¿Qué hace que la velocidad de la luz sea fundamental para la física?

La velocidad de la luz es independiente del marco de referencia y es el límite superior de la velocidad de cualquier partícula con masa . Decide la equivalencia entre masa y energía. Tales hechos han hecho que la velocidad de la luz sea fundamental para la física. Incluso en la mecánica cuántica aparece con una carga electrónica y constante reducida de Planck, que son constantes fundamentales de la naturaleza.

El hecho de que es una constante fundamental, como lo son la constante gravitacional de Newton y la constante de Planck.

El error es pensar en la velocidad de la luz como una velocidad. No se comporta como una velocidad, ya que no cambia en relación con la velocidad del observador. Es lo mismo para todos los observadores, sin importar a qué velocidad viajen. La teoría de la relatividad especial describe las consecuencias de este extraño comportamiento.

Hay dos razones para considerar la velocidad de la luz de manera diferente a la velocidad regular: la teoría del electromagnetismo de Maxwell predijo que la velocidad de la luz sería invariable. Todas las pruebas experimentales han encontrado que la velocidad de la luz es invariante.

La relatividad especial toma esta propiedad especial y la convierte en una teoría del espacio-tiempo.

La aparente extrañeza de la relatividad especial se puede intuir al considerar cómo dos observadores en movimiento relativo pueden observar la misma velocidad de la luz. Considere que una velocidad es una relación de distancia recorrida dividida por el tiempo necesario. Si esta relación va a ser la misma para todos los observadores en movimiento relativo, entonces sus medidas de distancia y tiempo deben cambiar por algún factor común de tal manera que la relación no cambie. Este solo puede ser el caso si hay una contracción de la longitud y una dilatación del tiempo que actúan para garantizar que la velocidad medida de la luz sea la misma.

Las ecuaciones de Maxwell le dan a c una referencia especial. Es la velocidad de la luz. Pero Maxwell había incluido un éter en sus ecuaciones. Entonces Einstein dijo que no necesitabas el éter. Entonces Maxwell arrojó el éter de sus ecuaciones. Pero la velocidad de la luz proviene de las ecuaciones. Tanto es así, que las ecuaciones se generaron antes de que nadie supiera lo que significaba “c”. Entonces alguien dijo que la radiación electromagnética viaja en c, ¿también lo hace la luz? Sí, la luz era una de esas radiaciones electromagnéticas. Funcionó bien. Excepto que creo que Maxwell debería haber mantenido el éter en su modelo.

Su invariancia. Si la velocidad de la luz no fuera la misma en cada marco de referencia inercial, probablemente todavía estaríamos operando sobre la base del tiempo . Pero no puede tener ambos: si uno es invariable, el otro debe ser relativo. Y una vez que se estableció que la velocidad de la luz es invariable, necesariamente se dedujo que el tiempo es relativo.

Eso, y la invariancia de la velocidad de la luz lo convierte en un valor en el que siempre puede confiar: sirve como una constante universal.

Tome la distancia más pequeña, la longitud de Planck, dividida por el tiempo más pequeño, el tiempo de Planck, y habrá calculado la velocidad máxima a la que cualquier cosa puede propagarse por el espacio. El espacio no es infinitamente divisible y tampoco lo es el tiempo. Además, el espacio y el tiempo no pueden saltarse y el tiempo siempre va en una dirección. Entonces, la velocidad máxima que cualquier cosa puede moverse es de 1 longitud de Planck por 1 tiempo de Planck.

El SoL es fundamental para comprender la teoría de la relatividad de Einstein. Todavía está en nuestra imaginación. El Big Bang, el desplazamiento al rojo, los agujeros negros, la energía oscura … son vuelos de fantasía.

La física más útil sigue siendo newtoniana.

Puedes pensar en c como la “velocidad de nuestro tiempo”. Nuestra experiencia del paso del tiempo es tal, porque c tiene tal valor y no otro. Además, el hecho de que c tenga el mismo valor en cualquier sistema de referencia significa que su sensación de pasar el tiempo es la misma independientemente de su velocidad real. Si c tuviera un valor muy diferente, cercano a cero o infinito, nuestra sensación de “velocidad del tiempo” sería diferente.