar ráfagas de rayos UV nocivos.
Es una solución elegante. Sin cerebro. Sin nervios. Sólo física y biología trabajando a la velocidad de la electricidad.
El retraso de ocho minutos del sol
Mientras el alga reacciona en microsegundos, nosotros esperamos la salida del sol.
Es un pensamiento reconfortante que veamos el sol tal como es ahora. Pero no lo hacemos. La luz viaja a aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. Es el límite de velocidad universal. Sin embargo, la Tierra orbita alrededor del Sol a una distancia promedio de 149,6 millones de kilómetros.
Haz los cálculos.
La luz tarda unos 8 minutos y 20 segundos en cruzar ese vacío. Cuando miras al cielo durante el día, estás mirando al pasado. Estás viendo el sol tal como existía hace ocho minutos.
Este retraso es importante para algo más que trivialidades astronómicas. Afecta la forma en que entendemos los fenómenos solares. Si el sol se oscureciera repentinamente, no lo sabríamos hasta dentro de ocho minutos. Todavía sentiríamos su calor (a través de la radiación infrarroja y la conducción desde la atmósfera) y veríamos su luz. Pero la fuente habría desaparecido.
En la navegación espacial, esta latencia es una variable constante. Los comandos enviados a los vehículos exploradores en Marte deben tener en cuenta el tiempo que tarda la luz en viajar entre planetas. Cuanto más te alejes, más larga será la espera para recibir una respuesta. Es un recordatorio de que la comunicación “en tiempo real” es una ilusión local.
La luz más antigua del universo
Si ocho minutos parecen una eternidad, consideremos 13.200 millones de años.
En 2011, el Telescopio Espacial Hubble capturó una galaxia llamada UDFj-39546284. Los fotones que impactaron en los sensores del Hubble habían estado viajando desde poco después del Big Bang. Fueron emitidos cuando el universo tenía menos de 600 millones de años.
Esta luz es más antigua que la Tierra. Más viejo que el sol. Más antiguo que el sistema solar.
Encontrar la luz más antigua vista por los humanos no se trata solo de edad. Se trata de mirar hacia atrás, al amanecer cósmico. Estas galaxias estuvieron entre las primeras en encenderse, reionizando las edades oscuras del universo. La luz que detectamos ahora se ha estirado o corrido al rojo debido a la expansión del espacio mismo. Las longitudes de onda se han extendido desde la luz visible o ultravioleta hasta el espectro infrarrojo, razón por la cual el Hubble (y más tarde el telescopio espacial James Webb) tuvo que diseñarse para ver en infrarrojo.
¿Por qué nos importa esto?
Porque ancla nuestra línea de tiempo. Nos dice qué tan rápido creció el universo. Revela los ingredientes de las primeras estrellas
Eficiencia de bioluminiscencia versus brillo cósmico
Las luciérnagas operan con una eficiencia que hace que la ingeniería humana parezca torpe. Convierten el 95 por ciento de su energía en luz. No se desperdicia ni un solo vatio en forma de calor. Compare eso con las bombillas incandescentes del pasado. Esas viejas bombillas convertían en luz sólo alrededor del diez por ciento de la electricidad. ¿El resto? Sólo calor desperdiciado. Incluso las lámparas fluorescentes compactas modernas son mediocres en comparación. Emiten sólo una cuarta parte de su entrada en forma de luz visible.
Los LED son mejores para ahorrar energía, sí. Pero su eficiencia aún está por detrás del brillo de la naturaleza. Se sitúan entre el diez y el cuarenta por ciento. La luciérnaga los deja en el polvo.
Ahora aléjate. Salida.
Si crees que una luciérnaga es brillante, mira WISE J224607.57-052635.0. Es una galaxia tan distante que desafía la fácil comprensión. Sin embargo, brilla con el brillo de 300 billones de soles. Eso no es un error tipográfico. Billón. Con dos ceros después de la ‘b’.
¿Por qué es tan deslumbrantemente brillante?
No son sólo las estrellas las que queman combustible. Es un agujero negro supermasivo en su centro. Este monstruo gravitacional está comiendo. Aspira gas y lo destroza. La fricción crea un remolino sobrecalentado. Esa masa arremolinada irradia luz con tal intensidad que eclipsa a la mayor parte de la producción estelar combinada del universo observable.
La luciérnaga es eficiente. Esta galaxia es abrumadora. Se trata de un milagro biológico. El otro es un monstruo cósmico. Ambos, a su manera, se niegan a desperdiciar energía en calor.
