Finalmente, la idea surgió originalmente de la ecuación de Maxwell.
Con la electrodinámica clásica, puede establecer que la velocidad de la luz en el vacío es invariante de Lorentz. Independientemente del marco de referencia en el que se encuentre, la luz siempre tarda la misma cantidad de tiempo en recorrer la misma distancia. Puede aprender esto de manera simple al estudiar la forma en que interactúan los campos eléctricos y magnéticos.
Inicialmente esto sorprendió a los físicos. Como se esperaba, la luz funcionaría de manera similar al sonido. El sonido también tiene una velocidad absoluta. Pero la velocidad que mides para ese sonido depende de la velocidad del aire. Por ejemplo, si un avión sónico vuela con viento de cola, debe moverse a la velocidad del sonido + velocidad del viento en relación con el suelo antes de romper la barrera del sonido. Entonces el sonido NO es invariante de Lorentz.
- ¿Por qué es que en un prisma la luz violeta es más refractada que la luz roja, que tiene menos energía?
- ¿Por qué la luz no sigue el concepto de velocidad relativa?
- ¿La velocidad del sonido en una estrella de neutrones se aproxima a la velocidad de la luz?
- ¿Es posible que la velocidad de la luz sea proporcional al tamaño del universo a medida que se expande?
- Si alguien viajara más rápido que la luz durante un año, ¿envejecería más rápido que los demás?
Se vuelve aún más confuso, ya que la velocidad de la luz en un medio como un vidrio, se verá afectada por la velocidad de ese vidrio. Es posible reducir la velocidad de la luz a menos de 38 millas por hora con un índice de refracción lo suficientemente alto. Si ese medio se encuentra en un tren que se mueve a 38 millas en la dirección opuesta, la luz se ha detenido en el marco de referencia de alguien en el suelo.
La creencia generalizada de la época era que había un éter para la luz, que actuaba como el aire para el sonido. Entonces la Invarianza de Lorentz de las ecuaciones de Maxwell nunca sucedería. Fue como tratar de medir la velocidad del sonido en el vacío. Le da resultados sin sentido, porque no hay sonido en el vacío. Pero el experimento de Michelson-Morley descartó esa posibilidad.
Ahora es donde se vuelve aún más confuso. No existe el vacío perfecto. Lo que significa que el índice de refracción es siempre> 1. Pero si eso es cierto, entonces la velocidad de la luz siempre depende de la velocidad de la cantidad mínima de materia en el espacio, por lo que aún no puede ser Lorentz Invariante. Sin embargo, el experimento de Michelson-Morley no midió directamente el éter, sino una dependencia de la velocidad de la luz con respecto al movimiento relativo. Como tal, los dos resultados parecían completamente opuestos entre sí. O los datos experimentales eran defectuosos o había algo muy fundamental que los físicos no entendían sobre la luz.
Albert Einstein fue el primero en darse cuenta de la solución a este aparente dilema. La transformación de Lorentz no se aplica solo a la luz, sino a todo. En otras palabras, no es algo especial para la luz, sino una regla de geometría. Ahora, si el vidrio también sufre una transformación de Lorentz, entonces no hay conflicto inherente. A partir de ahí, se trató de resolver las matemáticas. Y casi como magia descubres que si el índice de refracción es extremadamente cercano a 1, observarás tan cerca de exactamente lo mismo que 1 para ser consistente con las observaciones experimentales.
Entonces, en última instancia, sabemos que el límite de toda la materia es la velocidad de la luz, porque:
- La ecuación de Maxwell nos dice que el límite para la luz es que la velocidad de la luz en el vacío es invariante de Lorentz.
- Nada de las transformaciones de Lorentz se aplican en relación con c, puede moverse más rápido que la c.
- La velocidad de la luz en un medio depende de la velocidad del medio.
- La forma más simple de hacer consistentes estas dos afirmaciones es si la velocidad del medio es Lorentz y también está sujeto a transformaciones de Lorentz.
Una vez que sabe que la velocidad de todo está sujeta a las transformaciones de Lorentz, es bastante fácil de verificar experimentalmente. Esto se ha verificado miles, posiblemente millones de formas diferentes.
