¿Estamos viendo todo de manera retrasada?

Si quieres decir "vemos las cosas en cámara lenta", la respuesta es "no". Vemos las cosas con un ligero retraso, pero a la misma velocidad que si el medio fuera el vacío.

La forma más fácil de ver esto es pensar en lo que sucedería con el tiempo. Supongamos que estamos mirando un reloj y que la luz del reloj nos llega lentamente, digamos que tarda un segundo más de lo que tardaría en el vacío. Luego, cuando la manecilla de segundos llega a "1 segundo después de la hora", lo veo en la parte superior de la hora. Pero un segundo después, la información "ahora es un segundo más tarde" debe llegarme. De lo contrario, toda esa información terminará acumulada entre el reloj y yo, y una persona que simplemente entre en la habitación verá una hora diferente a la que yo veo (ven el retraso de un segundo), o para ellos la situación sería diferente de lo que era para mí cuando entré en la habitación. Ninguna de esas cosas tiene sentido.

Entonces, un retraso constante debido al tiempo extra que toma la señal; pero aparte de eso, no hay diferencia en la velocidad con la que se desarrollan los eventos observados.

Como señaló @hobbs, la diferencia real de velocidad entre la luz en el vacío y en el aire es pequeña. Con el índice de refracción del aire en STP alrededor de 1.0003, la diferencia no es algo que normalmente notarías. La luz viaja 1 metro en aproximadamente 3 nanosegundos; en esa escala, un 0,03% adicional agrega alrededor de 1 pico segundo.

Hay un retraso, pero no ves algo en cámara lenta.

Digamos que cierto evento ocurre entre$t_0$y$t_1$. Si el medio entre usted (el observador) y el evento es el aire, la luz le llegará con retraso. Verá el evento comenzando en$t_0+ \Delta t_{air}$y terminando en$t_1+ \Delta t_{air}$. Entonces, el marco de tiempo del evento no se estira, solo se retrasa uniformemente.

Si hay un vacío entre el evento y el observador, también hay un retraso uniforme. El observador ve que el evento comienza en$t_0+ \Delta t_{vacuum}$y terminar en$t_1+ \Delta t_{vacuum}$.

Porque la luz viaja más rápido en el vacío que el aire:

Entonces ves el evento un poco antes en el vacío que en el aire, pero el evento dura la misma cantidad de tiempo en ambos casos.

Ahora, ¿cuándo ves algo en cámara lenta (o acelerado)?

Usemos el mismo evento en el aire, pero cambiemos un poco la situación. El evento comienza a las$t_0$a distancia$d_0$del observador. El evento termina a las$t_1$A una distancia$d_1$del observador.

Si$d_0 \lt d_1$el comienzo del evento es visto por el observador en$t_0 + \Delta t_{air}$, nada cambia aquí. Pero para el final del evento se debe tomar en cuenta un término extra. Porque la luz necesita viajar una distancia más larga.$(\Delta d$), el final del evento se observa en$t_1 + \Delta t_{air} + \Delta t_d$. Esto significa que el evento se observa más tarde, pero también se extiende el período de tiempo del evento. Ves el evento en cámara lenta.

Si$d_0 \gt d_1$. La forma de pensar es la misma, excepto$\Delta t_d$será negativo. Esto significa que vuelve a ver el evento con el mismo retraso, pero lo ve acelerarse porque la luz de$t_1$necesita recorrer una distancia menor.

Nunca vemos nada en tiempo real, si eso es lo que quieres decir. El ejemplo más común en la vida cotidiana es el sol, que vemos tal como "apareció" hace ocho minutos. Incluso la luz de la luna tarda un poco más de un segundo en alcanzarnos. Y cuando lees sobre el descubrimiento de supernovas, nuestros telescopios son testigos de esos eventos millones o incluso miles de millones de años después de que realmente ocurrieron.

Pero el retraso de los objetos que están cerca de nosotros (por ejemplo, un automóvil al otro lado de la calle) es insignificante hasta el punto de ser irrelevante; cualquier retraso agregado por la atmósfera de la Tierra que desacelera la luz de ese automóvil es aún más insignificante y, para todos los efectos, bien podría no existir. La ilusión resultante de que vemos las cosas en tiempo real es lo que puede hacer que sea poco intuitivo pensar en retrasos de tiempo en la escala astronómica.

Un ejemplo mucho más obvio de retrasos de tiempo perceptivos es el sonido; siempre es divertido tratar de explicarle a los engendros demoníacos por primera vez que los relámpagos y los truenos en realidad "ocurrieron" al mismo tiempo.

La velocidad de la luz en cualquier medio viene dada por la velocidad de la luz en el vacío dividida por el índice de refracción relativo del material dado. Ahora, el índice de refracción relativo del vacío es obviamente uno. Y el índice de refracción relativo del aire es 1,0003 en STP, y el valor de C o la velocidad de la luz en el vacío es de aproximadamente 300000000 m/s, por lo que la diferencia entre la velocidad de la luz en el aire y en el vacío = 89973,0080976 m/s , por lo tanto hay mucha diferencia en la velocidad de la luz en el aire y en el vacío . Pero esta diferencia no genera mucha diferencia en las observaciones de corta distancia, por lo que en el caso de nuestras observaciones de la vida diaria no es motivo de preocupación, pero para una observación de larga distancia podría causar un problema.

Creo que la mejor metáfora aquí es pensar en ello como si viéramos todo en la cinta con retraso.

Cuando transmiten un evento deportivo, por ejemplo, tal vez retrasan la transmisión 15 segundos para tener la oportunidad de pasar al comercial si ocurre algo ilegal para transmitir. O en el caso de los Juegos Olímpicos tal vez lo retrasen incluso un número de horas para mostrarlo en un momento más conveniente para el espectador.

Eso significa que ves cosas (en el retraso de la cinta) que ocurrieron algún tiempo antes, ¿verdad? Pero todavía los ves suceder a la misma velocidad que ocurrieron originalmente; el jugador de fútbol todavía corre a la misma velocidad aparente, la pelota todavía se patea con la misma potencia y velocidad aparente. Nada de eso cambia. La única diferencia es que ocurrió quince segundos antes de que lo vieras.

La única razón por la que esto no sería cierto es si parte de la luz que ves viajara a través de un medio de aire y parte de ella no viajara a través de un medio de aire. Entonces su visión estaría distorsionada (solo muy, muy levemente, pero aún así). Esto sería similar a ver bajo el agua (o ver cosas que están bajo el agua): el agua distorsiona un poco la luz, no solo la ralentiza sino que también la difracta un poco, de una manera diferente a como lo hace el aire; así tienes una diferencia visible. Pero dado que todo lo que 'vemos' viene a través del mismo aire (a menos que esté mirando algo a través de un telescopio basado en el espacio, ¿supongo?) no hay distorsión aparente ya que todo se ralentiza al mismo ritmo.

La luz viaja alrededor de un pie por nanosegundo. Un nanosegundo es el período de cualquier cosa que vibre a 1 GHz. Si se encuentra en una habitación típica de una casa o de un edificio de oficinas, está mirando cosas a unos diez, veinte o treinta pies de distancia. Lo que ves es cómo eran las cosas hace 10, 20 o 30 nanosegundos. Para las cosas cotidianas en la vida de un Humano típico, esto es tan pequeño que apenas importa. Solo los físicos y los ingenieros de radio se preocupan.

¿Qué pasa con el retraso debido al aire? El vacío es, por definición, un "medio" con un índice de refracción de 1,00000, mientras que el aire, en la superficie de la Tierra, a una temperatura cómoda y presión y densidad normales, también conocido como "STP", tiene un índice de refracción de aproximadamente 1,00029, para luz visible.

De un tiempo de viaje de 10, 20 o 30 nanosegundos, la ralentización provocada por la luz es una fracción 0,00029 de eso, que es 0,0029, 0,0058 o 0,0087 nanosegundos.

¿Qué pasa cuando estás al aire libre mirando montañas a diez millas de distancia? La velocidad normal de la luz significa un retraso de unos 52000 nanosegundos, o 52 microsegundos. El efecto del aire, en comparación con el vacío, asciende a 0,00029 de eso, unos 15 nanosegundos.

El índice exacto de refracción del aire depende de la temperatura, la densidad y la humedad. El NIST tiene una página que detalla esta variación .

Cabe señalar que esto es solo un retraso de tiempo. Cualquier actividad repetitiva parecerá ocurrir a la misma velocidad. Si una luz parpadea cada 1,000000000 segundos, verá cada parpadeo varios nanosegundos más tarde, pero seguirá ocurriendo cada 1,000000000 segundos.

Cuando miras la Luna, Júpiter, las estrellas o cualquier cosa fuera de la atmósfera de la Tierra, estás mirando principalmente a través del vacío, pero hay varias millas de aire entre tú en el suelo y el espacio vacío. Nuestra atmósfera disminuye gradualmente. Si baja todo el aire fino en las franjas superiores y lo compacta para que esté todo en STP, creo que tiene un espesor de entre 10 y 15 millas. Bueno, eso es casi lo mismo que el ejemplo de la montaña que acabo de dar. Por lo tanto, vería una supernova explotar entre 15 y 20 nanosegundos más tarde debido a la atmósfera de la Tierra, en comparación con si el aire no estuviera allí.

Dato curioso: los radioastrónomos pueden medir el retraso de las señales de microondas de los púlsares debido al medio interestelar. Este medio es lo que la mayoría de los humanos normales llaman "vacío", pero no es un vacío perfecto. El índice de refracción es pequeño y depende en gran medida de la frecuencia. La medición de esta variación les dice a los astrofísicos algo sobre los pocos átomos neutros, las moléculas de H2 y los electrones y protones libres que se desplazan entre las estrellas. En su mayoría son moléculas de hidrógeno, alrededor de un millón por centímetro cúbico.