¿Por qué y cómo la velocidad de la luz no es relativa? (Ver detalles)

¿Por qué la velocidad de la luz no es relativa? Esta es una pregunta interesante.

Podríamos plantear una pregunta general: ¿Por qué no todo en el Universo es relativo?

Si este es el caso, entonces podemos afirmar que “Todo es relativo”. Pero esta afirmación es contradictoria, ya que la afirmación en sí misma no es relativa. Si fuera relativo, entonces debe haber cosas que no son relativas. Por lo tanto, debe ser el caso de que “Hay cosas que no son relativas”. Ahora, esta afirmación es coherente.

Visto de manera diferente, la relatividad implica que las propiedades de un objeto físico dependen de las de otros objetos. Pero las propiedades de todos los objetos no pueden depender unas de otras; debe haber propiedades independientes de las cuales se deriva el resto de las propiedades.

Al igual que un sistema formal, debe tener axiomas para comenzar. Es imposible derivar todos los teoremas el uno del otro. Esto lleva a contradicciones y el sistema no será consistente.

Como la naturaleza es un sistema consistente, debe haber constantes absolutas que no sean relativas.

Varios han respondido esto, pero sus respuestas pueden ser demasiado complicadas. Piénselo de esta manera: si mide la velocidad del sonido, no importa cómo viaja en relación con el fabricante del sonido. (Ignoremos el hecho de que uno puede exceder la velocidad del sonido. Esto es solo una analogía).

Lo que sucede es que el tono sube o baja dependiendo del movimiento relativo del observador y el creador del sonido. Esto se llama efecto Doppler, y sí, ¡la luz también lo hace!

Pero para fines generales, la analogía es buena. La velocidad del sonido no es aditiva, la velocidad de la luz no es aditiva, porque estos son ejemplos de fenómenos de onda.

La pregunta secundaria sobre la velocidad de la luz adquirida al agregar la velocidad de la motocicleta a la velocidad de la luz se llama interpretación balística de la luz. Esa no es la forma en que se propagan los fenómenos de onda: la onda de luz (fotón) viaja a la velocidad ‘ c ‘ debido a las propiedades del espacio: uno no puede agregar la velocidad de la fuente a la velocidad de propagación de la luz más de lo que puede agregarla a propagación del sonido. Un silbato de tren es una onda de sonido que viaja a una velocidad determinada por el medio (aire). Si un tren que se aproxima a la estación hace sonar el silbato, un observador en la estación observará que el silbato es de un tono más alto (llamado efecto Doppler), pero la onda de sonido no viaja más rápido solo porque el tren estaba en movimiento. Está bien establecido que la luz no es un efecto balístico. La justificación de la constancia de la velocidad de la luz se basa en la teoría de la relatividad especial. Esta es una situación más difícil de analizar porque en el proceso de medición habitual habría que considerar la contracción de las longitudes y la dilatación del tiempo en un marco que se mueve en relación con la fuente.

Suponga que la fuente de luz no se mueve hacia la tierra y la motocicleta se aleja de la fuente en una carretera recta en la tierra a una velocidad ‘ v ‘. La teoría especial de la relatividad predice que los fotones de la fuente de luz fija pasarían la motocicleta a la velocidad ‘ c ‘. Sorprendentemente, este experimentador nunca se ha realizado: implica medir la velocidad unidireccional de la luz, lo cual es problemático (imposible por algunas líneas de argumento) . Entonces, si bien la dilatación del tiempo es real, la contracción del espacio no es una cosa física que se observa, lo que deja sin respuesta la pregunta de si la velocidad de la luz es relativa o absoluta.

¿Por qué la velocidad de la luz no es relativa? Porque lo medimos cuidadosamente y descubrimos que ese es el caso. Cuando te das cuenta de que la luz es un conjunto de campos eléctricos y magnéticos en cascada y autorreforzantes que solo pueden ser estables cuando viajas en c, tiene un poco de sentido: si pudieras viajar a una velocidad relativa a la luz mientras otro observador vio que la luz se movía en c, entonces el observador que viaja vería los campos eléctricos y magnéticos operando a una velocidad demasiado lenta para ser autosuficientes, por lo que debería ver un colapso fotónico dado mientras que el otro observador vería que continúa.

En cuanto a cómo sucede esto, Einstein lo descubrió descubriendo cómo el tiempo y el espacio se deforman dependiendo de qué tan rápido se esté moviendo. Entonces, en su ejemplo, el motociclista que se mueve rápidamente experimenta el tiempo de manera un poco diferente, y su espacio se acorta en comparación con el observador en el suelo. Estos dos efectos funcionan exactamente de tal manera que los ciclistas a motor reducen la velocidad de los relojes y los criterios más cortos hacen que obtengan una medición honesta para que la velocidad de la luz sea exactamente c desde su punto de vista, mientras que el observador en tierra también medirá c.

La idea fundamental de la física en el siglo XX es que la intuición humana se basa en las experiencias cotidianas humanas y, como tal, es una guía pobre de las verdades sobre los sistemas no cotidianos.

La única razón por la que su intuición espera que las velocidades sean aditivas es que esto es aproximadamente cierto para velocidades mucho más lentas que la velocidad de la luz y su experiencia cotidiana se compone completamente de tales velocidades.

Que las velocidades no son aditivas ya que la suma no puede exceder la velocidad de la luz, así es como funciona la naturaleza. La ciencia no puede decir por qué, solo puede establecer los hechos.

Porque las velocidades no se suman de la manera que crees que lo hacen.

Usted piensa, intuitivamente, que si una persona que viaja a velocidad x arroja un objeto a velocidad y frente a ellos, entonces, según la persona que midió x, el objeto se moverá a una velocidad x + y.

Esto no es verdad.

Lo que usas intuitivamente se llama “Relatividad galileana”, un método de transferencia de cuadros inventado por el científico homónimo (aunque ha habido muchas reticencias a medida que la ciencia se ha desarrollado)

En la relatividad de Einstein , sin embargo, encontramos que esto es solo una aproximación a la fórmula verdadera .

Si un observador mide un cohete que viaja a una velocidad [matemática] v [/ matemática] , y el cohete (relativo a su marco de descanso) arroja un objeto a velocidad [matemática] u [/ matemática] desde ellos, entonces La velocidad del objeto en relación con el observador original es:

[matemáticas] u ‘= \ frac {v + u} {1+ \ frac {uv} {c ^ 2}} [/ matemáticas]

Esto se llama la “fórmula de adición de velocidad relativista”.

Ahora, si hacemos del “objeto” un fotón, entonces debemos tener [math] u = c [/ math].

Entonces lo enchufamos:

[matemáticas] u ‘= \ frac {v + c} {1+ \ frac {uc} {c ^ 2}} [/ matemáticas]

Simplificar:

[matemáticas] u ‘= \ frac {v + c} {1+ \ frac {v} {c}} [/ matemáticas]

Multiplique por [matemáticas] \ frac {c} {c} = 1 [/ matemáticas]

[matemáticas] u ‘= c \ frac {v + c} {c + v} [/ matemáticas]

[matemáticas] u ‘= c [/ matemáticas]

¡Y voilá!

No importa cuán rápido viaje nuestro marco original, el fotón emitido por él siempre se medirá para viajar en c

La razón por la que desea probar y refutarlo con su escenario de faro de motocicleta es que su cerebro intuitivamente quiere usar la adición de velocidad galileana (y esto funciona bien a nivel humano, pero falla cuando las velocidades se acercan a la velocidad de la luz)

Como he mostrado, la velocidad de la luz es una constante en todos los marcos de referencia.

Cómo y por qué son dos preguntas diferentes. Cómo es factual. Se puede demostrar que es un tipo especial de geometría en el trabajo. Puedes estudiarlo, aprender a usarlo. Funciona. Realmente es como son las cosas. Muchas publicaciones aquí que detallan los hechos.

La pregunta de por qué es mucho más profunda. ¿Por qué la naturaleza presenta algo tan sorprendente? Es solo al estudiarlo que comienzas a tener una idea de la belleza de tal sistema. Einstein sabía esto incluso antes de encontrar la respuesta, estaba buscando belleza. El aspecto hermoso es que hace que las leyes de la física sean más simples y comprensibles. Por ejemplo, puede usar una sola ecuación para comprender cómo mover un imán o mover un cable produce el mismo efecto, mientras que antes tenía que escribir dos ecuaciones desconectadas. Y lo mismo para la gravedad, comienza a surgir una visión unificada de la física.