¿Por qué debes aceptar que la velocidad de la luz es constante? Bueno, como con todas las cosas en física, debe aceptarlo porque ha sido verificado experimentalmente. Es lo que es. Pero supongo que estás buscando una razón más filosófica para que sea verdad. Podemos hacer eso también.
Supón que estabas a la deriva en un espacio completamente vacío, sin forma de saber dónde estás. Desde lejos, ves a una mujer, la llamas Alicia, se dirige hacia ti, te pasa y luego te alejas. ¿Qué tan rápido viajaba Alice? Parecía que estaba haciendo unos 10 m / s hacia ti, y como estás completamente inmóvil, esa debe ser tu velocidad. ¿Pero qué hay de la perspectiva de Alice? Sin puntos de referencia en el espacio vacío (sin aire en la cara, sin luz para medir la distancia, nada), Alice tiene todo el derecho de creer que ella es la que está parada y que venías hacia ella a 10 m / s . Entonces, ¿quién tiene razón? Si lo piensas bien, la situación es perfectamente simétrica: no hay razón para creer que ninguno de los dos esté más estacionario que el otro. Claramente, no existe tal cosa como realmente estacionaria: no hay una diferencia significativa entre el movimiento de velocidad constante y un estado estacionario [1].
Ahora pensemos un poco en las leyes de la física. Ya hemos dicho que todo observador de velocidad constante también podría ser estacionario. Esto significa que las leyes de la física deberían aplicarse de la misma manera a todos los observadores de velocidad constante, ya que todos son realmente equivalentes a un estado estacionario. Este argumento se conoce como el principio de la relatividad y es el punto de partida para cualquier conjunto de leyes físicas.
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Todo bien. ¿Qué sigue? Imaginemos que ahora está de vuelta en la Tierra, pero los extraterrestres malvados han volado el Sol. Donde alguna vez estuvo el Sol, ahora solo hay espacio vacío. Ahora, la Tierra está a cierta distancia del Sol, así que de vuelta aquí en la Tierra, ¿cuánto tiempo tomaría para que la luz se apague y nos demos cuenta de que algo horrible ha sucedido? Bueno, posiblemente podríamos estar conscientes de la destrucción del Sol instantáneamente: en el momento en que deja de existir a todos esos millones de kilómetros de distancia, la luz se apaga en la Tierra. Pero hay algo muy incómodo en eso. Si los cambios en el Sol se sienten instantáneamente en la Tierra, incluso si la Tierra estuviera a miles y miles de millones de kilómetros de distancia, aún veríamos desaparecer al Sol en el mismo momento en que se destruye. Incluso si estuviéramos en el otro extremo de la galaxia.
En nuestra experiencia diaria, las perturbaciones tardan en propagarse. Cuando abre el grifo, el agua tarda un poco en salir por el extremo de la manguera. Cuando se produce un terremoto en algún lugar del Pacífico de América del Norte, las olas del tsunami tardan un poco en llegar al este de Asia, lo que les da a los visitantes de las playas asiáticas algo de tiempo para evacuar. Bueno, se podría decir, tal vez alguna forma de perturbación, como la gravedad y la luz, se propagan instantáneamente. Pero por el bien de la discusión, digamos que todas las perturbaciones deben tomar al menos un tiempo para propagarse. Si se toman un tiempo para propagarse, entonces debe haber una velocidad máxima a la que puedan viajar.
Tenga en cuenta que esta velocidad máxima en realidad coloca un límite de velocidad en todas las partículas: si las partículas pueden exceder este límite, entonces claramente algunas perturbaciones, que involucran el movimiento de partículas, pueden viajar más rápido que el límite de velocidad estipulado, lo cual es una contradicción.
Ahora, ¿recuerdas el principio de la relatividad? Si existe una velocidad máxima de propagación de perturbaciones en el universo, entonces la velocidad es una ley de la física, y claramente todos los observadores deben estar de acuerdo.
Entonces ahí lo tienes. Si aceptamos que todos los observadores de velocidad constante son iguales, y posteriormente aceptamos que hay una velocidad máxima de propagación de señales, entonces nos vemos obligados a aceptar que esta velocidad es la misma para todos los observadores. Esto forma el misterio central de la relatividad.
Algunas cosas a tener en cuenta:
- He evitado cuidadosamente cualquier mención de la velocidad de la luz. En realidad, la relatividad se formula en base a un límite de velocidad universal más general, que también es la velocidad de la luz. Cualquier señal transportada por partículas sin masa viaja a este límite de velocidad universal.
- Para obtener una relatividad especial, ni siquiera tiene que comenzar con el supuesto de que existe una velocidad máxima. Simplemente puede llamar a la velocidad c , obtener todos los resultados de la relatividad especial y luego llevar c al infinito si así lo desea: ¡recuperará la mecánica newtoniana!
Esto fue adaptado del libro de Landau y Lifshitz, The Classical Theory of Fields .
[1] Sin embargo, esto no es cierto para acelerar el movimiento: cuando aceleras, puedes estar 100% seguro de que no estás parado. El cambio en el movimiento es detectable y significativo, pero el movimiento constante no lo es.
