¿Qué queremos decir cuando decimos que la velocidad de la luz es una constante?

Conceptualmente, se hacen dos afirmaciones distintas: la velocidad de ida y vuelta de la luz sobre un camino cerrado es constante, y (ii) la velocidad de luz unidireccional sobre un solo tramo abierto es constante.

La velocidad de ida y vuelta de la luz que es constante es menos una propiedad de la luz y más un conjunto cuidadosamente emparejado de propiedades de todo lo que posiblemente podría hacer una medición autónoma de la velocidad de ida y vuelta. Por ejemplo y en particular, la medición prototípica utiliza una fuente de luz, un reloj, una regla, un espejo y un detector. Envías la luz, la haces rebotar en el espejo en el extremo más alejado de la regla, y la hora se va y regresa en el mismo reloj.

Si realiza todo el experimento, acelere suavemente a la velocidad de algún otro observador y vuelva a ejecutarlo, dará el mismo resultado. Desde el punto de vista del observador inicial, eso se debe a que el reloj se ha dilatado en el tiempo y la regla tiene una longitud contraída, por lo que el tiempo adicional que la luz pasa persiguiendo el aparato se compensa con la dilatación del tiempo, y el doble tiempo extra que la luz el gasto cuando persigue la regla que se mueve longitudinalmente (en relación con cuando la regla se mueve transversalmente) se compensa con la contracción de la longitud. Por lo tanto, el número total de longitudes de regla por marca de reloj es el mismo.

Ahora esto ya es bastante sorprendente desde un punto de vista clásico, pero está confirmado experimentalmente: el famoso experimento de Michelson-Morley es equivalente a comparar el resultado de este experimento con la regla moviéndose transversalmente al caso con la regla moviéndose longitudinalmente, y el clásico la expectativa fue una diferencia proporcional a [math] \ gamma = 1 / \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} [/ math].

Y aunque Einstein no lo expresó así, lo que propuso efectivamente fue aceptar el resultado bidireccional y simplificar las cosas definiendo la velocidad unidireccional de la luz como el promedio. Es decir, si sincroniza un segundo reloj a cierta distancia de su reloj maestro, envía una señal luminosa y ajusta el esclavo hasta que la velocidad se vea como c.

El efecto neto es que las coordenadas de tiempo de los diferentes observadores son un poco como el tiempo medio de Greenwich versus el tiempo solar local alrededor de la Tierra. Cuanto más lejos esté de Greenwich, mayor será la diferencia (excepto que no hay un resumen en la Línea de fecha internacional). Entonces, si es mediodía en Greenwich, entonces es mediodía GMT en Nueva York, pero a las 7 am hora local del sol. También es mediodía GMT en Los Ángeles, pero a las 4 a.m. hora local del sol. Por supuesto, la magnitud es mucho menor: la discrepancia máxima es ± 1 / c = ± 3.33 nanosegundos por metro de separación. Aún así, todas las divertidas paradojas de la relatividad involucran esto en alguna parte.

Aquí aislemos este problema a la velocidad de la luz misma y dejemos de lado otras cosas como marcos de referencia, observadores, espacio-tiempo o espacio y tiempo por el momento. Necesitamos un poco de simplicidad aquí.
Porque bajo esa velocidad, su estructura puede permanecer en un estado termodinámicamente estable óptimo que se ajusta al principio de eficiencia. Un fotón existe en un estado dinámicamente equilibrado de oscilación entre las existencias de fase de onda y fase de partículas. La naturaleza no tiene otras formas de mantener estable la estructura de un fotón. Y solo tiene una capacidad limitada de autoajuste para adaptarse a diferentes condiciones de energía en su estructura, al cambiar la frecuencia, convertir la energía del momento en energía de vibración y viceversa. Pero la amplitud y frecuencia de la vibración tienen una limitación: sobre el límite superior o inferior, este fotón no puede mantener estable su estructura, puede convertirse en otra cosa. Aquí podemos ver que solo puede usar la flexibilidad de su existencia de fase de onda para ajustar su estado de existencia para mantenerlo estable, pero su existencia de fase de partículas no tiene esta flexibilidad. Es un proceso de transformación de masa sin energía de fricción donde: Energía de fase de onda E = energía de fase de partículas el momento p. mientras que p = mv. Por lo tanto, la velocidad v que da la energía de momento p a la masa m de la existencia de la fase de partículas debe limitarse a un cierto valor para permitir que E esté en un rango de valor limitado para mantener la estabilidad estructural de este fotón debido a la rigidez de la m misma es partícula y tiene su propia estructura y eso no se puede cambiar sin que se convierta en otra cosa. La rigidez de m determinó la rigidez de v. Cuando m es rígido, el ajuste solo se puede organizar entre E y v. Entonces, cuando este fotón obtiene un arrastre que extrae su energía, E convierte parte de su energía de vibración en el momento p para mantener la velocidad v y que hacen que su frecuencia baje; cuando un impulso sobre este fotón le da más energía de impulso p, entonces esa energía extra se convertirá en energía de vibración E que aumentará su frecuencia.
Entonces, la conclusión es: la luz tiende a mantener su velocidad constante debido a que su existencia en fase de masa es una forma de existencia rígida – partícula que tiene una estructura para mantener, mientras que la existencia de fase de onda solo tiene una capacidad limitada para ajustar las condiciones de energía en el proceso . La materia tiende a permanecer en un estado termodinámicamente estable, razón por la cual la luz tiende a mantener su velocidad constante.

Para agregar a la respuesta de Eran, la velocidad de la luz en el vacío proviene del resultado directo de las ecuaciones de Maxwells como:
[matemáticas] c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_ {0} \ epsilon_ {0}}} [/ matemáticas]
No hablan sobre el marco de referencia del observador, anteriormente, debido a que esta gente pensó que el espacio está lleno de éter luminífero con respecto al cual se indicó la respuesta, pero el experimento de Michelson-Morley demostró que la velocidad de la luz es constante independientemente del marco de referencia.