¿Por qué la luz tiene la misma velocidad relativa desde todas las perspectivas?

La razón de la invariancia de la velocidad de la luz proviene de una combinación de experimentos y ecuaciones de electrodinámica de Maxwell.

De las ecuaciones de Maxwell, obtenemos la ecuación de onda para la luz:

[matemática] \ nabla ^ 2 [/ matemática] [matemática] E = \ frac {1} {c ^ 2} \ frac {\ partial ^ 2} {\ partial t ^ 2} E [/ matemática]

Aquí, c denota la velocidad de la onda, en este caso la velocidad de la luz. Esta ecuación proviene de las ecuaciones de Maxwell, y tenemos una gran evidencia de la validez de las ecuaciones de Maxwell. Sin embargo, esta ecuación tiene un supuesto intrínseco, cuya solución condujo a una relatividad especial.

La suposición en la ecuación anterior es la de la velocidad de la onda, dada por c . La pregunta clave es: ¿en qué cuadro está esta velocidad c ? La ecuación anterior solo nos dice que la luz se propaga con la velocidad c , ¡pero no menciona en absoluto el marco en el que esto es cierto!

Esto dio lugar a la teoría del éter, de que existe un marco de descanso fundamental en el que la luz viaja a la velocidad c , que es el marco del éter. Se hicieron muchos intentos para encontrar este marco, el más notable fue el experimento de Michelson-Morley y demostró por sí solo que la teoría del éter era falsa. ¡Fue un experimento hermoso y bien pensado, y demuestra que los experimentos allanan el camino a seguir!

Entonces, surgió la pregunta de cómo explicamos esta velocidad c que surge en las ecuaciones de Maxwell. Podríamos decir que las ecuaciones de Maxwell están equivocadas, pero esto va en contra de su excelente acuerdo con los experimentos. Podríamos afirmar que existe un marco de referencia fundamental donde la velocidad es c , ¡pero eso ha sido refutado!

Baste decir que el trabajo acumulativo de muchos físicos durante un siglo, desde la década de 1850 hasta principios de 1900, condujo al desarrollo de la Teoría Especial de la Relatividad. El único postulado de esta teoría es que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia.

Una consecuencia directa de esto y las ecuaciones de Maxwell es que la velocidad de vacío de la luz c que surge de la ecuación de Maxwell es invariable en todos los marcos de referencia. Por lo tanto, no importa qué tan rápido te estés moviendo, siempre verás que la velocidad de la luz es c . Esto conduce a todo tipo de resultados extraños, como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud.

Como puede ver, la invariabilidad de la velocidad de la luz es una consecuencia del arduo trabajo de múltiples físicos en un lapso de tiempo de alrededor de 60 a 70 años, ¡y ahora es un hecho establecido!

Es un postulado. Los postulados no pueden derivarse de otras leyes de la naturaleza. Por lo tanto, los postulados no tienen ‘causa’.

Preguntar por qué la luz tiene la misma velocidad en todos los cuadros inerciales es como preguntar “¿Por qué la fuerza es igual a la masa por la aceleración?”

Las leyes de la naturaleza no tienen causa. Tendrás que vivir con eso.

La luz tiene diferentes velocidades en diferentes materiales. La relación de velocidad de la luz en dos sustancias se denomina índice de refracción.