¿La teoría de Einstein es realmente cuestionada por el artículo reciente en las noticias?

Un artículo reciente escrito por Niayesh Afshordi y Joao Magueijo está en las noticias y afirma desafiar la teoría de Einstein sobre la constancia de la velocidad de la luz. Dice que la luz podría haber viajado a un ritmo más rápido durante las etapas iniciales del Big Bang, lo que aparentemente deja de lado la hipótesis de la inflación.

Mi pregunta es si realmente invalida la relatividad de Einstein, que depende de la constancia de la velocidad de la luz. ¿O solo es aplicable al universo muy primitivo?

Respuestas (3)

A Magueijo se le ocurrió la idea de la velocidad variable de la luz hace casi veinte años. La motivación fue como una forma de explicar la homogeneidad del universo. En ese momento, la inflación todavía era algo controvertida (quizás todavía lo sea) y la teoría de Magueijo estaba pensada principalmente como una alternativa a la inflación.

Desde entonces, la inflación se ha vuelto más aceptada y las teorías VSL en general se han vuelto menos populares. Sin embargo, empiezan a surgir rumores de que la inflación es una teoría tan vaga que es imposible probarla experimentalmente. Es decir, la teoría tiene tantos parámetros ajustables que es difícil ver qué datos experimentales la descartarían de manera concluyente. Es en este contexto que las teorías VSL están atrayendo más atención nuevamente.

Pero debe enfatizarse que no hay evidencia experimental que descarte o gobierne de manera concluyente en las teorías de inflación o VSL. Ambos siguen siendo ideas que explican algunas características de manera atractiva, pero ninguna es más que una idea atractiva en este momento.

En cuanto al conflicto con la relatividad general, ambas teorías se refieren a los primeros momentos posteriores al Big Bang, y sospecho que la mayoría de los físicos ya dudan de que la GR se contenga hasta el propio Big Bang. Esperamos que algo de gravedad cuántica se vuelva importante en tiempos muy tempranos. Así que no estoy seguro de decir que VSL thories desafía a GR.

El nuevo elemento en el artículo de Magueijo es una predicción firme sobre el efecto de VSL en el fondo cósmico de microondas. Si bien las mediciones actuales del CMB no son lo suficientemente precisas para probar las predicciones de Magueijo, la próxima generación de mediciones puede serlo. Sin embargo, incluso si las medidas coinciden con la predicción de Magueijo, eso solo mostrará que su teoría VSL es posible, no que sea cierta. Su valor predicho para el índice espectral también sería compatible con una variedad de teorías inflacionarias.

En tu opinión, ¿qué sugiere la navaja de Occam? "La explicación más simple de todas las observaciones suele ser la correcta". "Tantos parámetros ajustables" suele ser un mal presagio para una teoría fundamental...
Yo diría que la inflación no es una "teoría". Sin embargo, lo que es indiscutible es que siempre es "imposible probar experimentalmente" una teoría. Creo que te refieres a casi imposible de falsificar.
Existe evidencia experimental para las teorías VSL: los relojes ópticos van más lentos cuando están más bajos. Vea la entrevista de David Wineland : "si un reloj en un laboratorio es 30 centímetros más alto que el reloj en el otro laboratorio, podemos ver la diferencia en las velocidades a las que funcionan" . Un reloj óptico no es un medidor de gas cósmico con el tiempo fluyendo a través de él. Va más lento cuando está más bajo porque la luz va más lento cuando está más bajo, no por ninguna otra razón.
Esa es la velocidad coordinada de la luz, no la velocidad local de la luz. Todos estamos de acuerdo en que la velocidad coordinada de la luz varía; la mejor prueba de esto es la lente gravitatoria que ocurre exactamente por esta razón. Sin embargo, eso no es lo que afirma la teoría de Magueijo. Su teoría establece que la velocidad de la luz ya no es localmente invariante.
Básicamente, hay tres tipos de declaraciones en la ciencia, "refutado", "aún no refutado" y "no puede ser refutado, así que ignorémoslo".
No estoy muy de acuerdo con tu cuarto párrafo. No entiendo muy bien el PRD en su totalidad, pero sí parece bastante comprometido con una teoría 'bimétrica', lo que me suena a una ruptura definitiva con los GR estrictos. Que solo suceda en regímenes en los que la gente espera que GR se rompa es un asunto aparte. Por otro lado, tengo menos claro qué tan compatible es la inflación con GR.
@JanDvorak Parece que sí. El último, "no puede ser refutado", básicamente significa "no descarta ninguna posibilidad". ¿Qué uso y qué poder predictivo tendría una teoría que no etiqueta nada como imposible?
@JanDvorak: los pondría como "obsoletos", "actualmente parece tener más sentido" y "quién sabe".
@John Rennie: Einstein lo llamó la velocidad de la luz en lugar de la velocidad coordinada de la luz. La velocidad local de la luz solo es constante debido a la tautología en la que el movimiento local de la luz se usa para definir el segundo y el metro, que luego se usan para medir... el movimiento local de la luz. ¡Eh! Entonces, cuando se trata de decidir entre lo que dices y lo que dijo Einstein, me quedo con Einstein, gracias.
@JohnDuffield: no es una tautología. Si te doy una vara de medir de un metro de largo y un reloj, puedes medir cuánto tarda la luz en viajar de un extremo de la vara al otro y, por lo tanto, medir la velocidad de la luz. Dondequiera que lleves la vara y el reloj en un espacio-tiempo curvo, medirás la misma velocidad, usando la misma vara y el mismo reloj. Puede usar cualquier tipo de reloj, mecanismo de relojería, atómico, lo que sea, e igualmente cualquier cosa para su vara de medir. No importa. Siempre me medirás la velocidad de la luz C .
@John Rennie: es una tautología . Mide la velocidad de la luz como c cuando usa un reloj óptico. Vaya a una ubicación más baja donde la luz vaya más lenta y su reloj óptico también vaya más lento. Lo mismo ocurre con un reloj atómico, que es en esencia un reloj óptico de microondas. Lo mismo ocurre con un reloj piezoeléctrico porque todavía se trata de electromagnetismo. Lo mismo ocurre con un reloj mecánico debido a la naturaleza ondulatoria de la materia. Einstein no se equivocó. Si dices que lo era, estás en el mismo campo que Pentcho Valev.

¿La teoría de Einstein es realmente cuestionada por el artículo reciente en las noticias?

No. Porque la teoría de Einstein es una teoría VSL. Ver los documentos digitales de Einstein . Einstein escribió esto en 1920, observe el segundo párrafo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Dijo que la curvatura de los rayos de luz solo puede ocurrir en espacios donde la velocidad de la luz es espacialmente variable. También vea el retraso de Shapiro donde puede leer que según la teoría general, la velocidad de una onda de luz depende de la fuerza del potencial gravitacional a lo largo de su camino. Cualquiera que le diga que la velocidad de la luz no varía, le está hablando de GR "moderno" que no está en línea con el GR de Einstein. Podrían insistir en que lo es, pero no lo es.

Un artículo reciente escrito por Niayesh Afshordi y Joao Magueijo está en las noticias y afirma desafiar la teoría de Eintein sobre la contancia de la velocidad de la luz. Dice que la luz podría haber viajado a un ritmo más rápido durante las etapas iniciales del Big Bang.

Me temo que lo han entendido mal. La luz va más lenta cuando está más baja. Porque la densidad de energía es mayor. Entonces, la luz en el universo primitivo también debería haber ido más lentamente. Si dicen que fue más rápido, en mi humilde opinión, están malinterpretando la teoría de Einstein en lugar de desafiarla.

lo que aparentemente deja de lado la hipótesis de la inflación.

La inflación está bajo cierta presión en estos días. Véase Physicist Slams Cosmic Theory He Helped Conceive donde Paul Steinhardt es bastante crítico. Personalmente, creo que cuando entiende GR correctamente, simplemente no necesita inflación: es una solución a un problema que no existe.

Mi pregunta es si realmente invalida la relatividad de Einstein que depende de la constancia de la velocidad de la luz.

No, no es así, porque la relatividad de Einstein no depende de la constancia de la velocidad de la luz. Otro artículo que vale la pena leer es ¿Es igual la velocidad de la luz en todas partes? por Don Koks en el sitio web "Baez" PhysicsFAQ. La respuesta es no.

¿O solo es aplicable al universo muy primitivo?

No conozco ninguna razón por la que debería serlo.

Los autores no malinterpretaron la teoría de Einstein. Ya sea que prediga que la velocidad de la luz debería ser constante o más lenta en el universo primitivo, claramente todavía están desafiando esa hipótesis al decir que existe la posibilidad de que fuera más rápido (desafío por contradicción). Además, la constancia está presente en GR porque utiliza C como un valor constante en todas partes. No es la velocidad observada lo que este documento sugiere que está cambiando, es la velocidad localmente válida. El valor de C en sí mismo se teoriza que es variable; una función del tiempo. Algo que no se ve en absoluto en el GR de Einstein
La razón por la que podríamos considerarlo válido solo para el universo muy primitivo es que la constancia de la velocidad local de la luz es consistente con tantas observaciones. Es cierto que la velocidad observada puede cambiar cuando se ve desde un potencial gravitacional diferente; puede ser espacialmente variable, pero esto habla de variabilidad temporal
La cita que publicó, de hecho, confirma que la velocidad de la luz es localmente constante para los sistemas de coordenadas locales apropiados en cualquier línea mundial. Eso es lo que todos quieren decir cuando dicen que es constante. Y GR asumió que el universo muy primitivo siguió esta idea y que la velocidad de la luz era localmente la misma en cualquier marco dado a lo largo de ese período. El documento afirma que podría ser más rápido en el pasado, lo que significa decir que la velocidad incluso en un marco de Minkowski adecuado en esos primeros tiempos sería más rápida que C . No como resultado de perturbaciones gravitacionales locales.
Para evitar dudas, GR no es una teoría VSL en el sentido en que Magueijo usa el término. GR se basa en el principio de que la variedad está en todas partes localmente Minkowski, y esto significa que la velocidad de la luz es en todas partes localmente igual a C . Esto es lo que significa que la velocidad de la luz sea constante. El artículo citado se refiere a la velocidad coordinada de la luz, y eso puede variar dramáticamente de C . En una teoría VSL, este principio de invariancia local ya no se cumple. Esa es la diferencia clave entre una teoría VSL y GR.
@Jim: una onda gravitacional es un ejemplo de una variabilidad temporal en la velocidad de la luz. Echa un vistazo a las ondas gravitacionales y los púlsares . Los púlsares distantes parecen ir más rápidos a medida que la onda gravitacional pasa a través de ti, porque tus relojes ópticos van más lentos, y tú también. Consulte también arxiv.org/abs/0705.4507 donde Magueijo y Moffat se refieren a la tautología en la que usamos el movimiento local de la luz para definir nuestro segundo y nuestro metro, y luego los usamos para medir el movimiento local de la luz.
No necesito referirme a esa tautología porque las definiciones de metro y segundo no se invocaron aquí. En cuanto al púlsar, eso sigue siendo variabilidad espacial. La velocidad de la luz varía en ciertos lugares. El fenómeno que causa esto es transitorio, lo que hace que la varianza tenga una dependencia temporal indirecta, pero no es lo mismo que decir "Incluso en una región minkowskiana del espacio, la velocidad de la luz parecería variable".
@John Rennie: vea el extracto en mi respuesta anterior donde Einstein dice que la relatividad especial es _ "en ninguna parte se realiza con precisión en el mundo real". La teoría de la relatividad especial sólo es válida en lo infinitesimal. La velocidad de la luz solo es constante solo en lo infinitesimal. El observador que cae no puede medir la primera derivada del cambio potencial en c directamente, pero está sujeto a la segunda derivada de la fuerza de marea potencial que no se puede transformar. Vea mi respuesta aquí donde me refiero a Einstein diciendo esto.
@Jim: en mi humilde opinión, debe tener en cuenta que la tautología es la razón por la que no puede medir ningún cambio local en c, ya sea que varíe espacial o temporalmente. No, la onda gravitatoria no es lo mismo que el universo en expansión, pero es una situación en la que la densidad de energía espacial varía con el tiempo. En el universo en expansión, la conservación de la energía dice que la densidad de energía espacial se reduce continuamente. Esto es similar a alejarse de un agujero negro, pero intercambiando espacio por tiempo. NB: Sé que la gente habla de energía oscura, pero no conozco ninguna situación en la que la energía no se conserve.
La conservación de la energía significaría que la densidad de energía cae como 1 a 3 . Esto es cierto de la materia; sin embargo, la densidad de energía de la radiación cae como 1 a 4 , lo que significa que incluso si ignora la densidad de energía aproximadamente constante de la energía oscura, aún debe reconocer que la energía total contenida en la materia y la radiación (la radiación se refiere a cualquier energía que se mueve a velocidades relativistas) está disminuyendo en un universo en expansión.
Y una vez más, la constancia de la velocidad de la luz se determinó experimentalmente ANTES de que se cambiaran las definiciones de metro y segundo para referirse a ella. Sabíamos que era constante, así que lo redefinimos para eliminar la incertidumbre de C , para no exigir su constancia.
Los comentarios no son para una discusión extensa; La discusión adicional de los puntos ya tratados se trasladará al chat.

El postulado de la velocidad constante de la luz de Einstein de 1905 es falso, pero la afirmación de Magueijo de que la velocidad de la luz era más rápida en el pasado no tiene nada que ver con eso. El postulado de Einstein afirma que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador, estacionario o en movimiento, una afirmación que es fácil de refutar, de la siguiente manera:

El observador (receptor) inicialmente estacionario comienza a moverse hacia la fuente de luz con velocidad v:

http://www.einstein-online.info/images/spotlights/doppler/doppler_static.gif (observador estacionario)

http://www.einstein-online.info/images/spotlights/doppler/doppler_detector_blue.gif (observador en movimiento)

Dos hipótesis son concebibles:

Hipótesis 1 (teoría de emisión de Newton): La velocidad de la luz relativa al observador cambia de c a c'=c+v.

Hipótesis 2 (relatividad de Einstein): La velocidad de la luz relativa al observador no se desplaza (c'=c).

Para probar las dos hipótesis, el observador mide la frecuencia - cambia de f a

f' = c'/λ = (c+v)/λ = f(1+v/c) :

Cita: "Observador en movimiento. Ahora suponga que la fuente está fija pero el observador se está moviendo hacia la fuente, con velocidad v. En el tiempo t, las ondas ct/λ pasan por un punto fijo. Un punto en movimiento agrega otro vt/λ. Así que f' =(c+v)/λ".

Cita: "Ahora veamos qué le hace esto a la frecuencia de la luz. Sabemos que incluso sin la relatividad especial, los observadores que se mueven a diferentes velocidades miden diferentes frecuencias. (Esta es la razón por la que el tono de una ambulancia cambia cuando pasa junto a ti, no (no cambia si estás en la ambulancia). Esto se llama desplazamiento Doppler, y para una velocidad relativa pequeña v es fácil demostrar que la frecuencia cambia de f a f(1+v/c) (sube rumbo hacia ti, hacia abajo lejos de ti). Hay correcciones relativistas, pero aquí son insignificantes".

Claramente, las mediciones del efecto Doppler confirman la Hipótesis 1 y refutan la Hipótesis 2. La relatividad de Einstein se basa en un postulado falso y tendrá que descartarse por completo.

Sí, la teoría especial de la relatividad predice y explica perfectamente el efecto doppler de fuentes/detectores en movimiento. Si va a refutar una teoría mostrando que no está respaldada por observaciones, intente usar observaciones que no estén explícitamente predichas y bien explicadas por esa teoría.
Vea este artículo de Baez donde Don Koks explica que c ni siquiera es constante en la relatividad especial: "la velocidad de la luz depende de la posición cuando la mide un observador no inercial es un hecho utilizado de forma rutinaria por los giroscopios láser que forman el núcleo de alguna navegación inercial sistemas... Hacer observaciones desde un marco inercial... produce una velocidad de la luz que siempre es c... pero el marco acelerado es más natural para nuestra descripción del mundo que nos rodea. Después de todo, no vivimos nuestro vive en caída libre" .
¿La teoría de Einstein es realmente cuestionada por el artículo reciente en las noticias?
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