Desde hace más de cien años hemos aceptado que la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de referencia. Lo que me pregunto es: ¿cómo se determinó esto?
Conozco el experimento de Michelson y Morley, pero eso solo mostró que la velocidad de la luz no depende del movimiento de la fuente de luz. Como en - no es como una bala de cañón que sale disparada de un cañón en movimiento.
Pero aquí hay otro pensamiento: ¿y si la luz es como el sonido, una onda que viaja dentro de un medio? ¿Y ese medio mismo también puede tener una velocidad? Por ejemplo, tome el ejemplo clásico de dos personas: una dentro de un tren y la otra de pie en la plataforma. Cuando cada uno de ellos mida la velocidad del sonido, obtendrán el mismo valor. Cuando uno hace el sonido y el otro trata de medir la velocidad que tiene este sonido en particular en su vecindad (como el experimento de Michelson y Morley), también obtendrán el mismo valor.
En esta configuración, ambas personas también concluirán que la velocidad del sonido es la misma sin importar qué tan rápido se mueva la fuente del sonido. Puede haber un efecto Doppler (también observado para la luz), pero la velocidad del sonido en sí será constante.
Esto se debe a que las ondas de sonido viajan a través del aire (o, brevemente, el material del vagón del tren), y el aire dentro del vagón se mueve en relación con el aire exterior. En esencia, el sonido se acelera cuando entra en el vagón y se ralentiza cuando sale. Pero como no puede medir el sonido desde lejos, tampoco puede ver este efecto.
Ahora, obviamente, no es así como funciona el mundo y ya se ha probado exhaustivamente, pero me pregunto: ¿cómo se eliminó esta posibilidad? ¿Qué experimentos lo contradecían?
¿Qué pasa si la luz es como el sonido, una onda que viaja dentro de un medio? ¿Y ese medio mismo también puede tener una velocidad?
Esa fue, de hecho, la opinión predominante de la comunidad científica en la época del famoso experimento de Michelson Morley. Este concepto se llama el éter luminífero.
En términos generales, hay tres tipos diferentes de teorías del éter: éter rígido, éter arrastrado y éter de Lorentz.
La teoría del éter rígido proponía que el éter es un material sólido muy rígido pero casi sin masa. Esto estaba de acuerdo con los hechos conocidos de que la luz podía polarizarse y que su velocidad era muy alta. El éter rígido fue esencialmente refutado por el experimento de Michelson Morley porque hicieron su experimento en el transcurso del año, por lo que en algún momento la tierra se habría estado moviendo con respecto a este éter rígido.
Las teorías del éter arrastrado ganaron popularidad tras el fracaso del éter rígido. Básicamente, propusieron un éter que era más fluido y se pegaba a la materia para poder ser arrastrado. Las diferentes teorías del éter arrastrado diferían en la cantidad de arrastre. Estas teorías fueron refutadas con el experimento de Sagnac. Sagnac demostró que un interferómetro de anillo medía la rotación de la tierra y que la tasa de rotación medida era igual a la determinada astronómicamente. Un éter completamente arrastrado no habría producido ningún patrón de interferencia y un éter parcialmente arrastrado habría producido una interferencia reducida.
El éter de Lorentz es la única teoría del éter que sigue siendo viable. Es, por diseño, experimentalmente indistinguible de que no haya éter. Básicamente, se supone que debe estar allí, pero nunca hacer nada que le permita detectarlo. Entonces, si bien es viable, no explica más que no haber éter.
Cuando se usa el término 'la velocidad de la luz', a veces es necesario hacer la distinción entre su velocidad en un sentido y su velocidad en dos sentidos. La velocidad de la luz en un solo sentido , desde una fuente hasta un detector, no se puede medir independientemente de una convención sobre cómo sincronizar los relojes en la fuente y el detector. Sin embargo, lo que se puede medir experimentalmente es la velocidad de ida y vuelta (o velocidad de la luz "en dos sentidos") desde la fuente hasta el detector y viceversa. Albert Einstein eligió una convención de sincronización (ver Sincronización de Einstein ) que hizo que la velocidad en un sentido fuera igual a la velocidad en ambos sentidos. La constancia de la velocidad en un solo sentido en cualquier marco inercial dado es la base de su teoría especial de la relatividad.
Muchas pruebas de relatividad especial, como el experimento de Michelson-Morley y el experimento de Kennedy-Thorndike, han demostrado dentro de límites estrictos que en un marco inercial la velocidad de la luz en los dos sentidos es isotrópica e independiente del camino cerrado considerado.
La teoría del éter de Lorenz asume que la velocidad de la luz en un solo sentido es la misma en todas las direcciones solo en el marco preferido, o éter. La luz se propaga en el Éter, como las ondas en el agua. La simultaneidad en esta teoría es absoluta. En todos los demás laboratorios de éter en movimiento es anisotrópico, pero los observadores en todos estos laboratorios en movimiento no pueden medirlo sin una sincronización de reloj previa. Solo pueden medir la velocidad de la luz en dos sentidos, que parece ser la misma en todas las direcciones, como lo confirmó el experimento de Michelson Morley. La teoría de Lorentz explica la isotropía de la velocidad bidireccional de la luz mediante la distorsión del interferómetro (contracción de Lorentz) .
SR asume que la velocidad de la luz en un solo sentido, por definición, es la misma en todos los laboratorios que se mueven relativamente, y todos los observadores en todos los laboratorios deben ajustar (sincronizar) los relojes "dentro" de sus laboratorios en el sentido de Einstein (esto conduce a la relatividad de la simultaneidad). Está claro que, medida por estos relojes, la velocidad de la luz en un sentido será exactamente igual a la constante c en cada laboratorio.
En cierto sentido, cada observador en especial relativamente tiene su propio "marco de reposo" que es similar al "preferido" de Lorentz, porque la velocidad de la luz en un sentido es isotrópica en él.
Debido a que en ambos se presenta el mismo formalismo matemático, no es posible distinguir entre LET y SR mediante un experimento. Hubo una serie de trabajos que comparan estas teorías.
Uno puede olvidar fácilmente que la Sincronización de Einstein es sólo una convención . En marcos giratorios, incluso en relatividad especial, la no transitividad de la sincronización de Einstein disminuye su utilidad. Si el reloj 1 y el reloj 2 no se sincronizan directamente, sino mediante una cadena de relojes intermedios, la sincronización depende de la ruta elegida. La sincronización alrededor de la circunferencia de un disco giratorio da una diferencia de tiempo que no desaparece y que depende de la dirección utilizada . Esto es importante en el efecto Sagnac . El Sistema de Posicionamiento Global da cuenta de este efecto.
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