En relatividad especial, la velocidad de la luz es constante por diseño .
¿Por qué? Bueno … Las ecuaciones de Maxwell, publicadas por primera vez en forma temprana en 1861-62, predicen una velocidad de la luz que es la misma independientemente de la velocidad del experimentador. Esto fue una gran vergüenza para una teoría hermosa; seguramente, un observador que corre hacia una fuente de luz versus un observador que huye de la luz mediría diferentes velocidades.
No tan. Un cuarto de siglo después de la publicación inicial de Maxwell, Michelson y Morley realizaron un famoso experimento en el que midieron la diferencia en la velocidad de la luz en la dirección del movimiento orbital de la Tierra y en una dirección perpendicular a ella. Apodado por algunos “el experimento nulo más famoso en la historia de la ciencia”, el experimento midió la diferencia cero. Nada. La velocidad medida de la luz no se ve afectada por la velocidad del experimentador, tal como predijeron las ecuaciones de Maxwell.
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Pero queda el problema: el sentido común dicta que la velocidad de la luz debe ser diferente para un observador que corre hacia su fuente frente a otro que se aleja de ella. Al menos si dejamos que el sentido común dicte cómo relacionamos los sistemas de coordenadas de los observadores que están en movimiento entre sí.
Resulta que, en este caso, el sentido común está mal. La relatividad especial es una teoría diseñada para superar este problema mediante la introducción de nuevas reglas sobre cómo los marcos de coordenadas de los observadores en movimiento deben relacionarse entre sí. Estas nuevas reglas de transformación (la transformación de Lorentz) específicamente dejan constante la velocidad de la luz.
Una visión más moderna que utiliza el lenguaje de la física matemática del siglo XX: el grupo más general de transformaciones bajo el cual las ecuaciones de Maxwell permanecen invariables (es decir, las reglas del electromagnetismo siguen siendo las mismas) es el llamado grupo conforme. Si descarto la parte del grupo conforme que cambia longitudes y tamaños (obviamente, las personas no se hacen más grandes o más pequeñas solo porque se mudan a una ubicación diferente, por ejemplo), me queda el llamado Lorentz-Poincaré grupo: Transformaciones que incluyen traslaciones (cambio de ubicación), rotaciones espaciales y la transformación de Lorentz, que es la regla por la cual la relatividad especial se relaciona entre sí con marcos de referencia móviles.