¿La luz tiene edad? Si la luz sale del sistema alfa centauri, ¿no tendría 4.5 años cuando llegue a la Tierra? ¿Cuál es la diferencia entre la luz vieja y la luz nueva?

En primer lugar, para corregir un error común, un “año luz” es una distancia, es la distancia que recorre la luz en un año.

Entonces, la luz de una estrella que está a 4.5 años luz de distancia (en distancia) tiene de hecho 4.5 años cuando nos alcanza.

Pero la luz no envejece. La razón más simple es que las partículas más fundamentales, como electrones, neutrones, protones, etc., son eternas. (Se cree que los protones * podrían * descomponerse después de miles de millones de años, pero no lo sabemos con certeza).

Pero la luz no.

La razón más complicada por la que no envejece es porque viaja a la velocidad de la luz (¡bueno, duh!) Y la relatividad especial de Einstein dice que cuanto más rápido viajas, más tiempo se ralentiza para ti. Dado que un fotón viaja lo más rápido posible, cualquier cosa puede viajar: el tiempo (desde la perspectiva de un fotón) se ha detenido. Es imposible que se descomponga porque desde su perspectiva, no ha envejecido ni un nanosegundo desde que dejó Alpha Centauri.

Como no envejece, no hay diferencia entre la luz “vieja” y la “nueva”.

Todo eso dicho … hay una diferencia entre la luz que viene de lejos y la luz que se emite cerca, y eso es por una razón aún más complicada, que es que el espacio en sí mismo se extiende a lo largo del tiempo. Entonces, la luz desde muy lejos, se extiende, y cuando llega a nosotros, cambia de color. Entonces, la luz de los objetos muy distantes es de color más rojo que la luz de los objetos cercanos.

Esta es una forma de medir la distancia a las galaxias más lejanas. Podemos ver la luz que proviene de un tipo particular de estrella, y sabiendo de qué están hechas las estrellas de ese tipo, podemos saber el color que tenía la luz cuando salió de esa estrella. Al observar cuánto más rojo es ahora, podemos decir cuánto se ha extendido el universo desde que salió de allí, y por lo tanto, qué tan lejos está la estrella.

Sin embargo, la luz no ha “envejecido”: es una cuestión de distancia y no de tiempo. Desde la perspectiva del fotón, viajó por todo el universo visible para llegar a nosotros en CERO tiempo.

Los fotones no envejecen, como todos los demás lo han señalado.

Sin embargo, cambian de dos maneras.

Obviamente, el frente de onda de un fotón se expande. El fotón que podría interactuar con sus ojos esta noche de Alpha Centauri también podría interactuar con alguna partícula de polvo a 8.8 años luz de distancia en la otra dirección. El frente de onda tiene un radio de 4.4 años luz y puede interactuar potencialmente con cualquier cosa en esa superficie.

Me parece alucinante esta idea. En particular, me dice que si el universo es en realidad una simulación, está siendo simulado por algún tipo de máquina que no está hecha de cosas como el universo, porque los cuantos individuales a menudo se vuelven ridículamente complicados.

Los fotones cambian de otra manera que es mucho más sutil. En los 4.4 años transcurridos desde que el fotón dejó Alpha Centauri y se expandió para interactuar potencialmente con su retina, el espacio por el que viajó se estiró ligeramente. Esto afectó la forma del fotón, pero casi nada en comparación con su propagación. Sin embargo, este estiramiento es lo único que afectó la longitud de onda del fotón, que se hizo más larga . Así es. El fotón llega aquí (o en cualquier otro lugar) con un poco menos de energía de la que dejó. La energía no se conserva. No existe una teoría generalmente aceptada sobre dónde podría haber ido esa energía.

Esta pérdida de energía también es sorprendente, porque es la única excepción que conozco de la regla de que la energía se conserva. Tener una sola excepción como esa simplemente le pide a alguien que arregle las matemáticas con un término como la corriente de desplazamiento en las ecuaciones de Maxwell, de modo que la energía se conserva y entra en algo así como “tensión superficial cósmica” (cita porque acabo de inventarlo).

La luz también cambia en algunas formas menos alucinantes pero aún interesantes. Por ejemplo, los fotones de una estrella que podemos detectar son mucho más coherentes que, digamos, los fotones de nuestro sol. No entiendo este efecto, pero sé que hace posible cosas como la radio interferometría, que se basan en la coherencia de múltiples fotones de la misma estrella recibida en diferentes radiotelescopios simultáneamente. En este caso, los fotones no están necesariamente cambiando. Más bien, los fotones incoherentes de muy lejos se han cancelado entre sí y no se pueden recibir, pero los fotones coherentes permanecen detectables.

Los fotones, también conocidos como luz, SIEMPRE viajan a la velocidad de la causalidad (velocidad de la luz).

La relatividad dice que un objeto que se mueve con respecto a su marco de referencia tiene su reloj (imagine que el objeto tiene un reloj con él) moviéndose más lentamente. La matemática dice que a medida que el objeto se acerca a la velocidad de la luz (en relación con usted), el reloj de los objetos se acerca cada vez más a la medición del tiempo cero, desde su perspectiva. Parece estar completamente congelado en el tiempo.

Entonces, un fotón, para todo lo que no es en sí mismo, parece tener toda su existencia en un instante. Por lo tanto, los fotones de estrellas distantes son tan viejos como nos llegan como cuando dejaron alfa centauri por primera vez.

Todo depende. La luz se compone de un tren muy rápido de billones y billones de fotones. Como sabemos, los fotones se producen en átomos moviendo u oscilando electrones. Estas oscilaciones de electrones dan la frecuencia a los rayos de luz. Podemos decir que los fotones son partículas o paquetes de energía que viajan como ondas. La luz debe tener una edad. Los fotones que salen del sistema alfa centauri tendrán 4,5 años cuando llegue a la Tierra. Cada movimiento del electrón en el átomo produce un fotón o una onda de energía. El número de fotones producidos por segundo es igual a su frecuencia. Cada fotón u onda empuja al fotón u onda frente a él. Cuando billones de fotones hacen esto, los fotones viajan a la velocidad de la luz. Estas son olas y tienen todas las características de las olas. Cuando la fuente de emisión de fotones desaparece, el último fotón no es empujado por un fotón ya que no hay nadie detrás. Después de empujar el fotón frontal, el último fotón pierde energía. Esto viaja hasta el frente más fotón. Todos los fotones perderán energía de esta manera. Las olas ahora tienen una longitud de onda más larga. La luz se desplaza muy rojo con menos intensidad, mayor longitud de onda. Lenta y seguramente la ola desaparecerá. Cuando esto sucede, los fotones se fusionan con la radiación de fondo. Los fotones han envejecido. Hemos visto olas en el estanque quieto después de tirar una piedra. Las olas comienzan a moverse en todas las direcciones, pero luego las ondas en el lugar de la piedra desaparecen primero y luego, lentamente, las ondas frontales desaparecen a medida que la fuente de ondas ya no está activa. Lo mismo le sucede al rayo de luz. Las estrellas siguen moviéndose por el espacio. Los fotones siguen perdiendo su fuente y luego desaparecen las ondas de luz. Este no es el efecto Doppler. El tiempo fluye igualmente para cada cosa, incluidos los fotones, en el Universo. La luz roja desplazada que el telescopio Hubble está viendo se debe a que esa luz ha perdido su fuente (esa estrella se ha alejado o ya no existe). Las ondas de luz tienen todas las características de todo tipo de ondas.

La relatividad especial nos enseña que a medida que te acercas a la velocidad de la luz, el tiempo se ralentiza en relación con un observador estacionario. Este efecto se conoce como dilatación del tiempo. Por ejemplo, si viajara 4.5 años luz (como lo han señalado otros, los años luz son una medida de la distancia, no del tiempo, qué tan lejos viaja la luz en un año) a 0.99 c (c = la velocidad de la luz en un vacío), para ti solo pasarían 0.64 años. Pero para un observador en la Tierra, el viaje parecería llevarte 4,54 años.

Cuando alcanzas la velocidad de la luz, no pasa el tiempo. Si llevaras un reloj contigo en tu viaje a la velocidad de la luz, se detendría. El tiempo deja de ser una ‘cosa’ para ti. Ese viaje de 4.5 años luz de antes parecería suceder instantáneamente. Para un observador en la Tierra todavía te tomaría 4,5 años, pero para ti , no tomaría tiempo en absoluto. También lo haría un viaje de 1,000 años luz. Lo mismo ocurriría con un viaje de 13.700 millones de años luz: ¡no parece que pase el tiempo en un viaje hasta el borde del universo observable!

Usted, por supuesto, no puede viajar a la velocidad de la luz, pero los fotones sí. De hecho, los fotones no tienen otra opción en la materia. Quizás les gustaría detenerse y tomar un respiro, pero no pueden, son ligeros. Viajan a la velocidad de la luz, les guste o no. Debe ser agotador.

Entonces, para un fotón, no pasa tiempo en absoluto entre dejar el sol y entrar a la retina. Un fotón nacido al comienzo del universo piensa que es completamente nuevo. Entonces, de alguna manera, los fotones son las cosas más antiguas y más jóvenes del universo. No pueden envejecer porque no experimentan el paso del tiempo.

Las partículas elementales como los fotones no tienen “edad”. No cambian con el tiempo. Tienen propiedades fijas, que permanecen iguales para siempre si es una partícula estable. “Viejo” versus “nuevo” no hace ninguna diferencia.

Dicho esto, es una buena pregunta qué pasaría si un reloj viajara junto con un rayo de luz. Bueno, no puede … ningún objeto material puede. Pero puede viajar a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz. Y luego envejecería menos.

Entonces, por ejemplo, un reloj que viaja tan rápido que llega solo 1 segundo después de que un rayo de luz de Alpha Centauri hubiera medido un poco menos de 5 horas para todo el viaje de 4.5 años luz.

Y un reloj que llega solo un microsegundo después del rayo de luz habría medido menos de un minuto para el mismo viaje.

Para esto, puede concluir que un objeto (¡no una partícula elemental!) Para el que “edad” tiene un significado, viajando “infinitamente cerca” de la velocidad de la luz, habría envejecido una cantidad “infinitamente pequeña”, incluso mientras atravesaba enormes distancias .

PD: Como otros señalaron, año luz es la distancia que recorre la luz en un año. No es una medida de tiempo.

Los fotones de Alpha Centauri tardarían 4,35 años en llegar a la Tierra. Los fotones no cambiarían, sin edad, en otras palabras.

Si los fotones tuvieran conciencia, dirían que no ha pasado el tiempo. Desde su punto de vista, todo el espacio a lo largo de su línea de viaje se deforma en un solo punto: el tiempo no transcurre porque el fotón no va a ninguna parte.

Ya respondí tu segunda pregunta. Luz vieja / luz nueva: lo mismo.

En primer lugar, un año luz es una unidad de distancia, no de tiempo. Entonces la luz tendría solo 4.5 años (no diría que tenía 5′9 ″ de edad, ¿verdad?).

En segundo lugar, la luz (fotones) puede pasar cientos, incluso miles, de años rebotando dentro de sus estrellas antes de volar al espacio. Entonces, la “verdadera edad” de la luz es incognoscible.

Si. La luz es generada por procesos físicos específicos. La luz más antigua nos llega desde el fondo de la radio desde poco después del Big Bang, pero aún no podemos resolverlo.

En primer lugar, “años luz” no es una cosa. Los años luz son una unidad de distancia, no el tiempo de edad. Pero sí, la luz tiene una edad.

Si la luz sale de su fuente a 4.5 años luz de distancia, cuando la vemos, tiene 4.5 años.

Los años luz son una medida de la distancia (qué tan lejos viaja la luz en un año) y no un período de tiempo. No puede tener 5 cm de edad, al igual que no puede tener algo de 4.5 años luz.