¿Por qué algo que viaja a la velocidad de la luz c tiene el mismo valor para su velocidad para todos los observadores inerciales?

Preguntas por qué pero no hay una respuesta real. Es solo la forma en que funciona el universo. Algunas personas tratarán de “explicar” por qué, pero como tú lo dices, eso es solo un poco de razonamiento circular. La consistencia de la velocidad de la luz es un postulado: no tiene pruebas. Toda otra teoría surge de ella.

La pregunta legítima es por qué creemos en el segundo postulado. La respuesta corta es que Einstein lo usó para hacer un montón de predicciones que resultaron ser ciertas, por lo que debemos aceptarlo. Eso sería suficiente para que lo creamos hoy, pero la era de Einstein carecía de herramientas como láseres, relojes atómicos y computadoras para probar definitivamente la relatividad. La larga historia es que la relatividad se convirtió en una teoría de la belleza y la paz, y ¿quién estaría en contra de esas cosas?

El artículo original de Einstein fue bastante sorprendente porque en ese momento, sus contemporáneos trataban la electrodinámica como el estudio de la naturaleza del electrón. De la nada, Einstein apareció y simplificó todo al tratar la electrodinámica y la luz como problemas de cinemática y dio soluciones muy elegantes a una variedad de problemas. Poco después vino la unión de masa y energía. Y luego la generalización de la invariancia: bajo Newton, los vectores como la velocidad y el momento eran una variante de cuadro y así eran las cosas. Bajo la relatividad, la velocidad y el momento se convirtieron en vectores invariantes de 4 dimensiones, y la energía resultó ser el cuarto componente del momento, otra relación insospechada. A menudo pensamos en la relatividad como una cosa alucinante que arruina los relojes y los palos de medición, pero debajo es bastante elegante y unifica cosas que en la física newtoniana no tienen relación.

Luego vino la relatividad general, que nuevamente tiene la reputación de ser contra intuitiva y alucinante, pero debajo es bastante elegante. Se le ha llamado la teoría física más bella jamás desarrollada. Debido a que involucra una ecuación diferencial de segundo orden, puede ser muy difícil encontrar soluciones exactas para problemas específicos, pero la teoría en sí misma no es terriblemente difícil.

Esa es la parte de belleza. La parte de la paz provino de un físico británico pacifista que se acercó a un físico alemán de ideas afines a raíz de la Primera Guerra Mundial. No entraré en los detalles de la historia de Eddington y Einstein, pero basta con decir que Eddington estaba decidido a usar su considerable influencia para hacer de la relatividad general una historia de éxito de una hermandad internacional unida de científicos pacíficos. Entonces, ¿qué pasaría si los datos del experimento de flexión de la luz durante un eclipse no fueran terriblemente definitivos: tanto el público como los científicos necesitaban algo emocionante y fantástico para distraerlos de la devastación de un mundo devastado por la guerra.

Muchos de los contemporáneos de Einstein nunca aceptaron el segundo postulado. Pero la próxima generación de físicos creció con él como una segunda naturaleza. ¿Y quién podría discutir con la espectacular demostración de la bomba atómica? Y desde entonces, muchos experimentos han arrojado resultados que coinciden con las predicciones de la relatividad con una precisión notable.

Dado todo eso, a pesar de la naturaleza intuitiva del contador contrario del segundo postulado, no es difícil imaginar por qué los negadores de la relatividad se limitan en gran medida a los antisemitas, los aspirantes al capitán Kirk y los ladrones.

La base de este estado especial son las ecuaciones de electrodinámica de Maxwell. La velocidad de la luz se puede derivar usando estas ecuaciones. La velocidad de la luz que sale de estas ecuaciones solo depende de dos constantes y no tiene relación alguna con el marco de referencia en el que se realizan las observaciones. Eso significa que en cualquier marco en el que se encuentre, obtendrá exactamente la misma velocidad de la luz. Esto también significa que las ecuaciones de Maxwell son las mismas en cada cuadro y no le importa el cuadro de referencia.

Ahora, si la velocidad de la luz no era una constante para cada observador y dependía del marco de referencia, entonces eso requeriría un conjunto diferente de ecuaciones de Maxwell para poder derivar la velocidad particular de la luz. Como ese no es el caso, se estableció que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.

Para ver los detalles, consulte: La respuesta de Shiva Meucci a la Relatividad: ¿Cómo la ecuación [matemáticas] e = mc ^ 2 [/ matemáticas] establece el límite para la velocidad de algo como la velocidad de la luz?

Para entender de dónde surgió esta idea, debe rastrearla a través de la historia. Su génesis es el experimento de Michelson-Morley, no las ecuaciones de Maxwell que muchos intentan señalar. La única conexión con la constancia de la velocidad de la luz que tienen las ecuaciones de Maxwell es que nunca las desarrolló lo suficiente como para lidiar con el movimiento, por lo que tratan la luz como una constante, como lo haría cualquier teoría sobre ondas mecánicas. Las ecuaciones de Maxwell se desarrollaron sobre un modelo de dinámica de fluidos y de ninguna manera conducen a la conclusión salvaje de la “constancia de velocidad de la luz”, que es un fenómeno tremendamente diferente de lo que sugiere la terminología.

La razón por la que ocurre este límite mágico es porque el experimento matemáticamente modelado por Lorentz requiere que la luz rebote en un espejo y regrese. Si el espejo viaja a la velocidad de la luz, nunca puede recuperarse. (infinito) De ahí viene y hay una ignorancia generalizada de este hecho histórico.