¿Cuánto pesa nuestra sombra?
En el mundo de lo efímero, son pocos los elementos que nos acompañan a todos los lugares que vamos y, además, todos los días. Sin embargo, algo que casi ni notamos es nuestra sombra. ¿Será que pesamos más cuando la luz nos alcanza? ¿Será que nuestra sombra tiene un peso calculable?
La sombra no es nada más que la ausencia de una luz que se esperaba, que no llega a su destino porque fue bloqueada por un objeto. De una manera simple, podemos decir que es constituida por fotones, particulas elementales sin masa, pero con energía y "momento". El "momento" es la capacidad que tienen los objetos físicos de empujarse unos a los otros.
Cuando los fotones que componen la luz de un rayo inciden sobre un objeto, lo empujan, ejerciendo una leve presión, llamada de "presión de radiación". Cuando nos ponemos al Sol, nuestro cuerpo siente esta presión, mientras que el área que sombreamos no la siente.
Podemos cuantificar esta diferencia de presión con el peso, que es la fuerza que ejercemos en el suelo, o en una balanza. Cuando estamos iluminados, ejercemos una fuerza más grande que aquella cuando estamos en la ausencia de luz, ya que el momento transferido por los fotones que chocan con nosotros debe ser sumada a la fuerza de nuestro cuerpo.
Así, podemos decir que un objeto pesa más cuando está iluminado de que cuando no está. Análogamente, la región donde nuestra sombra se encuentra siente menos presión de radiación de la que si no estuviésemos ahí, bloqueando la luz. En otra palabras, el exceso de peso que sentimos cuando iluminados corresponde a una anomalía en el peso de nuestra sombra.
En caso de un persona adulta, de tamaño medio, expuesta al Sol en una latitud como la de Madrid, y suponiendo que las dimensiones de su sombra sean las mismas que las de su cuerpo, esta anomalía de peso en la sombra es equivalente al que sería ejercido por una masa de aproximadamente 0,00000004 kilogramos.
Más allá de la luz blanco y los espejos
Según Celia Sánchez, estudiante de la Universidad de Autónoma de Madrid, los fotones de luz de colores diferentes colores tienen momentos diferentes, entonces la energía y la presión que ejercen son diferentes. Esto significa que si prendemos una luz roja, pesaremos menos que si hiciéramos con el mismo número de fotones con luz azul.
Por otro lado, solo porque no vemos algo, no significa que no exista. Cuando se trata de luz, una gran parte es invisible a los ojos humanos. Es el caso de los fotones ultravioleta, como los del Sol, que además de broncearnos, son más energéticos que los visibles y, por lo tanto, ejercen un empujón más fuerte en nuestros cuerpos.
Así, la diferencia de peso en relación al objeto iluminado es más grande para la sombra que no vemos de lo que es para la que vemos.
De la escala al Nobel y al Espacio
De acuerdo con los cálculos de Celia y de su Profesor Javier Laguna, de la Universidad Nacional de Educación a Distancia, la diferencia de peso entre un objeto iluminado y otro que no, es pequeña: un centésimo del peso de un único grano de azúcar.
Sin embargo, estas consideraciones fueron el motivo del Premio Nobel de Física de 2018, entregado a Arthur Ashkin, Gérard Moureau y Donna Strickland, por el desarrollo de "pinzas opticas", un método para capturar y manipular objetos pequeños usado la presión de radiación de un láser.
Una fuente de luz láser, en la cual los fotones se mueven coherentemente, como si estuviesen coordinados, puede ser usada para mover objetos con gran precisión. Las primeras experiencias fueron realizadas en la década de 1960 por el equipo de Ashkin en el Bell Labs. Los investigadores hicieron brillar pequeñas esferas parcialmente transparentes con un láser para moverlas y levitar, neutralizando su peso con la presión de radiación.
Fue así que las "velas solares" fueron proyectadas: una forma revolucionaria de impulsar naves en el Espacio, que consiste en apenas una gran superficie que refleja la luz solar.
Como las velas de una embarcación al soplar el viento, estas velas solares aprovechan la presión de radiación de los fotones, cuando chocan con ellas, para hacer mover la nave.
Una de las grandes ventajas de este sistema de propulsión son las altas velocidades que las naves que las utilizan pueden alcanzar. Además de eso, como no necesitan almacenar combustible para moverse, son más leves y pueden viajar por más tiempo. Por lo tanto, es una de las pocas tecnologías que pueden ser usadas para viajes interestelares.
Aunque estas ideas puedan parecer de ciencia ficción, la primera nave espacial en usa luz solar para cambiar su órbita alrededor de la Tierra fue lanzada en junio de 2019, como parte de un proyecto aeroespacial llamado LightSail.
La NASA también planifica probar estas nuevas tecnologías de propulsión en el Espacio con el lanzamiento en 2022 del ACS3, una nave espacial del tamaño de una tostadora de pan, que usará estas velas para cambiar su órbita.