¿Sabes cuánto pesa la sombra de una persona?
Cuando estamos iluminados, ejercemos una fuerza mayor que cuando estamos a oscuras, y esto puede cuantificarse. Además, este conocimiento es muy útil para múltiples propósitos, entre ellos futuros viajes interestelares.
Sí hay algo que nos acompaña a todos lados pero pocas veces reparamos en ella, esa es sin duda nuestra sombra. Se trata de una región de oscuridad en la que la luz es obstaculizada, mientras que la luz está formada por fotones, unas partículas elementales sin masa, pero con energía y con “momento”. Este “momento” es la capacidad que tienen los objetos físicos para empujarse unos a otros.
Cuando los fotones que conforman un rayo de luz iluminan un objeto, lo empujan, ejerciendo una ligera presión sobre él, algo que se conoce como “presión de radiación”. Al ponernos al sol nuestro cuerpo siente esta presión, mientras que el área que ensombrecemos, a la que no llegan los fotones, no la siente.
En base a esto, un interesante artículo publicado en The Conversation plantea la idea de deducir el peso de nuestra sombra a partir de ecuaciones físicas, asumiendo algunas suposiciones necesarias para llegar a un valor concreto.
¿Cómo se calcula lo que pesa una sombra?
Los autores del trabajo plantean que es posible cuantificar la diferencia de la “presión de radiación” con el peso, que es la fuerza que ejercemos sobre el suelo.
Es decir, cuando estamos iluminados ejercemos una fuerza mayor que cuando estamos a oscuras, ya que a la fuerza de nuestro cuerpo hay que sumar el momento transferido por los fotones que chocan contra nosotros. En definitiva, ¡un objeto pesa más cuando está iluminado que cuando no lo está!
De acuerdo a los cálculos realizados, en el caso de una persona adulta de estatura media situada bajo el sol en Madrid, y asumiendo que las dimensiones de su sombra son las mismas que las de su cuerpo, ese defecto de peso en la sombra será equivalente al que ejercería una masa de unos 0,00000004 kilogramos.
El peso cambia dependiendo del color de la luz que nos ilumina
Los fotones de luz de diferentes colores tienen distinto momento, con lo cual su energía y la presión que ejercen serán diferentes. Esto significa que si nos iluminamos con luz roja pesaremos menos que si lo hacemos con la misma cantidad de fotones de luz azul.
Por otro lado, que no veamos algo no significa que no exista. En lo relativo a la luz, la mayor parte de ella es invisible a los ojos humanos. Es el caso de los fotones ultravioletas, como los del Sol, que además de broncearnos son más energéticos que los visibles y, por tanto, someten a un mayor empuje a nuestros cuerpos.
¿Para qué puede servir este conocimiento?
La diferencia de peso entre un objeto iluminado y uno que no lo está es ínfima. Sin embargo, estas consideraciones fueron el motivo del premio Nobel de Física 2018 que recayó en Arthur Ashkin, Gérard Moureau y Donna Strickland, por el desarrollo de las “pinzas ópticas”, un método para atrapar y manipular objetos diminutos utilizando la presión de radiación de un láser.
Una fuente de luz láser, en la que los fotones se mueven de manera coherente, como si estuvieran coordinados, se puede emplear para desplazar objetos con una gran precisión.
Los primeros experimentos en el tema datan de los años 60, enfocados al estudio de procesos biológicos. Hoy en día, otro campo que utiliza la presión de radiación a gran escala es la exploración espacial.
Tecnología apta para viajes interestelares
Como el empuje de los fotones depende del tamaño de la superficie en la que incidan, puede llegar a ser relevante cuando consideramos una región suficientemente extensa. Así es como se diseñaron las “velas solares”: una revolucionaria forma de propulsar aeronaves en el espacio, consistentes tan sólo en una gran superficie que refleja la luz solar.
Se considera esta tecnología como apta para utilizar a futuro en viajes interestelares. Aunque estas ideas parezcan ciencia ficción, la primera aeronave que utiliza la luz del Sol 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 planea experimentar con estas nuevas tecnologías de propulsión en el espacio con el lanzamiento en 2022 de ACS3, una nave espacial del tamaño de un tostador que se servirá de estas velas para cambios de órbita.