Hasta la época de Galileo (1564-1642) se consideraba que la propagación de la luz era instantánea. El gran astrónomo J, Kepler (1571-1630) lo manifestó en distintos escritos y R. Descartes (1596-1650), en su Dióptrica, aportó argumentos a favor de una luz de propagación instantánea y, por consiguiente, de velocidad infinita. Descartes decía que la luz no era otra cosa que un cierto movimiento, o acción muy viva que se dirigía a nuestros ojos a través del aire y de los otros cuerpos transparentes, de igual forma que el movimiento o la resistencia de los cuerpos que encuentra un ciego llega a su mano a través del bastón. Con esa similitud el filósofo francés veía natural que la luz del Sol pudiera extender sus rayos hasta nosotros con sensibilidad de bastón de ciego. Todo lo que detectara la punta del bastón llegaría instantáneamente a la empuñadura y así debía suceder aunque la distancia entre sus extremos fuera mayor que la existente entre la Tierra el Sol.
Antes de I. Newton (1642-1727), casi todos los científicos de la Europa pensaban que la luz tenía velocidad infinita. Nadie había hecho un experimento para descubrir alguna evidencia en contra de esta hipótesis.
Galileo (1563-1642) midió la velocidad del sonido en el aire de una manera sencilla y exacta para su época. Para ello, hizo disparar un cañón en la noche para poder observar el resplandor del fogonazo y el ruido. Situó el cañón en lo alto de una colina y él observó el disparo desde un monte a una distancia de unos 3500 m. El experimento se realizó de la siguiente manera: cuando su ayudante disparó el cañón, Galileo vio el resplandor de la detonación y empezó a medir el tiempo transcurrido hasta el momento en oyó el sonido del cañonazo que fue de diez segundos. Y calculó una velocidad del sonido de 350 m/s.
Galileo aunque no consiguió medir diferencias de tiempo entre el momento del disparo y percepción del resplandor del fogonazo, lo que significaba que la velocidad de la luz era grande, pero no que fuera instantánea. Y comparaba su movimiento con el de los relámpagos que aparecían a varias millas de distancia entre nubes. En ellos se podía observar el comienzo de su luz en un lugar determinado y su propagación desde allí. El movimiento parecía sugerir que la propagación del relámpago requería algún tiempo, puesto que si la iluminación fuera instantánea, no se podría diferenciar su origen, del resto.
Si la velocidad de la luz no era instantánea debía ser muy grande y el problema de determinar una velocidad tan enorme era difícil de abordar con distancias terrestres. La primera medida metodológicamente fiable de la velocidad de la luz la realizó en 1676 tomando distancias astronómicas, el astrónomo danés O. Roemer (1644-1710). Éste estaba estudiando los satélites de Júpiter en el Observatorio Astronómico de Paris.
Mientras elaboraba sus tablas, observó los eclipses de los satélites de Júpiter que se ocultaban detrás del planeta, aproximadamente cada día. Y constató que cuando la Tierra, en su órbita, estaba entre el Sol y Júpiter, se producían los eclipses con cierto retraso respecto a cuando el Sol estaba entre Júpiter y la Tierra.
Roemer achacó el retraso de la detección del eclipse al tiempo que tardaba la luz en atravesar la órbita de la Tierra. Conociendo el diámetro y el tiempo de retraso del eclipse en una y otra parte de la misma obtuvo la velocidad de la luz, estimó en unos 220.000 kilómetros por segundo, una aproximación aceptable. Roemer había medido la velocidad de la luz estudiando siu recorrido en una distancia de aproximadamente 300 millones de kilómetros (diámetro medio de la órbita terrestre).
Una distancia tan grande no se podía conseguir en la Tierra, pero en 1849, el físico francés H. Fizeau (1819-1896) tuvo una idea brillante que le permitió realizar la primera medida precisa de la velocidad de la luz en la Tierra, porque bastaba que la luz recorriera una distancia pequeña.
En el experimento original de Fizeau la luz realizó un recorrido algo más de 17 km y consistió en lo siguiente:
Se enviaba un rayo de luz sobre un espejo fijo semitransparente[1], que desviaba la luz hacia otro espejo secundario fijo situado a una distancia considerable (aproximadamente 8,5 km, que es la distancia de Montmartre a Suresnes.
Al lado del espejo semitransparente colocó una rueda dentada de 720 dientes, que podía hacer girar a cualquier velocidad sobre un eje. Con la rueda dentada en reposo, el rayo luz pasaba por el hueco entre dos dientes hasta alcanzar el espejo secundario colocado a 8,5 km, el rayo de luz se reflejaba en él y hacía el mismo camino de ida que de vuelta. Por detrás del espejo semitransparente y con un telescopio Fizeau observó el reflejo de la luz que volvía a través del diente de la rueda.
A continuación hizo girar la rueda aumentando gradualmente la velocidad y, cuando alcanzó una cierta velocidad angular, la luz desapareció y cuando redujo la velocidad de giro de la rueda el rayo apareció de nuevo. Fizeau concluyó que el rayo luminoso que pasaba a través del hueco entre dos dientes dejaba de pasar la luz de regreso por él porque con el giro de la rueda un diente de la misma contiguo al hueco cortaba la trayectoria del rayo. Esto sucedió cuando la velocidad angular de la rueda era de 12,5 revoluciones por segundo.
Entonces Fizeau llevó a cabo las siguientes consideraciones
Primera: Si d ≈ 8,5 km es la distancia de la rueda dentada al espejo auxiliar y c es la velocidad de la luz, el tiempo que tarda la luz en recorrer dos veces esa distancia (ida y vuelta) será:
Segunda: Si la rueda gira con velocidad angular cada vez mayor, llegará un momento en que el diente de la rueda impida el paso al rayo de luz. Eso sucederá cuando la rueda girar en ese tiempo tluz un ángulo:
lo que significa que la rueda debe girar a una velocidad angular:
lo que equivale a:
de donde c = 4 · 720 · d · ω
En el experimento de Fizeau la luz realizó un recorrido 17.266 metros (ida y vuelta desde Montmartre a Suresnes) y la luz dejo de pasar cuando la rueda dentada giraba con una velocidad angular de 12,5 rev/s
c = 2 · 720 · 17,266 · 12,5 = 310.788 km/s
en un segundo luz viajaría a 310.788 km/s.
Hoy se sabe que este valor es ligeramente inferior, 299,792.458 km / s, pero teniendo en cuenta los medios que utilizó Fizeau los valores eran más que aceptables.
Leon Foucault (1819-1868)l modificó el sistema de Fizeau empleando un espejo giratorio en lugar de la rueda dentada y obtuvo el valor mucho más preciso de 298.000 km/s para la velocidad de la luz.
[1] Es decir un espejo que está parcialmente reflectante y parcialmente transparente o unidireccional y cuando un lado del espejo está iluminado y el otro está oscuro se puede ver desde el lado oscuro,
