La invariancia frente a la constancia de la velocidad de la luz en el vacío.

Esto es quizás tanto una cuestión de semántica como de física, pero es algo en lo que he estado pensando recientemente y me preguntaba si alguien más tenía una perspectiva sobre esto. Ahora bien, puede ser que resulte que esto es algo que en teoría es obvio y solo estoy siendo estúpido.

Se nos dice que la invariancia de la velocidad de la luz en el vacío es un axioma, como hay axiomas en la geometría de Euclides. Es un hecho y no tiene sentido hacer la pregunta, ¿por qué la velocidad de la luz es invariable y constante a través de los marcos de referencia?

Mi punto es que la invariancia de la velocidad de la luz y la constancia de la velocidad de la luz son cosas diferentes. Y si bien es filosóficamente aceptable simplemente "saber" que la velocidad de la luz es constante, pero no solo "saber" que es invariante. Los valores constantes fijos, como la masa de un electrón o el conjunto de espín de un electrón, son cosas que uno puede aceptar como dadas. Esa es solo la condición inicial. De manera similar, es comprensible que la velocidad de la luz sea un valor constante o, como lo hace en las ecuaciones de campo, solo diga que C = 1 .

Sin embargo, la invariancia de la velocidad de la luz a través de los marcos de referencia es diferente. Parece un límite obtuso que oculta alguna física que aún no podemos entender. (Quizás hay algunas teorías en la física de partículas que no conozco).

Así que mi pregunta es esta... ¿es esto un juego semántico, es decir que la velocidad de la luz es fija lo mismo que decir que es invariable a través de los marcos de referencia? Porque tal vez, algo puede ser constante pero parecer variante (cambiante) a través de los marcos de referencia debido a alguna transformación de coordenadas. Como lo hace la gravedad. La forma en que diferenciamos la gravedad real de los marcos de referencia acelerados tratando potencialmente de buscar ondas gravitacionales (teóricamente). Sé que esto puede sonar tonto, pero espero que veas lo que estoy tratando de decir.

Respuestas (2)

Y si bien es filosóficamente aceptable simplemente "saber" que la velocidad de la luz es constante, pero no solo "saber" que es invariante. Los valores constantes fijos, como la masa de un electrón o el conjunto de espín de un electrón, son cosas que uno puede aceptar como dadas.

Tipo de: ten cuidado. Podemos fijar algunas de las constantes fundamentales eligiendo sistemas de unidades covariantes con esas constantes, tal como la velocidad de la luz se fija en el valor numérico de exactamente 299.792.458 metros por segundo por la definición del metro.

Dicho esto, la velocidad de la luz se convierte en varios parámetros adimensionales, como la constante de estructura fina, y podríamos discutir de manera muy significativa qué sucedería si la constante de estructura fina variara en el tiempo. En unidades de Planck donde C = ℏ = k mi = 1 , la constante de estructura fina k mi mi 2 / ( ℏ C ) se vuelve simplemente mi 2 y lo interpretaríamos como una variación en el tiempo de la masa del electrón.

Entonces, lo que está aceptando como "invariante" no necesita aceptarse como "dado", si usa las unidades correctas.

Así que mi pregunta es esta... ¿es esto un juego semántico, es decir que la velocidad de la luz es fija lo mismo que decir que es invariable a través de los marcos de referencia?

Depende de lo que entiendas por "juego semántico". Si quiere decir, "¿esto trivialmente no tiene valor predictivo?" entonces la respuesta es no . (Predicción número uno: ninguna aceleración continua puede superar un rayo de luz debido a la paradoja de Zeno: para superarlo necesitas ir a la mitad de su velocidad, pero en ese marco de referencia, todavía se está alejando de ti a la velocidad C .)

Si quiere decir, "¿nunca podemos ver que la luz parece disminuir desde la distancia?" entonces la respuesta es igualmente no . (La relatividad general contiene cosas como agujeros negros que pueden atrapar la luz).

Pero si quiere decir, como parece aclarar, "¿'la velocidad de la luz es fija' solo significa que la velocidad de la luz es la misma para todos los marcos de referencia inerciales tangentes a un punto en el espacio-tiempo?' entonces esa respuesta es sí Localmente, si comienza a examinar algunos marcos de referencia y cómo ven la burbuja en expansión que es la luz emitida por una supernova en el vacío, asumiendo que las distorsiones gravitacionales son insignificantes para que un espectador piense que es una esfera moviéndose hacia afuera desde un punto estacionario a una velocidad C , entonces todos esos marcos de referencia lo ven como una esfera que se mueve hacia afuera desde un punto estacionario a una velocidad C , incluso si no piensan que el evento que lo causó (la estrella en movimiento que colapsó para crear la supernova) es estacionario.

Eso es increíble Cris. Exactamente lo que estaba buscando. Había olvidado esta relación c = ℏ = ke = 1 y el hecho de que la variación en la velocidad de la luz a través de diferentes transformaciones de tiempo o espacio también sería una variación de tiempo o espacio de la masa del electrón como mencionas. Sí, esa es una comprensión mucho más profunda de la invariancia.
Sin embargo, estoy un poco confundido acerca de su ejemplo de supernova. ¿Puedes elaborar un poco?
Entonces, cuando sucede cualquier evento, lo vemos porque arroja una burbuja de luz que se expande en todas direcciones, informando al universo que sucedió: vemos la luz del evento y sabemos que sucedió. Una supernova es solo un evento particularmente repentino (en términos estelares) que se define principalmente por el hecho de que todos vean este punto del espacio parpadear de manera súper brillante: así que puedo hacer que pienses en cómo modelas esa luz en algunas coordenadas (una burbuja delgada | r → ( t ) − r → 0 | = C t ) y señalar que cada transformada de Lorentz asigna dichas burbujas (a menudo llamadas conos de luz ) a otras burbujas similares.
Gracias. Sí, lo entiendo matemáticamente y veo que las burbujas serían invariantes en las transformaciones de Lorentz. También veo lo que quisiste decir en tu comentario anterior. Lo siento, parece que tengo muchos problemas para conectar las matemáticas con la experiencia/lenguaje.
No se preocupe, incluso los físicos experimentados han tenido problemas para conectar las matemáticas de la relatividad con la experiencia. Tomemos lo más mundano: la forma percibida de una canica moviéndose a gran velocidad. C / 2 . Hasta el día de hoy , incluso entre los físicos , todavía no es tan conocido que su contracción de longitud relativista es "invisible" , apareciendo en cambio como una rotación de Terrell del propio mármol.

No estoy seguro de entender tu pregunta, pero lo intentaré de todos modos. Es cierto que la constancia (que no cambia en el tiempo) y la invariancia (igual en todos los marcos de referencia) son diferentes.

SR y GR asumen una velocidad constante de la luz, pero imaginemos una teoría donde la velocidad de la luz cambia con el tiempo. El paso del tiempo es diferente para diferentes observadores. Si mi reloj y el tuyo funcionan a ritmos diferentes, entonces hemos roto la invariancia de la velocidad de la luz.

Para solucionar esto, es posible que queramos usar algún "reloj universal" para realizar un seguimiento de la velocidad de la luz. Esto introduce un marco de referencia preferido. En resumen, no hay forma de mantener intactas las relatividades especial y general mientras se tiene una velocidad de la luz no constante.

Desde un punto de vista filosófico, podríamos pensar que la relatividad es un caso especial de alguna teoría cuántica de la gravedad. Esa teoría puede romper la constancia de la velocidad de la luz de alguna manera que aún no entendemos, pero eso es pura especulación.

Hay teorías alternativas que no incluyen la invariancia de la velocidad de la luz. Algunos de ellos son interesantes, pero la mayoría están muy bien limitados por los experimentos. En general, estas teorías se denominan "violaciones de Lorentz" porque rompen la invariancia de Lorentz de la Relatividad Especial.

Debido a que la invariancia de Lorentz es un axioma, es importante tener una sólida justificación experimental para ello. Puede leer más sobre las pruebas experimentales de la invariancia de Lorentz en wikipedia o en la fuente de su elección.

Aunque no estoy seguro de entenderte. El paso del tiempo ya es diferente para diferentes observadores. Si te acercas más y más a la velocidad de la luz, el tiempo se moverá cada vez más lento para ti en comparación con alguien que es más lento. Una teoría en la que la velocidad de la luz sea variable tendrá consecuencias mucho más graves.
Sí, romper la invariancia tendría un efecto mayor, pero la invariancia de la velocidad de la luz está muy bien restringida por los experimentos. Editaré mi respuesta.
Sí Paul, estoy de acuerdo en que la invariancia está muy bien probada por experimentos. Esto es exactamente lo que me está desconcertando. No estoy cuestionando la ley, solo creo que se siente menos aceptable como un axioma que solo un valor como la velocidad de la luz en sí o la constante cosmológica o la masa del electrón, etc.
" El paso del tiempo ya es diferente para diferentes observadores. Si te acercas más y más a la velocidad de la luz, el tiempo se moverá cada vez más lento para ti en comparación con alguien que es más lento". Ten MUCHO cuidado con esto . Si pasas conmigo en un tren, no es solo que veo tus relojes "marcando lentamente", sino que también ves mis relojes "marcando lentamente" . (Aquí, "marcar lentamente" significa "después de tener en cuenta ingenuamente el cambio Doppler").
La invariancia frente a la constancia de la velocidad de la luz en el vacío.
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v