¿Por qué técnicamente no podemos medir la velocidad de la luz?

Antes de 1983, era perfectamente posible medir la velocidad de la luz. Se midió innumerables veces en cientos de formas diferentes, con diferentes grados de precisión.

No había razón técnica para que no se pudiera medir. Todo lo que tenía que hacer era configurar una distancia medida con precisión y medir con precisión el tiempo. Cuanto más precisas sean sus mediciones, mejor será su respuesta.

Todo eso cambió en 1983, cuando la Conferencia General de Pesos y Medidas (GCPM) redefinió el medidor como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de [matemáticas] \ frac {1} {299792458} [/ matemáticas ] de un segundo. Eso definió efectivamente la velocidad de la luz como 299792458 m / s, exactamente, una constante definida.

Ahora, puedes decir que aunque se define como una constante, podría ser un poco inútil medirlo más, pero bueno, no estaría de más comprobarlo de vez en cuando, ¿verdad?

Incorrecto. No solo es inútil medir, se ha vuelto imposible medir. ¿Cómo lo medirías? No puede hacerlo a la antigua, con una distancia medida con precisión y un tiempo medido con precisión. Porque si obtiene alguna respuesta que no sea 299792458 m / s, no ha medido la velocidad de la luz, ha demostrado que no midió con precisión la longitud del camino, o que no midió con precisión el tiempo. La única respuesta correcta posible es 299792458 m / s.

Es culpa de Einstein.

El “medidor” (o “medidor”), y de hecho cualquier otra unidad de medida de longitud, solía estar basado en algún prototipo, ya sea la longitud de un brazo de reyes, una fracción de la distancia entre dos puntos de referencia, o un físico Objeto como una barra de metal. Debido a esta definición, puede medir la velocidad de la luz con ella calculando el tiempo que tarda la luz en recorrer una cierta distancia (o usar la longitud de onda y la interferencia).

Pero después de que Einstein descubrió la relatividad, y el hecho de que la velocidad de la luz es absoluta e invariable, ya no era necesario tener una definición separada de la distancia: bajo relatividad, la velocidad de la luz, el tiempo y la distancia estaban inextricablemente vinculados y verdaderos en todas las circunstancias. . El “medidor” (o “medidor”) se redefinió a partir de los objetos físicos inexactos del pasado a un valor exacto basado en la velocidad de la luz en el vacío.

Porque la velocidad de la luz (en el vacío) se toma como una constante, y las distancias se miden en términos de ella; cuantificar la medición se convierte en un problema de huevo y gallina: estás midiendo la velocidad de la luz y cuantificándola en función de una unidad de medida definida por la velocidad de la luz.

Eso no quiere decir que no pueda realizar la medición, y usarla para comparar diferentes mediciones de la velocidad de la luz en diferentes circunstancias: estos son los tipos de experimentos que se utilizan para detectar cosas como ondas gravitacionales, o si hay un éter Los experimentos que haces en la escuela son similares: dependiendo de cómo veas el problema, estás midiendo la velocidad de la luz en el aire en términos de la definición de un medidor basado en tu instrumento (la velocidad estará en tus medidores por segundo , y eso puede coincidir o no con los medidores SI dependiendo de qué tan bueno sea su medidor), o si está midiendo la longitud de su instrumento utilizando la velocidad de la luz en el aire (esto generalmente significa que los escolares realmente han estado midiendo qué tan buenos son sus reglas, en lugar de eso que la velocidad de la luz)

Mientras sostengamos que la velocidad de la luz (en el vacío) es invariable, no necesitamos medirla, la tomamos como una constante universal y definimos otras cosas con ella.

La luz no siempre viaja a la velocidad de la luz. Un nuevo experimento revela que enfocar o manipular la estructura de los pulsos de luz reduce su velocidad, incluso en condiciones de vacío.

Un artículo que informa sobre la investigación, publicado en línea en el archivo e-Print de arXiv.org y aceptado para su publicación, describe evidencia experimental sólida de que la velocidad de la luz, una de las constantes más importantes en física, debe considerarse como un límite en lugar de un velocidad invariable para la luz que pasa por el vacío.

“Es un trabajo muy impresionante”, dice Robert Boyd, físico óptico de la Universidad de Rochester en Nueva York. “Es el tipo de cosas que es tan obvio, que uno se pregunta por qué no lo pensó primero”.

Los investigadores dirigidos por el físico óptico Miles Padgett de la Universidad de Glasgow demostraron el efecto al competir con fotones idénticos, excepto por su estructura. La luz estructurada llegó constantemente un poco tarde. Aunque el efecto no es reconocible en la vida cotidiana y en la mayoría de las aplicaciones tecnológicas, la nueva investigación destaca una sutileza fundamental y previamente no apreciada en el comportamiento de la luz.

La velocidad de la luz en el vacío, generalmente denotada como c, es una constante fundamental fundamental para gran parte de la física, particularmente la teoría de la relatividad de Einstein. Si bien la medición de c alguna vez se consideró un problema experimental importante, ahora simplemente se especifica que es 299,792,458 metros por segundo, ya que el medidor se define en términos de la velocidad de vacío de la luz. Generalmente, si la luz no viaja en c es porque se está moviendo a través de un material. Por ejemplo, la luz se ralentiza cuando pasa a través del vidrio o el agua.

Padgett y su equipo se preguntaban si había factores fundamentales que pudieran cambiar la velocidad de la luz en el vacío. Estudios anteriores habían insinuado que la estructura de la luz podría desempeñar un papel. Los libros de texto de física idealizan la luz como ondas planas, en las que los frentes de cada onda se mueven en paralelo, de forma muy parecida a las olas oceánicas que se acercan a una línea de costa recta. Pero aunque la luz generalmente se puede aproximar como ondas planas, su estructura es en realidad más complicada. Por ejemplo, la luz puede converger en un punto después de pasar a través de una lente. Los láseres pueden transformar la luz en haces concentrados o incluso en forma de ojo de buey.

Los investigadores produjeron pares de fotones y los enviaron por diferentes caminos hacia un detector. Un fotón se deslizó directamente a través de una fibra. El otro fotón pasó por un par de dispositivos que manipularon la estructura de la luz y luego la cambiaron. Si la estructura no hubiera importado, los dos fotones habrían llegado al mismo tiempo. Pero eso no sucedió. Las mediciones revelaron que la luz estructurada llegaba constantemente varios micrómetros tarde por metro de distancia recorrida.

“No me sorprende que exista el efecto”, dice Boyd. “Pero es sorprendente que el efecto sea tan grande y robusto”.

Greg Gbur, físico óptico de la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, dice que los hallazgos no cambiarán la forma en que los físicos miran el aura que emana de una lámpara o linterna. Pero dice que las correcciones de velocidad podrían ser importantes para los físicos que estudian pulsos de luz extremadamente cortos.

Los humanos han estado midiendo la velocidad de la luz desde la época de Galileo. La velocidad de la luz se puede medir, pero la precisión de la medición depende de la precisión de los instrumentos que realizan la medición. Debido a que la velocidad de la luz es tan rápida, los métodos para medirla deben ser precisos.

El otro factor a tener en cuenta es si la luz se mide en el vacío. Y como se señaló en un experimento de 2014 mencionado aquí, la luz no se puede doblar o la flexión cambiará la velocidad de la luz. Sin embargo, como señaló ese experimento, “la invariancia de la velocidad de la luz solo se aplica a las ondas planas”.

Por lo tanto, debemos medir las ondas planas, es decir, las ondas cuyo frente de onda se mueve en planos paralelos y a través de un vacío. La luz normal de una estrella tiene estas propiedades. Se mueve a través del vacío y se propaga como ondas planas.

Un primer intento de James Bradley en 1727–8 se realizó midiendo la aberración estelar que mide el desplazamiento aparente de las estrellas cercanas en relación con la posición de la Tierra en su órbita. Esto fue 301,000 km / s.

Para mediciones más precisas, llegamos a Albert Michelson, quien primero pensó en usar espejos giratorios. En 1924, midió la luz a 299,796 ± 4 km / s. Michelson fue muy metódico en sus experimentos, tomó años para configurarlos con instrumentos subterráneos y sin vibraciones y repitió una y otra vez.

Desde 1924, la velocidad de la luz se ha medido en muchos miles de experimentos. Los datos han sido compilados. Las Conferencias Generales sobre Pesos y Medidas (CGPM) deciden sobre los estándares internacionales. El grado de precisión ha fijado la velocidad de la luz que se propaga en las ondas planas en el vacío a 299,792,458 metros por segundo.

La relatividad especial establece que esta velocidad será la misma para todos los observadores, sin importar qué tan rápido viajen.

Hmm .. Podemos, pero en su lugar elegimos medir el medidor.

Solía ​​ser cierto que nosotros:

  1. Definimos un “medidor” y medimos la longitud comparando directamente la longitud de un objeto elegido con una longitud de objeto de referencia estándar, y definimos un “segundo” de tiempo con una comparación con un reloj atómico de referencia.
  2. Para observar la velocidad de la luz, lo más probable es que midamos la distancia y el tiempo, luego dividimos. Tenga en cuenta que estas son medidas de cantidades fundamentales, y el resultado es un cálculo. Entonces, lo que realmente siempre hicimos fue “calcular” la velocidad de la luz.

Tenga en cuenta que en el paso 2 tenemos tres cantidades: distancia, tiempo y velocidad. Dos de ellos se miden en comparación con los estándares primarios. Para la longitud, tuvimos que construir / hacer crecer físicamente un objeto hecho por el hombre y declarar: “Esta barra (o la pierna del Rey, o la onda estacionaria en un láser) será conocida en adelante como el verdadero metro de longitud”.

Ahora, simplemente hemos elegido la velocidad de la luz como un segundo estándar primario, manteniendo nuestro estándar por tiempo. Todavía hay tres variables involucradas, y cambiamos los roles. Si lo desea, ahora puede hacer un experimento en el que “mide” (calcula en realidad) cuánto mide un metro. El medidor se degrada en su función porque ahora se calcula a partir de la velocidad y el tiempo.

Dado que la velocidad de la luz se acepta como una constante fundamental, esto debería proporcionar un estándar de longitud más confiable que el láser que construimos o la pata del Rey. Mantenemos el tiempo como una cantidad primaria porque confiamos en que los átomos (posiblemente el cesio) oscilan de manera muy confiable.

Entonces ahora eliges: ¿Cuál quieres medir? La velocidad de la luz o el medidor? Si elige la velocidad de la luz, debe usar un medidor construido según los estándares más antiguos. Si usa uno basado en el nuevo estándar, entonces está usando lógica circular para obtener sus resultados experimentales.

Peor aún, no estás definiendo el medidor de la misma manera que yo. ¡Uh, todavía estamos usando esos viejos medidores en el laboratorio de física todas las semanas!

Er – podemos!

¡Yo personalmente hice el experimento en la escuela secundaria a principios de los años setenta!

Utilizamos el método del espejo giratorio (Ver: aparato Fizeau-Foucault), ¡que era una técnica que tenía 100 años incluso entonces!

¡Medir la velocidad de la luz incluso se puede hacer en casa usando chispas de chocolate y un horno de microondas! ¡Puedes hacerlo ahora mismo!

Midiendo la velocidad de la luz usando chispas de chocolate y un horno microondas

Tome un montón de chispas de chocolate y colóquelas en una línea, de borde a borde en un plato. Apague el plato giratorio en su microondas (o si no puede apagarlo, puede voltear el plato de vidrio para que no gire). Microondas el plato durante 20 segundos, luego abre RÁPIDAMENTE la puerta y mira las papas fritas. Debes descubrir que algunos de ellos se están derritiendo y otros no. Mida la distancia entre los centros de los fundidos.

Esta distancia es la distancia entre los picos y la resistencia de las microondas. El doble de la distancia que midió es una ‘longitud de onda’. Los hornos de microondas funcionan a una frecuencia de [matemática] 2.5 \ veces 10 ^ 9 [/ matemática] Hz porque esa es la frecuencia que absorben las moléculas de agua, que es cómo cocina el horno. Si conoce la frecuencia y la longitud de onda de una onda, puede calcular su velocidad:

velocidad = frecuencia x longitud de onda

… Sabemos que la frecuencia es [matemática] 2.5 \ veces 10 ^ 9 [/ matemática] y la longitud de onda es el doble de la distancia que midió. ¡Así que ahora puedes calcular la velocidad de la luz!

(¡Sin embargo, este método no será muy preciso!)

Porque para hacerlo, solo valida su metrología.

La parte de distancia de su medición de velocidad se establece utilizando luz y tiempo:

Definiciones de la unidad base: medidor

… así que desde 1983, no hay necesidad de “medir la velocidad de la luz”, ya que es una constante definida, a la que se calibran los estándares de longitud.

Tenga en cuenta que hicimos esto, porque las aleaciones de metales reales tienden a crecer más o menos con el tiempo:

https://www.nist.gov/sites/defau

… a diferencia de las distancias alrededor de la Tierra en las que se definió el medidor original.

No estoy seguro, Bit probablemente tenga algo que ver con lo cerca que estás de la fuente de luz.

De que estoy hablando Es obvio todos los días conduciendo por la carretera. La velocidad de la luz no puede ser una constante.

Mi hipótesis es que la velocidad de la luz viaja más despacio que el armario a la fuente de la luz específica que se emite.

Está probado todos los días en un semáforo. La velocidad de la luz es más lenta en la fuente de la LUZ DE GTEEN, Y LUEGO CONTINÚA acelerando dramáticamente cuanto más se aleja de la luz de freno.

Obtuve estos datos al observar cómo cada auto en la parte posterior de la línea se movía hacia adelante y luego, se detenía, luego gritaba GO a los que estaban al frente de la línea por no moverse.

En conclusión, la luz viaja lentamente al principio y luego se acelera porque todos en la parte de atrás están gritando a los que están en la parte delantera. Al menos con semáforos verdes.

Gracias, Y SI ESTÁS EN EL FRENTE SI DETENER EL TRÁFICO IR.

Si usa medidores o cualquier cosa derivada de los medidores como su medida de distancia, que se define en función de la velocidad de la luz, queda atrapado en una referencia circular.

Si usa alguna medida de distancia basada en alguna otra cantidad reproducible, puede medir la velocidad de la luz en esas unidades.

¿Por qué técnicamente no podemos medir la velocidad de la luz?

Se ha medido con mucha precisión. Tantas veces y con tanta precisión, que podríamos medirlo más de cerca de lo que podríamos medir el Medidor.

Entonces, se tomó la decisión de redefinir el medidor (medido de forma imprecisa) con una combinación de la velocidad de la luz (medida con precisión) y el segundo.

Por lo tanto, el medidor se define como la distancia que recorre la luz en 1/299792458 de segundo.

Entonces, técnicamente, por definición, esto siempre será cierto, por lo que la velocidad de la luz debe ser de 299792458 m / s

¿Quién dice que no puede? Uno de los mayores avances en la ciencia moderna se produjo después de que Michelson y Morley hicieron exactamente eso: midieron la velocidad de la luz en todas las direcciones, tratando de averiguar qué tan rápido se movía la Tierra a través del espacio. Cuando descubrieron algo inesperado, que su velocidad medía exactamente igual sin importar en qué dirección apuntaran el haz de luz, establecieron uno de los dos pilares de la Relatividad Especial.

El hecho de que la velocidad de la luz se haya redefinido ahora significa que la interpretación de un experimento ‘para medirlo’ ha cambiado:

En el pasado, si coloca un espejo a cierta distancia y mide el tiempo que tarda la luz en salir y regresar de esa distancia, y divide esa distancia por el tiempo, obtiene una velocidad, que podría interpretar correctamente como una medida de la velocidad de la luz. Esto se debe a que el medidor (es decir, la distancia al espejo) y el segundo (es decir, la unidad de tiempo) se definieron, y la velocidad de la luz fue una relación obtenida experimentalmente, es decir, medida entre estas cantidades.

Pero hoy, porque la redefinición, el segundo * y la velocidad de la luz * están definidos, y el * metro * es una cantidad medida derivada experimentalmente. Si configura el mismo experimento con el mismo espejo remoto y el mismo temporizador y realiza exactamente la misma medición, aunque obtendrá los mismos números, ya no se interpretará como una medida de la velocidad de la luz, ahora se interpreta correctamente como la * medida de la distancia al espejo *.

Todavía se podría interpretar el experimento como una medida de la velocidad de la luz, pero esto sería incorrecto porque esa cantidad está definida, es el medidor que ahora se mide experimentalmente.

Sin embargo, uno mide la velocidad de la luz que es “SIEMPRE” 186 000 millas / seg en el vacío.

Si uno pudiera viajar a 185000 millas / seg y medir un haz de luz (una onda electromagnética), de aquí para allá,

se propagará a 186000 millas / seg (300,000 km / seg).

… Esa es la única constante que existe en el universo …

… Todo en el universo se compara con la velocidad de la luz, los años luz, etc.

¡El “tiempo” no es constante!

En otras palabras, la velocidad de la luz es constante, pero las distancias no. Dependiendo de las circunstancias, un metro es casi siempre más corto o más largo que la distancia (fija) que representaba en el pasado.

Podemos medir la velocidad de la luz.

Pero puño, arreglemos un punto. La luz tiene diferentes “velocidades” en diferentes medios, hasta casi detenida. Asumiremos que te refieres a la velocidad de la luz en el vacío.

La luz tiene una velocidad definida en el vacío. Y el medidor se define por la velocidad de la luz en el vacío.

Sin embargo, puede medirlo fácilmente en millas por segundo, o usar otras unidades como pies, manos, codos, etc. o simplemente inventar el suyo, digamos colas de gato por segundo (después de estandarizar su cola de gato).

Pero ahí está el problema. Peope entonces dirá por qué la luz viaja a x medidas por tiempo.

La velocidad de la luz es 1. Esa es la velocidad más rápida que puede llegar.

Para un observador es c, y c puede ser cualquier número (positivo, real) dependiendo de las unidades.

(Desde la perspectiva del fotón, es infinito, pero no es así como lo vemos ).

Todas las demás medidas son una fracción de 1. Todas las reglas y longitudes que utilizamos son puramente arbitrarias.

Solo usamos medidas en la vida real que son más grandes que las fracciones si 1 porque el tamaño de los números es más conveniente.

Me pregunto por qué crees que la velocidad de la luz no se puede medir. De hecho, se puede medir con precisión. Lo medí yo mismo en la escuela secundaria con un aparato simple y tosco diseñado por mi maestro.

Con menos de $ 50 en partes, mis resultados fueron precisos y exhibieron 3½ dígitos de precisión. En otras palabras, mi margen de error estaba dentro del 0.05%.

La medición de la velocidad de la luz de Ellery (clase de secundaria)

No podemos medir la velocidad de la luz como tal. La velocidad de la luz se mide con cálculos matemáticos. Existen varios métodos que se utilizan para medir la velocidad de la luz, que incluyen mediciones astronómicas, técnicas de tiempo de vuelo, resonancia de cavidad e interferometría con láser. Para saber más sobre instrumentos visite aquí …

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Ahora se ha definido que la velocidad de la luz en el vacío tiene un valor particular que es independiente de la longitud de onda o la frecuencia de la luz. Sin embargo, aún podemos medir la velocidad de la luz en el aire, en el agua o en cualquier otro medio material. La velocidad de la luz en un material depende de la frecuencia. Esto se llama dispersión (óptica) – Wikipedia. Entonces, cuando mides la velocidad de la luz en el agua, por ejemplo, necesitas decirme cuál era la temperatura del agua y qué frecuencia de luz usaste. Y si usa luz de alta intensidad, calentará el agua. Eso también debe tenerse en cuenta.

No te preocupes ¡No nos vamos a quedar sin cosas a medida!

El problema real pero “ignorado convencionalmente” (en aras de la simplicidad y la convención común) es que resulta que la larga velocidad legendaria de la luz no es en realidad una constante (excepto por convención), ya que se ha descubierto que cambia periódicamente … Su es mucho más fácil simplemente adoptar una figura fija, pero en realidad esto haría que la distancia del medidor no sea tan confiable …

La velocidad de la luz es una unidad natural de longitud del espacio en una unidad de tiempo. Esto es algo que no se puede medir en ningún sistema de medición absoluto. Nuestros metros, millas y segundos son unidades bastante arbitrarias. Lo que estamos haciendo es celebrar nuestros instrumentos, utilizando el estándar natural que ha existido desde el principio de los tiempos.

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