Principio de la relatividad: ¿por qué los relojes ‘light’ (fotón) y los relojes regulares registran la misma hora cuando viajan a la misma velocidad?

Imagine que puede construir un reloj sin tener que preocuparse de si permanecerá sincronizado con un reloj de fotones o no. Ahora, digamos, Maxwell usa su reloj para medir eventos relacionados con el electromagnetismo (como la tasa de cambio de los campos eléctricos y magnéticos, y cómo se afectan entre sí), y en el proceso llega a su conjunto de cuatro leyes más elegantes que describe el electromagnetismo.

Ahora, digamos, Einstein, un segundo observador, muy consciente de las leyes de Maxwell, lleva consigo una réplica idéntica de este reloj y va en un vehículo espacial que viaja a una velocidad constante con respecto a Maxwell. Ahora, Einstein estudia las mismas propiedades de los campos eléctricos y magnéticos en su vehículo. ¿Tendrá que modificar las leyes de Maxwell agregando factores de corrección o introduciendo nuevos elementos en la ecuación? Si lo hiciera, esto supone que Maxwell había hecho su medición mientras estaba en algún tipo de marco de referencia muy especial.

El principio de relatividad significa esencialmente que las leyes básicas de la física conservan su forma en cualquier marco de referencia inercial. No hay un marco de observación especial. Entonces, Einstein aplica las mismas leyes que es, en su marco, y encuentra que todo se explica perfectamente. Sin embargo, para aplicar las mismas leyes mientras observa la vecindad de Maxwell desde aquí en el vehículo espacial, Einstein ahora se da cuenta de que sus mediciones de intervalos de tiempo y distancias en el espacio no se corresponden de manera idéntica a las de Maxwell. Se necesita alguna transformación entre las mediciones de espacio-tiempo para poder preservar la forma de las leyes. Ningún observador es especial. Independientemente del reloj utilizado, la relatividad es cierta.

Feynman captura esto muy bien. Otra forma de pensar en el principio de la relatividad es que uno no puede idear ningún mecanismo de reloj que lo ayude a distinguir un marco inercial de otro. Si existiera dicho reloj, significa que puede identificar un marco de referencia especial, con respecto al cual se definirán todas las leyes de la física, y todos los demás tienen que modificar estas leyes para adaptarlas en función de sus velocidades con respecto a este marco de referencia. Pero esto desafía el principio de la relatividad, algo que ahora sabemos que es cierto (los supuestos no relativistas anteriores no pudieron explicar las observaciones, mientras que este sí lo hizo).

Finalmente, resulta ser la forma más conveniente de visualizar la relatividad cuando tenemos relojes sincronizados con haces de luz.

Si estuvieras en una habitación con un reloj de luz y un reloj normal, esperarías que funcionaran a la misma velocidad, ¿verdad?

Einstein esperaba que siempre funcionaran a la misma velocidad porque asumía que las leyes de la física en una habitación eran las mismas sin importar a qué velocidad viajaba la habitación. Esta suposición es el quid de la relatividad especial. Nadie sabe por qué esta suposición es cierta, pero parece ser válida en base a un montón de experimentos.