¿Cómo puede moverse la luz a la misma velocidad en diferentes sistemas de referencia?

Es fácil hacer que la luz se mueva a la misma velocidad nominal en cuadros que se mueven a diferentes velocidades si está preparado para agregar un desplazamiento dependiente de la posición a la sincronización de los relojes en los cuadros diferentes. Eso es lo que representa el misterioso segundo término en la transformación de Lorentz para el tiempo (y del mismo modo el hecho de que el eje x ‘está inclinado en un diagrama de Minkowski), y surge debido a la convención de sincronización de Einstein que dice que se supone que debes ajustar La sincronización de los relojes hasta que el valor medido de la velocidad de la luz sea c.

El efecto neto es un poco como la hora de Greenwich en comparación con la hora solar local en todo el mundo (excepto sin el redondeo a la hora más cercana). Allí tiene un desplazamiento de 1 hora por cada 15 grados de longitud, y si viaja de este a oeste, parece que está tomando menos tiempo solar y viaja más rápido.

La razón por la cual este extraño esquema de sonido funciona y resulta bueno es debido a una combinación de nuevos efectos físicos: dilatación del tiempo, contracción de la longitud y aumento de la masa relativista. Juntos aseguran:

(i) Si ajusta los relojes para que las mediciones de la velocidad de la luz den c en una dirección, dan -c en la otra dirección. (Si acaba de imponer la sincronización de Einstein en un universo newtoniano, la velocidad inversa estaría desactivada en cantidades de orden v ^ 2 / c ^ 2. Esto es efectivamente lo que estaba buscando el experimento de Michelson-Morley).

(ii) El aumento de masa relativista impone un límite de velocidad, por lo que no puede obtener la vergonzosa situación en la que algo viaja hacia atrás en el tiempo de algún cuadro.

(iii) El factor de Lorentz que gobierna los tres nuevos efectos es simétrico sobre v = 0 en cada cuadro. (Sin la sincronización, habría diferentes funciones gamma en cada cuadro).

(iv) Los tres nuevos efectos conspiran para lograr que cualquier otro método autónomo de sincronización de relojes (por ejemplo, disparando cañones en direcciones opuestas) dé el mismo resultado que la sincronización de Einstein.

¿Qué es la velocidad?

Mientras una partícula se mueva a una velocidad uniforme y no se acelere, se puede seleccionar cualquier marco de referencia inercial para determinar su velocidad. La velocidad de la partícula se vuelve así arbitraria. No se puede detectar con los ojos cerrados porque es relativo a una referencia externa. Según el principio de relatividad, no se puede determinar una velocidad uniforme absoluta.

Tratamos la velocidad de la luz como absoluta. Esto parece ser una inconsistencia.

El caso con la aceleración es diferente. Es un cambio de velocidad independientemente de cuál sea la velocidad. Será lo mismo en todos los marcos inerciales. Podemos sentir la aceleración con los ojos cerrados. La aceleración se hace referencia por sí misma. No requiere un marco de referencia externo.

La aceleración es absoluta en la medida en que se hace referencia a sí misma.

Una partícula con inercia puede acelerarse porque ofrece resistencia al empuje. Pero a medida que se acelera, ofrece menos resistencia a ser empujado. Luego requiere una fuerza mayor para acelerarlo a una velocidad mayor. En otras palabras,

La inercia de una partición se reduce a medida que se acelera.

A medida que aumenta la aceleración de una partícula, llega un punto en que la inercia se ha vuelto tan pequeña que no hay resistencia ni nada contra lo que empujar. Ningún empuje disponible puede aumentar aún más la velocidad de aceleración. Este valor límite de inercia es el mismo que la inercia de un fotón. La inercia de un fotón es tan pequeña que no se puede acelerar.

La velocidad de la luz es uniforme y constante porque un fotón no puede acelerarse.

La inercia de un fotón no es cero porque la inercia cero corresponderá a la velocidad infinita. La velocidad de la luz tiene un valor finito porque la inercia de un fotón no es cero, aunque es muy pequeña.

Entonces, hay un límite a la aceleración a la que una partícula puede estar sujeta. Esta aceleración limitante es equivalente a la “masa en reposo” de la partícula, cuando se mueve a una velocidad uniforme y no acelera.

La “masa en reposo” de una partícula es la masa cuando no está acelerando

La “masa en reposo” de un fotón es cero porque no puede acelerarse desde su estado uniforme.

Entonces, el límite real es la inercia de fuga.

Se PUEDE explicar, sin embargo, primero debemos acordar qué es más fundamental: tener una velocidad constante de la luz o tener el espacio-tiempo Minikowsky.

En el primer caso, tomamos la constancia como un axioma, entonces no hay nada que explicar.

En el segundo caso, la estructura especial del espacio-tiempo obliga al flujo de tiempo muy único para diferentes observadores de rayos de luz, y esta unidad es lo que hace que la velocidad de la luz sea similar para ellos.

El segundo caso, es más profundo y más general, teniendo en cuenta que el espacio-tiempo puede ser curvo, y que el espacio-tiempo mismo puede expandirse más rápido que la luz.

También como otro punto de apoyo, debemos tener en cuenta que no hay ninguna razón para suponer previamente la constancia de la velocidad de la luz en la relatividad general, es el resultado del uso de la curvatura espacio-tiempo y el principio de menor acción.

Además, tenga en cuenta que esta constancia (en el sentido relativo a diferentes observadores), no explica por qué es ligera, no otra cosa, o por qué no tiene este valor particular, esas dos preguntas están actualmente fuera de las capacidades físicas.

Simplemente lo hace. Así funciona el universo.

Así es como la ciencia difiere de la filosofía: la ciencia no se preocupa si algo es lógico o tiene sentido. La ciencia está interesada en encontrar descripciones de la naturaleza que hagan predicciones precisas y proporcionen un amplio poder explicativo.

Simplemente resulta que la consistencia de la velocidad de la luz leds a cualquier número de teorías que simplifica enormemente la física y hace predicciones asombrosamente precisas. Entonces lo aceptamos, incluso si no tiene sentido intuitivo.

Esa es la parte “relativa” de la teoría de la relatividad.

Velocidad = distancia x tiempo. Velocidad y distancia y constante, por lo que el tiempo se convierte en la variable.

Necesitará un libro de texto de física para explicarlo por completo.

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