Cuando hablamos de la ‘velocidad de la luz’ en diferentes marcos de referencia, parece que hay dos ‘velocidades’:
1. ‘velocidad de propagación desde la fuente’ (que esperaríamos que sea c para todas las fuentes en todos los cuadros en el vacío), y
2. la ‘velocidad del frente de onda’.
La pregunta es, ¿podemos agregar la velocidad del frente de onda a la velocidad relativa de la fuente?
Para explicar mi pregunta, he establecido dos escenarios que involucran un generador de ‘onda’ en el agua:
A. donde la fuente se mueve a través de aguas tranquilas, y
B. donde la fuente está flotando con la corriente.
Como sabemos, la velocidad de propagación de las olas desde una fuente está determinada por las propiedades del agua, independientemente del movimiento de la fuente a través del agua.
En este caso, una fuente en movimiento crea un ‘efecto Doppler’: aumenta la frecuencia (f) y comprime la longitud de onda (l) (en la dirección del movimiento), y disminuye (f) y se expande (l) (en la dirección opuesta )
Estos efectos ocurren en el propio tren de olas.
Todos pueden ver y medir la compresión real del ‘tren de olas’ en la parte delantera y la expansión en la parte trasera.
B. Fuente flotando en una corriente, donde:
– la corriente se mueve a velocidad: v0
– la velocidad de las olas en el agua es: v1
– la frecuencia de las ondas emitidas desde la fuente es: f1
– la longitud de onda es: l1
En este caso, no hay compresión o expansión en el ‘tren de ondas’, y la velocidad de la fuente y la velocidad de propagación son aditivas desde la perspectiva de cualquier punto fijo.
Es este efecto aditivo el que crea diferencias reales en la frecuencia y longitud de onda observadas, dependiendo del punto de vista y el movimiento relativo del observador.
Con agua, todos los observadores pueden ver la onda que se propaga desde la fuente a la velocidad de las olas en el agua v1, con una longitud de onda fija l1 y una frecuencia f1, en todas las direcciones alrededor de la fuente flotante.
Todos pueden ver que para el punto fijo al frente, la frecuencia ‘medida’ en ese punto es f2> f1 y la longitud de onda l2
Todos pueden ver que para el punto fijo en la parte posterior, la frecuencia medida en ese punto es f3 l1.
Todos los observadores también pueden ver que, observadas desde un punto en ángulo recto y moviéndose paralelas a la fuente en v0, las ondas se acercan en v1, con frecuencia f1 y longitud de onda l1 (como si la fuente y el observador fueran estacionarios, ya que de hecho son … relativo el uno al otro).
Desafortunadamente, no podemos hacer nada de esto por la luz. Solo podemos medir la frecuencia en el punto de recepción con certeza.
Para la luz, la velocidad de propagación desde su fuente es c en el vacío y es la misma en todas las direcciones, independientemente del movimiento de la fuente.
Esto fue demostrado por Michelson-Morley (MM)
En Wikipedia hay dos GIF que muestran muy bien el experimento MM, y el segundo ilustra el resultado ‘esperado’ para que la luz se propague en un ‘medio’:
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En el primero, el “aparato” es estacionario en relación con la página (el éter supuesto).
En el segundo, todo el aparato se mueve ‘a través del éter’ (a la derecha de la página).
Este segundo GIF muestra el supuesto éter creando un cambio de fase.
Sin embargo, MM no observó tal cambio … claramente invalidando la hipótesis del éter.
Obviamente, sin un medio que limite su velocidad, ya que la configuración en ambos casos es idéntica, la velocidad de propagación desde la fuente debe ser idéntica, por lo que no puede haber ninguna diferencia en la llegada de ninguno de los haces, que es lo que MM demostró .
Pero, ¿qué pasa con la velocidad del frente de onda (en oposición a la velocidad de propagación desde la fuente)?
El experimento MM no midió esto, ya que el receptor estaba estacionario en relación con la fuente.
Como la luz no requiere medio, actúa como la fuente que se mueve con la corriente.
Tiene sentido que esto sea cierto en todos los cuadros en todas las direcciones para que la luz se propague desde su fuente, porque no hay éter para limitar su velocidad.
Lo que es incierto es la velocidad relativa del frente de onda, donde la fuente se mueve en relación con el receptor.
Dado que es imposible ver un frente de onda que se aproxima desde un haz de luz que acaba de encenderse, solo podemos medir la frecuencia / longitud de onda aparente en el punto de recepción. O quizás, el tiempo que tarda un rayo en viajar entre dos puntos que se mueven uno con respecto al otro, con una distancia conocida entre ellos en el instante exacto en que se propaga el rayo (aunque no he oído hablar de tal experimento).
Para evitar este problema, asumimos que la velocidad del frente de onda es siempre c, y damos cuenta de la observación experimental, suponiendo que los contratos de longitud y el tiempo se expanden en la dirección del viaje.
Por otro lado, si aceptamos c como ‘absoluto’ para la velocidad de propagación desde cualquier fuente en el vacío en cualquier cuadro, pero que la velocidad del frente de onda es c + v (la velocidad relativa de la fuente y el receptor), entonces podemos obtener el mismo resultado, pero sin la necesidad de jugar con duración o tiempo.
Los cambios rojo y azul se ajustan a la idea de que la “velocidad de propagación de la luz desde su fuente” se fija en todos los cuadros, pero que la “velocidad del frente de onda” puede ser mayor o menor que c, dependiendo del movimiento relativo de la luz. fuente y receptor.
Lo mismo con la masa. Si un cuerpo puede moverse más rápido que la luz, tendrá más energía y, por lo tanto, una mayor masa aparente.
Me pregunto cómo funcionan las matemáticas, si suponemos que hay una diferencia entre c y la velocidad de un frente de onda que se aproxima para explicar el comportamiento observado.
