Dudas sobre la frecuencia de la onda electromagnética

-Entropy-

Esta mañana mientras se me pegaban las sábanas me vino a la mente un tema de ciencia y me surgieron algunas dudas básicas.

Siempre me ha resultado interesante lo del corrimiento al rojo de las ondas de luz y su analogía con el efecto doppler en las ondas sonoras. Según tengo entendido, de la misma manera que escuchamos más agudo el sonido de un coche de carreras al acercarse y más grave al alejarse debido a que la onda sonora se contrae o se estira con el aumento o reducción de la velocidad, aumentando o reduciendo su frecuencia, lo mismo pasa con la luz, que vemos en el espectro desplazada al azul o al rojo según, por ejemplo, una galaxia se acerque o se aleje de nosotros. Hasta aquí creo que me queda más o menos claro.

Esto me ha llevado a pensar si la onda electromagnética podría, y hasta qué punto, aumentar su frecuencia si el objeto se moviera hacia nosotros a mucha más velocidad. ¿Podría la luz de una estrella en ese caso pasar del espectro visible y convertirse en rayos X o incluso en rayos gamma? ¿Esa radiación en tal caso no podría matarnos? No sé muy bien cómo casa esto con la relatividad y el hecho de que la velocidad de la luz sea absoluta, de manera que un rayo de luz no aumenta su velocidad aunque el emisor de dicha luz se esté moviendo.

Luego también he escuchado que la luz de objetos muy lejanos llega a nosotros con una onda muy estirada. Creo que por eso el James Webb está especializado en "ver" el infrarrojo, ya que la luz de las galaxias tan lejanas deja de ser visible y pasa a esas longitudes de onda más bajas. Mi pregunta es: ¿por qué se estira la onda de la luz? ¿Es porque pierde energía al viajar largas distancias? ¿Es porque tiene que atravesar materia como gas y polvo? Supongo que esto no tiene nada que ver con el hecho de que la luz solar se vea roja en el atardecer y amanecer, que según siempre he leído es por la interacción del sol con partículas de la atmósfera que absorben los colores de más alta frecuencia (azules y violetas).

R

Te paso a nuestro espectro en fotonica y lucecitas @hda

1 respuesta
CuErVo

¿por qué se estira la onda de la luz? por la expansion del universo, al alejarse vemos un corrimiento al rojo, supongo que tu duda es mas porque se ¿contrae la onda de luz? y vemos un corrimiento al azul, pues es porque lo que vemos se acerca a nosotros y entiendo que si esto se acerca muy rapido la luz visible se convertiria en ultravioleta, rayos x, gamma.... pero no, la luz en el vacio no puede acelerar(ya que es constante) y contraer su longitud de onda para convertirse en otro tipo de radiacion...., para eso necesita cosas de altas energias, tipo supernovas o movidas de estas. Digamos que la luz visible no tiene la capacidad o energia , y en el vacio la luz no pierde energia, pero si hay cosas por medio la puede perder y por eso no lo podriamos ver.
Lo del atardecer y amanecer es por la refraccion de la luz que nos llega del sol, ya que la atmosfera actua como esa piramide de cristal que si le metemos luz blanca , sale en forma de arco iris. Tambien decir que el efecto doppler , no es exactamente igual con la luz que con el sonido, y no sabria explicarte , ya que me acabo de inventar todo.

spoiler
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Hipnos

Bueno, se llama efecto doppler. Tú percibes la frecuencia más alta o más baja, pero la frecuencia original es la misma.

Efectivamente una onda percibida puede tener propiedades diferentes (como por ejemplo el corrimiento al rojo), pero para pasar de luz visible a rayos gamma, la velocidad del objeto tiene que ser del orden de magnitud de la velocidad de la luz para ser posible.

Eso no quita que la mayoría de estrellas ya sueltan rayos cósmicos, gamma, ultravioleta y todo el espectro de frecuencias que te imagines. La propia radiación solar nos mataría en cuestión de horas si la tierra no tuviera un campo magnético tochísimo que desvía todo eso.

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crb2222

Tu reflexión sobre el corrimiento al rojo y el efecto Doppler en las ondas de luz es bastante perspicaz, y tocas varios puntos fundamentales de la física y la astronomía. Vamos a desglosar tus preguntas para aclarar cada una de ellas.

Corrimiento hacia el azul y transformación de la luz en rayos X o gamma

Sí, en teoría, si una estrella u otro objeto astronómico se moviera hacia nosotros a una velocidad suficientemente alta, su luz podría desplazarse al extremo azul del espectro y más allá, hacia rayos X o incluso rayos gamma. Este fenómeno sería una manifestación extrema del corrimiento al azul. Sin embargo, hay varios factores a considerar:

  1. Velocidad relativa: La velocidad relativa necesaria para que la luz visible se convierta en rayos X o rayos gamma sería una fracción significativa de la velocidad de la luz. Esto es extremadamente raro en el contexto de estrellas y galaxias debido a las limitaciones impuestas por la relatividad especial. A tales velocidades, los efectos relativistas alterarían drásticamente la masa del objeto en movimiento y la energía requerida para alcanzar o mantener tal velocidad se volvería prácticamente infinita.

  2. Radiación peligrosa: Si, hipotéticamente, un objeto astronómico pudiera acercarse a nosotros a tal velocidad que su luz visible se transformase en rayos X o gamma, sí, esa radiación podría ser peligrosa. Los rayos X y gamma tienen suficiente energía para dañar el ADN y causar efectos nocivos en los seres vivos. Sin embargo, el universo es vasto, y la probabilidad de que tal evento ocurra y afecte a la Tierra es extremadamente baja.

Corrimiento al rojo en objetos lejanos

El corrimiento al rojo de la luz de objetos muy lejanos, especialmente en el contexto de la expansión del universo, se debe principalmente al efecto Doppler cosmológico. A medida que el universo se expande, aumenta la distancia entre las galaxias, estirando las ondas de luz que viajan entre ellas. Este estiramiento de las ondas de luz resulta en un aumento de su longitud de onda, desplazándolas hacia el extremo rojo del espectro (infrarrojo). Este fenómeno no se debe a la pérdida de energía de la luz al viajar por el espacio, ni a su interacción con la materia intergaláctica, aunque la absorción y reemisión por polvo cósmico puede modificar ligeramente el espectro de la luz.

El James Webb Space Telescope está diseñado para observar principalmente en el infrarrojo precisamente porque puede detectar la luz de las galaxias más lejanas y antiguas del universo, cuya luz se ha desplazado al infrarrojo debido al corrimiento al rojo cosmológico.

Luz solar roja al amanecer y atardecer

La razón por la que el Sol aparece rojo al amanecer y al atardecer no está relacionada con el corrimiento al rojo cosmológico, sino con la dispersión de la luz en la atmósfera terrestre. Durante el amanecer y el atardecer, la luz del Sol viaja a través de una mayor cantidad de atmósfera para llegar a nuestros ojos. La atmósfera dispersa los componentes de menor longitud de onda (azules y violetas) más que los de mayor longitud de onda (rojos), haciendo que la luz que llega directamente a nuestros ojos sea predominantemente roja.

En resumen, las propiedades de la luz y su interacción tanto con la materia como con el espacio mismo son fundamentales para entender no solo la astronomía y la cosmología, sino también la física a una escala mucho más amplia.

3 2 respuestas
-Entropy-

Muchas gracias por las explicaciones. Han sido muy esclarecedoras.

hda

#5 en una muy buena respuesta. ¿Tuya o de modelo?

#2 sí, pero con rudimentos muy básicos de cosmo, que probablemente compartamos.

2 respuestas
cabron

#7

Canta a LLM a kilómetros, a parte de que le he enchufado el texto del primer post a chatgpt y con ligeras variaciones (los LLM no son determinísticos) ha respondido lo mismo usando el mismo formato de respuesta:

Tu curiosidad sobre el corrimiento al rojo y el efecto Doppler en las ondas de luz es un excelente punto de partida para adentrarnos en algunos de los conceptos más fascinantes de la física y la cosmología.
¿Puede la luz aumentar su frecuencia hasta convertirse en rayos X o gamma?

Sí, el corrimiento al azul (el equivalente al corrimiento al rojo, pero para objetos que se acercan a nosotros) puede, en teoría, aumentar la frecuencia de la luz emitida por un objeto hasta convertirla en rayos X o incluso en rayos gamma si el objeto se mueve hacia nosotros a velocidades extremadamente altas. Este fenómeno se conoce como "blueshift" en inglés. No obstante, en la práctica, son necesarias velocidades relativistas (es decir, cercanas a la velocidad de la luz) para que se produzca un cambio tan drástico en la frecuencia de la luz visible.

En cuanto a la peligrosidad de esta radiación, sí, los rayos X y los rayos gamma son formas de radiación ionizante que pueden ser perjudiciales para los seres vivos si la exposición es lo suficientemente alta. Sin embargo, las circunstancias bajo las cuales una estrella o galaxia emitiría luz visible que se corriese tanto hasta convertirse en rayos X o gamma por aproximarse a nosotros son extremadamente improbables en el universo actual. Además, las distancias astronómicas actúan como una barrera protectora, disipando mucha de la energía antes de que pueda llegar a nosotros.
Relatividad y velocidad de la luz

Tu pregunta sobre la relatividad y la constancia de la velocidad de la luz es muy perspicaz. La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein establece que la velocidad de la luz en el vacío es constante y no cambia, independientemente del movimiento del observador o de la fuente de luz. Esto significa que aunque un objeto se mueva hacia nosotros, la velocidad de la luz que emite no aumenta; lo que cambia es la frecuencia y la longitud de onda de la luz (el efecto Doppler relativista para la luz).
¿Por qué se estira la onda de luz de objetos muy lejanos?

La principal razón por la que la luz de objetos muy lejanos nos llega estirada (es decir, con un corrimiento al rojo) se debe a la expansión del universo. Esta expansión hace que las distancias entre galaxias distantes y nosotros aumenten con el tiempo. A medida que el espacio se expande, también lo hace la longitud de onda de la luz que viaja a través de él, lo que resulta en un corrimiento al rojo. Esto no se debe a la pérdida de energía de la luz en el camino ni a que tenga que atravesar materia, sino a la propia expansión del espacio.

El telescopio espacial James Webb está diseñado para observar principalmente en el infrarrojo precisamente porque muchas de las luces de objetos distantes han sido desplazadas hacia estas longitudes de onda más largas y fuera del espectro visible debido al corrimiento al rojo cósmico.

Finalmente, el fenómeno por el cual el sol se ve rojo al amanecer y al atardecer se debe al efecto de dispersión de Rayleigh, que es diferente del corrimiento al rojo cósmico. Durante el amanecer y el atardecer, la luz del sol atraviesa una capa más gruesa de la atmósfera terrestre, dispersando las longitudes de onda más cortas (azules y violetas) y dejando pasar las más largas (rojas y naranjas), lo que da al cielo esos colores.

Espero que esto aclare tus dudas y avive aún más tu interés por estos fascinantes fenómenos del universo.

1 respuesta
hda

#8 mi intención es pedirle el prompt si lo recuerda 😁

2 respuestas
cabron

#9

yo lo he sacado sin preguntar nada, simplemente poniendo el texto del primer post sin más

1 1 respuesta
hda

#10 falta el formato.

crb2222

#9 el promt es #1 tal cual, ni me lo he leído srry xd la respuesta tampoco pero confío en los 20€ que pago cada mes

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CuErVo

#7 a mi la respuesta no me parece del todo buena y lo explico por que:

Me refiero a esto que pone en la respuesta de #5 :
"Radiación peligrosa: Si, hipotéticamente, un objeto astronómico pudiera acercarse a nosotros a tal velocidad que su luz visible se transformase en rayos X o gamma, sí, esa radiación podría ser peligrosa. Los rayos X y gamma tienen suficiente energía para dañar el ADN y causar efectos nocivos en los seres vivos. Sin embargo, el universo es vasto, y la probabilidad de que tal evento ocurra y afecte a la Tierra es extremadamente baja."

Vamos a ver, yo digo que no, de ninguna de las maneras la LUZ VISIBLE se va a convertir en rayos X o gamma. Si un objeto se acercase a nosotros a la velocidad de la luz, no lo veriamos, simplemente impactaria con nosotros cuando fisicamente podriamos verlo , entended que un objeto con masa necesita energia infinita para ir a la velocidad de la luz) y su luz visible, osea sus fotones se desplazarian junto al objeto hipotetico y si algo dada su velocidad cercana a la luz pasase lo suficiente cerca para no desintegrarnos y poder recibir su radiacion (que no luz visible) nos llegaria tal como ahora recibimos rayos cosmicos.

Yo aunque hago cuestiones a la version gratuita del chat gpt, mas de una vez veo que puede caer en inmprecisiones como esta, ya que afirma algo que no seria posible tal cual conocemos la fisica a dia de hoy , y que aunque hay cosas que desconocemos (podria venir una radiacion superior a la gamma y literalmente evaporarnos y enviarnos a otra dimension con los aliens, por poner ejemplo absurdo de que no sabemos todo), lo que si sabemos es muy cercano a lo que describo.

Yo tambien hago preguntas a chat gpt tipo : si existe fisica clasica y fisica cuantica, tal vez las fisicas varien en escalas mas grandes o pequeñas que desconocemos? Si el espacio es tiempo, y el magnetismo es electricidad, la gravedad seria energia oscura? o es la correccion para que el tiempo tenga coherencia con el espacio?? mi mente es inquieta, ya que a mas que sabes mas dudas te entran.

1 respuesta
hda

#13 Sí, yo también recuerdo haber leído alguna fricción. A ver si recuerdo cual y edito el mensaje. Como fuere, en término general es una muy buena respuesta. De 10 si me la pusiese un alumno en un examen, vaya. Sobre lo que dices, tienes razón.

Edit: Ya me acuerdo. Respecto al corrimiento al rojo habla de la expansión del universo y como tal la separación de los objetos celestes. De tal modo que todo está, cada vez, un poco más lejos de lo demás. Respecto al corrimiento al azul solo habla de la velocidad lineal de un objeto dado en dirección y sentido hacia nosotros. Me hubiese gustado, por ponerme quisquilloso, una relación indicativa entre estos dos fenómenos: aunque la constante cosmológica establece la expansión del universo (y por tanto un corrimiento al rojo en general entre cualesquiera dos objetos celestes), un objeto celeste dado puede estar desplazándose en dirección y sentido de otro a una velocidad suficiente como para compensar el corrimiento al rojo e incluso derivar en el corrimiento al azul econtrándose el observador en este último.

1 respuesta
CuErVo

#14 hombre si yo examino y veo esa respuesta le pongo 0 porque se nota que es respuesta artificial jajaja, a ver si que explica bien, pero lo de que la luz visible se convierta en radiacion me deja el culo un poco torcido, por eso entro un poco a debate y no dejar en el olvido una cosa tan interesante como inquietudes de una persona que me parece estupendo para comenzar debates de cosas que me flipan y sobre todo hace que la gente se pregunten cosas , que aunque suenen absurdas hace que la gente se interese y curiosee, cosa fundamental para aficionar a a gente en el gran misterio de la astrofisica y particulas de altas energias, o simplemente ciencia, que tenemos poca y en estos foros que llevo hace mas de 20 años hace bien falta .

Edit: si , es cierto que la expansion del universo y acercamiento del objeto puede compensar corrimientos al rojo azul, pero la expansion es acelerada y el acercamiento deberia ser seria constante, sin sobrepasar la vel de la luz, por lo que en el tiempo tenderia al rojo , pues la expansion del universo sera mas veloz que cualquier objeto que se acerque , o almenos eso justificaria yo jeje.

1 respuesta
hda

#15 Bueno, la luz ya es radiación, si gana energía sí podría irse al ultravioleta y plus ultra. Incluso esto puede ocurrir mediante otros fenómenos, como la absorción multifotónica 🤷

Edit al edit: la verdad es que la primera vez que estudias en cosmología la expansión del universo te deja el culo roto que se pueda vencer c xD

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CuErVo

#16 me referia a luz visible y radiacion (rayos x, gamma) si esta claro que todo es radiacion , de hecho en mi primer comentario ya digo que necesitan tener altas energias con supernovas o cosas asi. absorcion mutifotonica? mira ya tengo algo para leer esta noche

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hda

#17 obviamente la aceleración necesaria para tales corrimientos más allá del azul sería inimaginable. Sobre todo en un objeto celeste, tal como indicas. Pero, oye, a saber lo que hay ahí fuera XD

¿Qué velocidad máxima puede tener una masa antes de que se desintegre, de que se separen sus átomos? Supongamos que no existe resistencia y por tanto no hay disipación de energía vía calor y, entonces, no hay combustión. A ver lo que dice nuestra amiga gpt.

Edit: nada, kk. La cosa sería pensar en aceleraciones máximas, tales que entre un átomo y el siguiente hubiese una aceleración tal que contrarrestase las fuerzas que los mantienen unidos (enlaces covalentes, iónicos y covalentes).

CuErVo

#16 ya te digo, el saber que cuanto mas tiempo pase menos cosas podremos observar porque la luz nunca nos llegara es saber que probablemente nunca podramos saber algunas cosas (a no ser que exista al manera de superar a la luz), pues realmente la expansion del universo (con sus matices) lo supera, y en mi opinion el entrelazamiento cuantico parece que puede arrojar algo de luz , jejej

CuErVo

#17 chat gpt se fuma cada porro cuando les preguntas cosas de pensar y que no estan en su base de datos que alucinas, supongo que mas adelante las ias que piensen y discurran y no solo sean una prediccion de texto , podria aportar ideas por las que seguir.

A saber, la energia lo mismo se va a otra dimension o universo paralelo . Como me gustaria en vida poder ver respuestas a estas cosas.

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