¿Qué hace que la velocidad de la luz sea independiente del movimiento de un observador en la teoría de Maxwell?

Esta es una buena pregunta. La respuesta es que las longitudes se contraen cuando te mudas. Así es como lo explico en mi libro (después de describir el experimento de Michelson-Morley que llevó a esta conclusión):

Fue sorprendente que la velocidad de la luz fuera independiente del movimiento. Einstein incluso sintió la necesidad de convertirlo en un postulado separado: “la luz siempre se propaga en el espacio vacío con una velocidad definida que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor”, y agregó que esto “aparentemente solo es irreconciliable con el [Principio de la relatividad] “.

El lector debe detenerse para apreciar cuán extraña es esta afirmación. No tiene sentido que un rayo de luz, o cualquier otra cosa, viaje a la misma velocidad independientemente del movimiento del observador. Supongamos, por ejemplo, que está observando un tren muy rápido desde otro tren. La velocidad aparente del tren rápido dependería claramente de su dirección en relación con la suya. Si el otro tren se mueve en la dirección opuesta, pasaría silbando, pero si se mueve en la misma dirección, pasaría muy lentamente. Sin embargo, Michelson, un pasajero en un tren llamado tierra, descubrió que otro tren llamado luz siempre se mueve a la misma velocidad sin importar en qué dirección se mueva la tierra.

Si el experimento MM se hubiera realizado solo una vez, no habría habido ningún problema. Podríamos haber dicho simplemente que este es el marco de referencia en el que se mantienen las leyes de la física, en el que se aplican las ecuaciones de Maxwell y la luz viaja con velocidad c . Pero el resultado fue siempre el mismo, independientemente del movimiento de la tierra. No es posible que la luz viaje con la misma velocidad en todos estos marcos de referencia a menos que esté sucediendo “algo gracioso”.

El “algo divertido” resultó ser aún más sorprendente que el resultado MM en sí: ¡los objetos se contraen cuando se mueven! Más específicamente, se contraen en la dirección del movimiento. Piénsalo. Si la longitud del camino del aparato de Michelson en la dirección hacia adelante se contrae en la misma cantidad que la distancia adicional que el haz de luz tendría que viajar debido al movimiento, los dos efectos se cancelarían. De hecho, esta es la única forma en que se podría explicar el nulo resultado de Michelson. La idea de la contracción fue sugerida por primera vez por un físico irlandés relativamente desconocido.

George Francis Fitz Gerald 1851-1901 . FitzGerald expresó su idea en una breve comunicación a la revista estadounidense Science en 1891, diez años después del primer resultado informado de Michelson. También sugirió una razón.

Sugeriría que casi la única hipótesis que puede conciliar este [conflicto] es que la longitud de los cuerpos materiales cambia, según se mueven a través del éter o a través de él, en una cantidad que depende del cuadrado de la razón de sus velocidades a el de la luz Sabemos que las fuerzas eléctricas se ven afectadas por el movimiento de los cuerpos electrificados en relación con el éter, y parece una suposición no improbable que las fuerzas moleculares se vean afectadas por el movimiento, y que el tamaño de un cuerpo se altera en consecuencia. – GF FitzGerald

Si bien FitzGerald se refirió al éter, que se creía que era el portador de las ondas de luz en ese momento, el razonamiento se mantiene con o sin el éter.

Las ecuaciones de Maxwell dan una velocidad para un paquete autopropagante de ondas electromagnéticas: lo que se dio cuenta de que era luz. PERO, y este es el importante “pero”, si pudieras viajar a cualquier velocidad en relación con un paquete dado de ondas electromagnéticas autosostenibles: verías que no son autosustentables; necesitan moverse en c en relación con el observador.

O, como me explicaron: imagine que tiene un camión con un generador de campo EM en la parte superior. Encendemos el generador y ajustamos la perilla de potencia hasta obtener un campo de nuestra fuerza deseada.

Ahora, comenzamos a conducir, ahora tenemos un campo eléctrico en movimiento, que alimenta un campo magnético que a su vez aumenta el campo eléctrico. Para mantenerlo en la fuerza deseada, disminuimos la potencia que ponemos en el generador.

Cuando vamos más rápido, podemos bajar el poder más. Entonces, ¿qué tan rápido ir antes de que necesitemos cero energía? C. Una vez que el interruptor de encendido está apagado, siempre que vaya a c, todo es autosuficiente. Si un observador pudiera viajar a cualquier otra velocidad en relación con el camión, vería el colapso del campo ya que no es autosuficiente. Como no vemos que los fotones colapsen dependiendo de nuestra velocidad, debemos concluir que no podemos viajar a ninguna otra velocidad en relación con un fotón que no sea c.

¿Qué hace que la velocidad de la luz sea independiente del movimiento de un observador en la teoría de Maxwell?

Si la memoria sirve, la teoría y las ecuaciones de Maxwell se encuentran entre unas pocas selectas que no fueron “realmente fastidiadas” (término técnico) con el advenimiento de la teoría cuántica.

Como demostró Einstein en la relatividad especial, la velocidad de la luz es relativa al observador, y siempre es 186,243 (creo) millas por segundo. Esencialmente, esto se debe a que no existe una bestia como el tiempo absoluto, ni el espacio absoluto. Ambos son efectivamente relativos al observador.

Otra cosa que Einstein demostró es que no existe el descanso absoluto. Los efectos de la gravedad y la aceleración son indistinguibles entre sí. No hay forma experimental de distinguir los dos.

Ya he respondido esta pregunta aquí:

La respuesta de Luiz De Assis Netto a ¿Crees que c {la velocidad de la luz en el vacío} es un número aleatorio, o es una constante lógica descrita por ecuaciones como pi o e?

En la teoría de Maxwell, la velocidad de la luz depende solo de dos constantes, una eléctrica y otra magnética. ¿Cambian esas dos constantes según el estado de movimiento de un observador o de la fuente? No lo hacen, y no hay razón para que lo hagan. A menos que pueda probar lo contrario …

Creo que Maxwell usó en gran medida las leyes conocidas de electricidad y magnetismo, como la Ley de Gauss, las leyes de Faraday y Lenz. Utilizó estas leyes para considerar un caso simple de una sola carga, que se movió, aceleró, etc.

Pudo predecir que los campos eléctricos y magnéticos podrían intercambiar energía en forma de onda y que si lo hicieran, la velocidad de la onda sería el valor que llamamos c.

No creo que haya pensado cómo los observadores pueden verlo en diferentes marcos de inercia. (¡Podría estar en lo correcto en esto!)

La velocidad de la onda se calculó a partir de constantes medidas: la permeabilidad y la permitividad del espacio libre.

Cuando se realizaron experimentos para tratar de establecer el movimiento de la tierra a través del espacio y no pudieron hacerlo. La gente miró con mucha atención la teoría para ver si en algún lugar, se suponía que la velocidad prevista era relativa al emisor / receptor. Las leyes parecían ser igualmente aplicables a ambos. Finalmente, Einstein resolvió audazmente el problema al considerar qué sucede si la velocidad es la misma en relación con el emisor y el receptor. Esto condujo a la teoría especial de la relatividad.

Maxwell no incluyó nada que lo hiciera constante en todos los cuadros. Debido a que parece ser el caso que es constante en todos los marcos: las ideas y leyes que utilizó, que habían sido verificadas experimentalmente, necesariamente eran consistentes con lo que sería la relatividad especial. En otras palabras, los resultados y efectos de la relatividad especial estaban allí en las teorías mucho antes de que se inventara la RS.

La permitividad y la permeabilidad del espacio libre, como se formula en las ecuaciones de Maxwell.

Velocidad de la luz – Wikipedia

Estas son “constantes universales”, y si el primer postulado de Einstein es correcto (sí, se ha probado exhaustivamente, Bases experimentales de relatividad especial), entonces no varían con ningún movimiento inercial.

c = 1 / √ (εμ). Ese fue el sorprendente descubrimiento de Maxwell. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, es decir. la luz es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del producto de la permitividad eléctrica del espacio libre y la permeabilidad magnética del espacio libre. Es decir, la velocidad de la luz depende solo del medio, espacio libre, y no del movimiento del cuerpo emisor. Tan pronto como la luz abandona el cuerpo, solo tiene una velocidad en el medio, es decir. c, en cualquier dirección que apunte.

Científicos como Maxwell y Einstein describen lo que observan.

Ellos no hacen las leyes, la naturaleza sí.

No tenemos idea de por qué las cosas salieron como lo hicieron, ese es el secreto de la naturaleza .

Agradezca que lo hicieron.

El hecho de que depende solo de dos constantes fundamentales de la naturaleza: la permitividad y la permeabilidad del vacío.

No es Maxwell quien determinó esto, lo teorizó. Einstein demostró la prueba.

rafe