¿Cuál es la diferencia entre la forma en que viaja la luz en un campo gravitatorio y la forma en que viaja a través de un universo en expansión?

Un fotón viaja por el espacio. A medida que viaja, el espacio por el que viaja se expande.

¿Esto describe

  • A - un fotón que viaja desde una galaxia distante a la tierra

  • B - un fotón que viaja desde un punto de mayor a un punto de menor gravedad

  • C - cualquiera

Si, como yo, cree que la respuesta es C, ¿puede explicar por qué la luz debería viajar de manera diferente a través de un campo gravitatorio a cómo viaja a través de un universo en expansión? En otras palabras, ¿por qué en un caso varía la velocidad del fotón y en el otro no?

Alternativamente, ¿puedes explicar por qué no crees que es C?

Hice una pregunta similar en Physics Stack, pero probablemente la redacté mal, así que obtuve muchos votos negativos y ninguna respuesta. Espero no haber ofendido a nadie aquí con esta redacción.

Respuestas (2)

Si, como yo, cree que la respuesta es C, ¿puede explicar por qué la luz debería viajar de manera diferente a través de un campo gravitatorio a cómo viaja a través de un universo en expansión? En otras palabras, ¿por qué en un caso varía la velocidad del fotón y en el otro no?

Creo que la razón es que podemos tomar el corrimiento al rojo cosmológico como un corrimiento al rojo Doppler, donde la velocidad del fotón no cambia, pero solo cambia la longitud de onda debido a la expansión del universo.

Mientras tanto, en el corrimiento al rojo gravitacional, el "corrimiento al rojo" es puramente causado por GR y es posible que la luz pierda su velocidad debido a este efecto.

Aquí está el enlace por el que creo que el corrimiento al rojo cosmológico puede pensarse como un corrimiento al rojo Doppler.

Aquí

Estoy de acuerdo con la mayor parte de lo que dijiste, pero la velocidad de la luz cambia debido a la gravedad. Sin embargo, esto normalmente se conoce como dilatación del tiempo gravitacional.
Bueno, lo siento entonces, no lo sabía.
Cuando dices que la velocidad de la luz cambia, estás usando un sistema de coordenadas particular, y todo lo que está cambiando es la velocidad de las coordenadas de la luz. En otras palabras, tienes algunas coordenadas x,t y la trayectoria de la luz es x(t), y luego dx/dt está cambiando. Las coordenadas son dispositivos útiles, pero eso es bastante cierto para cualquier cosa en cualquier coordenada, puedes hacer que la velocidad de las coordenadas sea lo que quieras. Todos los observadores locales siempre obtendrán c cuando midan la velocidad de la luz, incluso en un campo de gravedad, por lo que es más empírico afirmar que la velocidad no cambia.
@Reign No hay problema. Gracias por tomarte la molestia de responder.
@AlanGee ¿Puede mostrar una fuente que dice que la velocidad del fotón varía?
@Reign no está disponible, pero se puede demostrar fácilmente que la dilatación del tiempo y la reducción de la velocidad de la luz son formas diferentes de describir el mismo fenómeno.
Siendo que la longitud de onda ha disminuido para una frecuencia de luz dada.
Pero, ¿no podemos tomarlo también como una constante y hacer cálculos así?
@AlanGee Si pensamos más en por qué la luz pierde su velocidad, entonces tal vez podamos sugerir que el redshidt cosmológico también se puede pensar como un redshift doppler, mientras que la constante gravitacional es un efecto GR puro.
@ken g No estaría en absoluto en desacuerdo con que no podemos medir directamente los cambios en la velocidad de la luz. También sé por qué. Aunque eso no significa que no cambie.
@Reign Ver en.wikipedia.org/wiki/Shapiro_time_delay Tenga en cuenta que cuando se mide localmente, la velocidad de la luz en el vacío siempre es C . Consulte también math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/…
@Reign Creo que la palabra clave es 'medido'. Es bien sabido que siempre medimos la misma velocidad de la luz, pero hay que recordar que el tiempo se basa en la velocidad de la luz y la velocidad se basa en el tiempo. ¿Qué puedes esperar?
@PM2Ring gracias por los enlaces.
@AlanGee Edité mi publicación, ¿qué piensas ahora?
@ Alan Gee: esto es ciencia, no podemos hacer afirmaciones sobre lo que no podemos medir. Esta es la primera regla que separa la ciencia de los sistemas de creencias. Puedes tener cualquier creencia personal que desees, pero es creencia, no conocimiento.
@ken g Existe tal cosa en la ciencia como la deducción. Podemos deducir de la medición práctica de la dilatación del tiempo gravitacional que la velocidad de la luz está cambiando. Ver mi comentario anterior.
No se requiere tal deducción, todo depende de las coordenadas elegidas. Estás hablando de una velocidad de coordenadas, dx/dt. Indique cómo llega a su deducción y le diré las coordenadas arbitrarias que está utilizando.
@Ken G: Me temo que el "conocimiento" dice que la velocidad de la luz varía en la habitación en la que se encuentra. Es por eso que los relojes ópticos del NIST van más lentos cuando son más bajos. La "creencia" es que esto se debe a algo mágico y misterioso llamado tiempo que va más lento. Tenga en cuenta que Einstein lo llamó la velocidad de la luz, no la velocidad coordinada de la luz, e intente comprender la tautología: cuando define su segundo y su metro usando el movimiento local de la luz, siempre declarará la velocidad local de la luz. ser el mismo
Las preguntas de "por qué" en física a menudo se responden a través de una elección de coordenadas (ya que usamos coordenadas para informar el lenguaje), y la respuesta generalmente depende de esas coordenadas elegidas. La afirmación de que la velocidad de la luz varía en un campo gravitatorio es un ejemplo absolutamente clásico de lo que estoy hablando. Y cuando alguien dice que no podemos medir algo pero es cierto de todos modos, creo que eso habla por sí mismo.

¿Cuál es la diferencia entre la forma en que viaja la luz en un campo gravitatorio y la forma en que viaja a través de un universo en expansión?

En la primera situación, el espacio-tiempo se curva a lo largo del espacio, en la última situación, el espacio-tiempo se curva a lo largo del tiempo.

Un fotón viaja por el espacio. A medida que viaja, el espacio a través del cual viaja se expande. ¿Describe esto: A - un fotón que viaja desde una galaxia distante a la Tierra
B - un fotón que viaja desde un punto de mayor a un punto de menor gravedad C - ya sea

Describe A. También se puede comparar con un fotón que viaja desde un punto de bajo potencial gravitacional a un punto de alto potencial gravitacional. Por lo tanto, hablamos de corrimiento al rojo gravitacional y corrimiento al rojo cosmológico.

Si, como yo, cree que la respuesta es C, ¿puede explicar por qué la luz debería viajar de manera diferente a través de un campo gravitatorio a cómo viaja a través de un universo en expansión? En otras palabras, ¿por qué en un caso varía la velocidad del fotón y en el otro no?

¿Quién dice que no? Podemos encontrar a Einstein diciendo que la velocidad de la luz varía con el potencial gravitatorio año tras año:

1912 : “Por otro lado, soy de la opinión de que el principio de la constancia de la velocidad de la luz puede mantenerse solo en la medida en que uno se restringe a regiones espacio-temporales de potencial gravitatorio constante”.

1913 : “Llegué al resultado de que la velocidad de la luz no debe considerarse independiente del potencial gravitatorio. Así, el principio de la constancia de la velocidad de la luz es incompatible con la hipótesis de la equivalencia”.

1914 : “En el caso de que abandonemos el postulado de la constancia de la velocidad de la luz, no existe, a priori, ningún sistema de coordenadas privilegiado”.

1915 : “el autor de estas líneas es de la opinión de que la teoría de la relatividad aún necesita generalización, en el sentido de que debe abandonarse el principio de la constancia de la velocidad de la luz”.

1916 : “En segundo lugar, nuestro resultado muestra que, según la teoría general de la relatividad, la ley de la constancia de la velocidad de la luz en el vacío, que constituye uno de los dos supuestos fundamentales en la teoría especial de la relatividad y a la cual ya nos hemos referido con frecuencia, no puede pretender ninguna validez ilimitada”.

1920 : “En segundo lugar, esta consecuencia muestra que la ley de la constancia de la velocidad de la luz ya no se cumple, según la teoría general de la relatividad, en espacios que tienen campos gravitatorios. Como muestra una simple consideración geométrica, la curvatura de los rayos de luz ocurre solo en espacios donde la velocidad de la luz es espacialmente variable”.

También podemos encontrar a Irwin Shapiro diciendo lo mismo en 1964. Vea la línea 7 de su artículo en el extracto de uso justo aquí . Incluso está en Wikipedia : "la velocidad de una onda de luz depende de la fuerza del potencial gravitacional a lo largo de su camino" . Para ver algo más reciente, consulte ¿Es igual la velocidad de la luz en todas partes? por el editor de PhysicsFAQ Don Koks. Él dice que "Einstein habló sobre el cambio de la velocidad de la luz en su nueva teoría" y "un observador "global" puede decir que la luz del techo viaja más rápido que la luz del piso" . Vea también Deflection and Delay of Light de Ned Wright , donde puede leer esto:"En un sentido muy real, el retraso experimentado por la luz al pasar por un objeto masivo es responsable de la desviación de la luz" .

Por supuesto, algunas personas afirmarán que c=1 y que la velocidad de la luz es realmente constante, pero contradicen a Einstein y no entienden la tautología. John Moffat y João Magueijo explicaron eso en sus Comentarios sobre “Nota sobre las teorías de la velocidad variable de la luz” . Los físicos contemporáneos usan el movimiento local de la luz para definir el segundo y el metro, y luego los usan para medir la velocidad local de la luz. Por tanto, dirán que la velocidad local de la luz es 299.792.458 m/s, tanto en el suelo como en el techo. Moffat y Magueijo (y otros) fueron los autores de las teorías de la velocidad variable de la luz como alternativa a la inflación. Ver Wikipedia . Dijeron que la velocidad de la luz era mucho más rápida en el universo primitivo. Lamentablemente, creo que lo entendieron al revés, pero no importa.

Alternativamente, ¿puedes explicar por qué no crees que es C?

No es C porque el espacio no se expande en un campo gravitacional. En cambio, es "ni homogéneo ni isotrópico" . Eso es lo que dijo Einstein en 1920. Sin embargo, tenga en cuenta que cuando el espacio se expande, no es homogéneo con el tiempo. Tenga en cuenta este documento: Vacío no homogéneo: una interpretación alternativa del espacio-tiempo curvo . Einstein se refirió al vacío no homogéneo mientras que la mayoría de los autores modernos se refieren al espacio-tiempo curvo, pero están hablando de lo mismo.

Gracias por eso, muchos puntos interesantes allí. Lo siento, obtuve la gravedad baja y alta al revés accidentalmente. También malinterpretaste mi significado acerca de que la velocidad de la luz es variable. Creo mucho más que la mayoría que la velocidad de la luz varía debido a la gravedad, lo que me preocupaba era el hecho de que la tratamos como constante a través de la expansión.
@Alan Gee: un placer. Tenga en cuenta lo que decía Einstein: la velocidad de la luz no varía debido a la gravedad, la gravedad se debe a que la velocidad de la luz es variable. Con eso en mente, sí, parece bastante extraño tratar la velocidad de la luz como constante, independientemente de la densidad de energía del universo primitivo. Supongo que a mucha gente se le enseñó que c=1 antes de que los documentos digitales de Einstein estuvieran en línea. Asegúrese de leer el artículo de Wikipedia VSL .
Parece que puede estar de acuerdo con mi respuesta a esta pregunta aquí physics.stackexchange.com/questions/133482/… . Si tiene tiempo para leerlo, estoy seguro de que lo encontrará interesante.
@Alan Gee: Lo leí. Hay algunas cosas que no están del todo bien, me temo. La "desviación" de la luz es el doble de la desviación de la materia, y la energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética, dejándote con un déficit de masa. Pero creo que estás pensando en la línea correcta, y es bueno ver a alguien pensando por sí mismo.
Gracias, sus comentarios constructivos son de nuevo muy útiles. Eliminé esa respuesta hasta el momento en que tuve la oportunidad de averiguar a qué te refieres y revisar la credibilidad de mi respuesta. Realmente no debería haberlo publicado, pero me gusta empujar los límites un poco.
@Alan Gee: un placer Alan. Es posible que desee echar un vistazo a esto . Yo lo escribi.
Leí su artículo brevemente y no pude ver nada con lo que no estuviera de acuerdo. En su comentario anterior, ¿puede decirme qué quiso decir con "hay un déficit de masa"?
@Alan Gee: consulte el artículo sobre energía vinculante de Wikipedia . Cuando dejas caer un ladrillo, la gravedad convierte la energía potencial del ladrillo en energía cinética. Cuando el ladrillo toca el suelo, se disipa y queda un déficit de masa. Un ladrillo en el suelo tiene menos masa que un ladrillo a 10 000 pies. Por el contrario, cuando levantas un ladrillo del suelo, haces trabajo sobre él, le agregas energía y, dado que E = mc², aumentas su masa.
Sí, los que creen que la velocidad de la luz es constante dirían que cuando levantan un vaso están aumentando su energía aumentando muy levemente su masa. Digo que cuando levanto mi copa estoy aumentando su energía llevándola a un lugar donde la velocidad de la luz es mayor. Pensé que estabas en mi campamento.
@Alan Gee: de cualquier manera, agrega energía a ese ladrillo, y dado que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido de energía , la masa aumenta.
Entonces, ¿ahora estás tratando a c como constante?
@Alan Gee: No. Cuando levantas el ladrillo, E aumenta y m aumenta. Porque lo levantas a un lugar donde c aumenta.
¿Cuál es la diferencia entre la forma en que viaja la luz en un campo gravitatorio y la forma en que viaja a través de un universo en expansión?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v