¿Es posible que las sombras pesen? Los objetos iluminados pesan más que los que se encuentran a oscuras

Las sombras son formadas por la ausencia de luz. Cuando los fotones que conforman un rayo de luz iluminan un objeto, lo empujan, ejerciendo una ligera presión sobre él que llamamos “presión de radiación”. Esto implica que si nos exponemos a la luz del sol, la parte que esté iluminada sentirá esa presión, mientras que la que esté a la sombra no. Dicha presión puede ser cuantificada a través del peso, que es la fuerza que ejercemos sobre el suelo, la cantidad numérica que aparece si nos subimos a una báscula.

Cuando somos iluminados por cualquier tipo de luz (natural o artificial), ejercemos una fuerza mayor que cuando estamos a oscuras, ya que a la fuerza de nuestro cuerpo hay que sumarle el momento transferido por los fotones que chocan contra nosotros. Pero también la parte en la que se proyecta nuestra sombra existe una presión de radiación menor. Es decir, el exceso de peso que sentimos al ser iluminados se corresponde con un defecto de peso de nuestra sombra. Pero este no es el único dato curioso, si no que dependiendo del color de la luz, el peso será mayor o inferior.

Distinto peso según el color de la luz

Esto significa que si nos iluminamos con luz roja pesaremos menos que si lo hacemos con la misma cantidad de fotones de luz azul. El caso de los fotones ultravioletas (como son los solares) son más energéticos que los vivisbles y ejercenun mayor empuje a nuestros cuerpos. Por lo tanto, la diferencia de peso con respecto al objeto iluminado es mayor para la sombra que no vemos que para la que sí. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no todos los objetos responden igual a la presión de la radiación. Además, la capacidad de un objeto para absorber, transmitir o reflejar los fotones también afectará a su sombra.

En el caso de que el objeto sea completamente transparente, este no sentirá un aumento del peso, debido a que los fotones traspasan con facilidad. Por otro lado, un objeto reflectante, como es el caso de un espejo, sentirá el doble de empuje, ya que refleja los fotones que le llegan y no absorve la radiación. La importancia de conocer este fenómeno llevó a Arthur Ashkin, Gérard Moureau y Donna Strickland al Premio Nobel de Física en el año 2018. Estos científicos fueron capaces de diseñar una herramienta, denominada "pinzas ópticas", que era capaz de atrapar y manipular objetos diminutos, empleando únicamente la presión de radiación de un láser.

Conociendo que una fuente de luz láser, en la que los fotones se mueven de manera coherente, se puede emplear para desplazar objetos con una gran precisión, estos expertos realizaron varios experimentos en la década de los 60 del siglo pasado. Iluminaron diminutas esferas parcialmente transparentes con un láser para moverlas y hacerlas levitar, contrarrestando su peso con la presión de radiación. Una vez focalizaron el haz con una lente, lograron atrapar partículas. De este modo, consiguieron crear las primeras pinzas ópticas. En los siguientes años se ha continuado investigando hasta que lograron observar, girar, cortar y empujar los objetos investigados sin tocarlos ni modificarlos.

¿Son las sombras el futuro de la industria aeroespacial?

La exploración espacial es otro campo en el que se ha investigado con la presión de la radiación. Gracias a ello, fabricaron una manera de propulsar las naves por todo el espacio: las velas solares, consistentes tan sólo en una gran superficie que refleja la luz solar. Estas aprovechan la presión de radiación de los fotones que chocan con ellas para hacer que la aeronave se mueva a gran velocidad. Al ser mucho más ligeras ya que no necesitan de combustible, pueden viajar durante períodos de tiempo más largos.

Esto no es un sueño lejano e imposible propio de una película de ciencia ficción, puesto que en la actualidad ya están en funcionamiento, la primera nave que utiliza la luz del Sol para cambiar su órbita alrededor de la Tierra fue lanzada en junio de 2019. 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.