¿Cómo podemos demostrar que la velocidad de la luz es realmente constante en todos los marcos de referencia?

Tuve un debate con un amigo que no puede creer que la velocidad de la luz sea constante.

Dijo algo así como: ¿y qué si en el experimento de Michelson el aparato en movimiento simplemente agrega una velocidad constante a esos fotones? Entonces, incluso si estás en un tren, si lanzas una pelota en dos direcciones perpendiculares a la misma velocidad hacia las paredes que están a la misma distancia de ti, rebotarán y volverán a ti al mismo tiempo, por lo que este experimento realmente no funciona. probar que la velocidad de la luz es realmente constante en cualquier marco de referencia per se.

Aunque entiendo la relatividad especial. Encuentro su punto bastante difícil de refutar. Especialmente porque en la mecánica cuántica vimos que la luz está hecha de partículas, no de ondas. Por lo tanto, no estoy seguro si puedo comenzar con las ondas EM en relación con el marco del laboratorio.

¿Existen otros experimentos y observaciones que confirmen C es realmente constante en todos los marcos de referencia y no hay luz "lenta" y "rápida"? Entonces, ¿quien no ha captado realmente el punto de SR puede verlo?

Respuestas (4)

Encuentra esto difícil de refutar porque su amigo tiene razón en un sentido: el experimento MM no probó el segundo postulado de la relatividad de Einstein, a saber, que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores inerciales.

Recuerde que el experimento de Michelson-Morley fue diseñado para detectar movimiento relativo a un éter , o medio material para la luz. Si su experimento en un vagón de tren abierto midió la velocidad del sonido, entonces de hecho mediría diferentes velocidades a lo largo y ancho del vagón. Entonces, el experimento MM arrojó serias dudas sobre la noción de un éter.

Ahora bien, era bien sabido que las ecuaciones de Maxwell no conservaban su forma bajo transformaciones galileanas entre marcos inerciales. Se pensó que esto estaba bien porque la noción de un medio para la luz se creía antes del experimento MM, de modo que la ecuación de onda de la luz debería transformarse de la misma manera que la ecuación de onda del sonido entre marcos inerciales.

Entonces llega Einstein y dice, dado que no hay medio, veamos qué sucede con nuestra física si asumimos que las ecuaciones de Maxwell mantienen su forma bajo una transformación entre marcos inerciales. Por lo tanto, postuló que la velocidad de la luz se mediría igual para todos los observadores inerciales y concluyó que (1) el grupo de transformación era el de Lorentz, no el de Galileo y (2) el tiempo medido entre dos eventos en general dependería sobre el observador. (1) ya se conocía en el momento del artículo de Einstein de 1905, (2) era radical.

Entonces, el experimento MM motivó la supuesta covarianza de Lorentz de las ecuaciones de Maxwell y, por lo tanto, el postulado de la nueva relatividad de que la velocidad de la luz sería medida como la misma por todos los observadores inerciales.

Por lo tanto, el segundo postulado de la relatividad entra en juego solo cuando comparamos la velocidad de la luz medida por diferentes observadores inerciales. Alguien que observe una fuente de luz en su tren notaría una ley de transformación muy diferente de la ley de transformación aproximada de Galileo que describiría la transformación de la velocidad de la pelota de ping-pong con una excelente aproximación.

"Si su experimento en un vagón de tren abierto midió la velocidad del sonido, entonces de hecho mediría diferentes velocidades a lo largo y ancho del vagón. Entonces, el experimento MM arrojó serias dudas sobre la noción de un éter". Húmedo, la cosa es que el experimento MM no midió por separado las dos velocidades: "allí" y "atrás". Midió allí+atrás/2, es decir, la media.
@brightmagus Correcto. Pero todavía se vería el movimiento relativo al éter. El interferómetro de Michelson está comparando los retrasos (1) en la dirección de y (2) en ángulo recto con el supuesto viento de éter. La teoría del éter predijo una diferencia que no se vio. Un interferómetro basado en ondas de sonido en movimiento relativo al aire vería una diferencia de fase.
¿Pero lo haría o lo hizo? (Y el aire y el sonido son un poco diferentes). Aún así, la conceptualización estaba equivocada. En general, los puntos de vista, de un observador externo y el interferómetro (la propia escritura estacionaria), se mezclan constantemente allí. También Feynman cometió el mismo error en "Seis ... piezas" al afirmar que "la luz se mueve en C "sin decir a qué. Todo el mundo supone ahora C está mal al éter, pero el interferómetro se movía a la inversa. al propio éter, por lo que la velocidad debería ser cv y c+v (Feynman corrigió las distancias, pero no las velocidades). Y esto cambia toda la matemática.
@brightmagus (1) "el aire y el sonido son un poco diferentes" y ese es el punto. Naturalmente, son fenómenos diferentes, pero el experimento MM mostró explícitamente que sus transformaciones son diferentes, o al menos proporcionó una fuerte evidencia experimental de esto. Si puede o no notar la diferencia entre ida y vuelta otra vez C y unidireccional C es en realidad irrelevante aquí: las transformaciones aún difieren. De hecho, SR todavía es consistente con el experimento, aunque hasta ahora ningún experimento ha tenido éxito en medir unidireccional. C -solo podemos medir, hasta ahora, de dos vías C . No sé ....
@brightmagus ... si conoce un enfoque diferente de la relatividad, y eso es simplemente ver qué sucede con la relatividad de Galileo cuando uno relaja la suposición del tiempo absoluto. Todavía tienes algo que es exactamente igual en principio y método al de Galileo, pero ahora encuentras que se permite toda una familia de transformaciones entre marcos inerciales. En este tratamiento, C se convierte en un parámetro que define cuál de esta familia infinita se aplica realmente a nuestro universo. Luego toca experimentar para averiguar qué valor de C se aplica a nuestro universo. En este enfoque, C es ....
@brightmagus ... ¡no necesariamente la velocidad de nada y la velocidad de la luz es irrelevante! O al menos es una ocurrencia tardía: resulta que cualquier cosa que viaje con esta velocidad debe tener una masa de cero. Pero esto es algo más allá de lo que se puede deducir del experimento MM. Entonces, la consistencia de otros resultados experimentales con la transformación de Lorentz son simplemente evidencia experimental de que la luz está mediada por una partícula de masa cero en reposo. No hay una razón a priori en este enfoque de la relatividad por la que la luz deba viajar en este extraño parámetro. C en absoluto....
@brightmagus Vea mi exposición aquí y también otro escrito de Mark H aquí y de Joshphysics aquí (los dos últimos bastante más hermosos que el mío)
WetSavanna, en realidad solo apoyé su afirmación de que "... el experimento MM arrojó serias dudas sobre la noción de un éter". :) Lo que significa que no excluyó la posibilidad de que exista. Y en mi opinión, incluso si existe algún tipo de éter, en realidad no cambia mucho, y la física tiene problemas mucho más serios que resolver que este. En cuanto a la "partícula sin masa", es posible que desee leer "¿Cuál es la masa de un fotón?" de Juan Báez.

La forma más fácil sería notar que la velocidad de la luz se puede medir con varios aparatos, y que siempre se mide para que sea la misma (teniendo en cuenta el medio) independientemente de su camino relativo a nosotros.

En el vacío, nunca se ha medido que la luz se mueva más rápido o menos que C , independientemente de si la Tierra se movía hacia, alejándose o perpendicularmente a ella.

http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html

http://en.wikibooks.org/wiki/Special_Relativity/Éter

El punto de mi amigo es que si la fuente de luz también está en la Tierra, entonces, por supuesto, la velocidad medida es C relativo a la Tierra. ¿Puedes citar un experimento en el que la fuente de luz no esté basada en la Tierra?
¿Sería útil señalar que, sin relatividad especial y general, nuestras sondas espaciales, satélites GPS, etc., no funcionarían?
Hay una gran cantidad de experimentos que involucran c y luz de fuentes no terrestres. Algunos de ellos llevaron directamente a Einstein a desarrollar la RS. Consulte aquí: math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html
Uno que me llama la atención es el de 1810 de Francois Arago . Dado que un rayo de luz se refractará en el vidrio según la velocidad a la que viaja y las propiedades del vidrio, si se coloca un prisma de vidrio en un telescopio, debería haber una amplia variedad de ángulos diferentes porque la Tierra se mueve hacia y desde de todas las diferentes estrellas que se ven en el cielo. Sin embargo, solo se observó 1 ángulo de refracción. Y así se observó que la velocidad de la luz era la misma independientemente de si uno se acercaba o se alejaba de ella. en.wikibooks.org/wiki/Special_Relativity/Aether .
De hecho, puede interesarle saber que, que yo sepa, a partir del experimento de Michelson-Morley, la gente ya no estaba preocupada por demostrar la velocidad constante de la luz bajo transformaciones inerciales. Eso se sabía desde hacía varias décadas. Más bien, y esta parte es un poco más difícil, Michelson y Morley estaban tratando de probar si esta constancia se debía o no a que la luz viajaba a través de un éter o no.

Con respecto al experimento mencionado con Francois Arago en 1810 midiendo la velocidad de la luz cuando golpea el telescopio, solo estamos midiendo la velocidad de la luz una vez que golpea la atmósfera terrestre. Esto no nos dice la velocidad de la luz en el espacio.

Para probar rigurosamente la invariancia de Lorentz, se deben considerar modelos teóricos en los que se viola la invariancia de Lorentz que aún no se han descartado. Uno puede hacer eso considerando el modelo estándar y luego agregando términos que violan la invariancia de Lorentz y estudiando el modelo más general que sea físicamente plausible. Esto se ha hecho en este artículo donde se hicieron nuevas predicciones para firmas experimentales de violaciones de invariancia de Lorentz, tales como:

  • Predicciones cuantitativas sobre la radiación de Cherenkov en el vacío

  • Desintegración de un fotón de alta energía en un par de electrones y positrones

  • Desintegración de muones de alta energía en electrones y fotones

  • Piones neutros estables de alta energía debido a la descomposición de dos fotones que se vuelven cinemáticamente prohibidos

  • Neutrones estables de alta energía mientras que los protones se vuelven inestables a altas energías.

¿Cómo podemos demostrar que la velocidad de la luz es realmente constante en todos los marcos de referencia?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v