Pregunta: ¿La velocidad de la luz se reduce después de los reflejos repetitivos y eventualmente disminuirá a cero?
Aquí quiero resaltar tres palabras clave importantes de la pregunta.
- velocidad de la luz
- reducción de velocidad debido a la reflexión
- velocidad reducida a cero?
Desde entonces, esta pregunta está etiquetada bajo el tema Relatividad, por lo que también me gustaría poner algo de “luz” (metafóricamente) sobre este tema.
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Primero aclaremos lo básico: la velocidad de la luz es 299 792 458 m / s solo en vacío y no en todo el medio. Cuando la velocidad de la luz se representa como ‘c’ (abreviatura de causalidad), es esta velocidad en el vacío la que es constante, y todos los observadores la miden igual .
Ahora, volviendo a la pregunta, cuando la luz se refleja a través de cualquier superficie, la velocidad de la luz no se reduce en absoluto, si está en el vacío.
Aquí es muy importante entender dos puntos, cómo una superficie reflectante impacta la luz y cómo lo impacta un medio en el que atraviesa la luz.
Impacto de la superficie reflectante en la luz:
Ninguna superficie puede reflejar la luz al 100%, de manera similar no hay material o superficie que pueda absorber la luz al 100%. La luz está compuesta de fotones. Si es una superficie reflectante muy buena, entonces puede reflejar 99.99% de fotones, los fotones restantes son absorbidos por los átomos de la superficie y emitidos de regreso a alguna frecuencia y longitud de onda diferentes. Entonces, la reflexión reduce la intensidad de la luz, no la velocidad de la luz, porque todo lo que se refleja son fotones solamente, y todos los fotones viajan en c, que es constante.
Fuente de la imagen: imágenes de Google
Esto puede plantear la pregunta relacionada de que si la velocidad de la luz es constante, entonces ¿por qué la velocidad de la luz se reduce en algún medio, por ejemplo, agua o vidrio? Entonces, la siguiente es la respuesta.
Impacto del medio sobre la luz:
Cuando los fotones viajan a través de algún medio, digamos agua, entonces la velocidad de la luz parece que se reduce. Pero, en realidad, se ralentiza, lo que realmente sucede detrás de la cortina.
Cuando los fotones viajan a través de un medio, esos fotones interactúan con los electrones de los átomos en ese medio. Estos electrones absorben el fotón y se excitan. Entonces, el electrón intenta volver a un estado de energía más bajo nuevamente. Para obtener el estado de energía más bajo, el electrón debe eliminar la energía que ha absorbido cuando interactúa con los fotones. Entonces, el electrón libera o emite la misma energía en forma de fotones solamente.
En un medio hay innumerables electrones, y los fotones en su camino pueden encontrar un número n de electrones. Todos esos electrones en el camino del fotón absorberán y liberarán el fotón uno tras otro. Estos innumerables ciclos de absorción y emisión de fotones constituyen el retraso de tiempo para que la luz salga del medio. Este retraso causado por la absorción y emisión de fotones nos da la impresión de que la velocidad de la luz se reduce dentro del medio, lo que en realidad no es el caso. Porque entre dos de esas interacciones los fotones viajan a la velocidad c solamente.
Fuente de la imagen: auto dibujado
Ahora hablemos de reflexiones repetitivas. Hay dos posibilidades: primero, supongamos que tiene un sistema cerrado donde de alguna manera atrapa un haz de luz contra dos espejos opuestos entre sí. Los espejos reflejarán la luz, y debido a que la eficiencia no es del 100%, cada vez que ocurre la reflexión, la intensidad de la luz se reduce. Eventualmente, la longitud de onda de todos los fotones se expandirá, y habrá espejos ligeramente calentados al final.
La segunda posibilidad podría ser, como si hubiera atrapado un haz de luz contra dos espejos reflectantes, y justo después de unos pocos reflejos, taladre un agujero muy pequeño en uno de los espejos para que la luz escape. ¿Qué pasaría entonces? la luz saldrá amplificada y estimulada , o también puede llamarse LÁSER.
Así es como funciona LASER en realidad.
Hablemos de la perspectiva de la relatividad de la velocidad de la luz.
Según la relatividad, la velocidad de la luz en el vacío o c es constante para todos los observadores en cualquier marco de referencia . En definitiva, todas las velocidades son relativas al marco de referencia respectivo, excepto la velocidad de la luz en el vacío.
Cuando dices eso, la velocidad de la luz puede reducirse a cero. Entonces mi pregunta sería desde la perspectiva de quién y con qué marco de referencia desearía medir la velocidad de la luz como cero. Violará la causalidad, por lo que es simplemente imposible para cualquier observador en cualquier parte del universo.
Miremos desde la perspectiva de la luz. Según la relatividad, cuando te acercas a una velocidad significativamente mayor, se produce la contracción de la longitud . O, en otras palabras, el espacio se reduce cuando alcanzas velocidades más altas. A medida que se acerca a la velocidad de la luz de manera gradual, se producirá una contracción de longitud cada vez mayor. A la velocidad de la luz, c (que es imposible de alcanzar) el espacio se reduce a cero.
La velocidad es siempre distancia / tiempo. Pero cuando no hay distancia para viajar (el espacio se reduce a cero en c), no habrá tiempo para viajar. Es por eso que la dilatación del tiempo ocurre cuando alcanzas velocidades más altas y el tiempo se congela en c . Entonces, desde la perspectiva de la luz, no hay tiempo, y no viaja a ningún lado porque no hay espacio. No envejece a la velocidad de la luz, o simplemente dice que los fotones no experimentan el tiempo. Cuando no hay tiempo para los fotones, hablar de distancia y velocidad simplemente no tiene ningún sentido.
