Si ahora el metro se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en de un segundo y se acepta que la velocidad de la luz es , ¿no parece esto el problema del huevo y la gallina?
Recuerdo haber leído en alguna parte (en el contexto de los principios de incertidumbre):
...cuanto más precisamente se mide una propiedad, menos precisamente se puede medir la otra.
Entonces, ¿cómo afirman los físicos haber medido con precisión la velocidad de la luz? ¿Significa esto que la definición del metro depende de nuestra capacidad para medir con precisión la velocidad de la luz?
Después de todo, para determinar la velocidad (distancia recorrida/tiempo empleado) primero debe elegir algunos estándares de distancia y tiempo, por lo que diferentes opciones pueden dar diferentes respuestas.
¿Qué pasa con tantos otros factores que afectan estas medidas? No pretendo entender las teorías de la relatividad por completo, pero ¿qué pasa con el marco de referencia elegido? ¿Curvatura del espacio-tiempo?
¿Significa esto que nuestras medidas son solo relativas y no absolutas?
Hay tres cantidades relevantes involucradas aquí: la longitud de un metro, la duración de un segundo y la velocidad de la luz. Solo necesita medir absolutamente uno de ellos, después de lo cual los otros dos se pueden definir en términos del que se mide.
Por razones tecnológicas, hemos optado por hacer de la cantidad de referencia medida la duración de un segundo, que se define en términos del número de oscilaciones de radiación asociadas a la transición entre los estados fundamentales hiperfinos del cesio (en concreto, son 9.192.631.770 oscilaciones de ese luz). Esto se debe básicamente a que existen técnicas experimentales que permiten mediciones increíblemente precisas de la frecuencia de la radiación, a un nivel que realmente no puede igualarse con las mediciones de longitud o velocidad. (Las mejores mediciones de frecuencia en el mundo usan iones de aluminio atrapados como "reloj" y son buenas para algo así como una parte en .)
Habiendo definido el segundo en términos de alguna cantidad físicamente medible, somos libres de definir la velocidad de la luz como si tuviera algún valor particular en metros/segundo, y luego definir el metro en términos de la distancia recorrida por la luz en un segundo. El tamaño de un metro es simplemente una cuestión de convención, no algo fijo en el mundo físico, por lo que siempre que hayamos anclado el segundo a algo fundamental, podemos hacer que el metro sea lo que queramos.
Los valores particulares del metro y la velocidad de la luz que elegimos se basan en medidas más antiguas utilizando un metro definido en términos de la circunferencia de la Tierra. Hemos optado por mantener ese valor, porque sería una molestia hacer un cambio total.
Básicamente, lo que sucedió es que logramos medir el tiempo con mucha precisión con la llegada de los relojes atómicos. La teoría de la relatividad de Einstein predice, o más bien postula, que la velocidad de la luz es un invariante. Entonces, medir el tiempo con precisión implica que también podemos medir distancias con precisión. Solo tenemos que comprobar que la luz es efectivamente una invariante y también existen técnicas de laboratorio precisas y fácilmente reproducibles para comprobarlo, por ejemplo mediante interferometría. Esto permite entonces definir el metro. Luego se elige el número 299.792.458 para que el metro coincida con la antigua definición que usaba una varilla estándar.
Parece que en la práctica, el medidor se determina a menudo midiendo longitudes de onda de ciertas transiciones atómicas, lea más adelante:
Acabo de completar la respuesta de @Chad Orzel por punto: parece estar preocupado por el efecto del marco de referencia elegido y la curvatura del espacio-tiempo. Una de las razones para redefinir el metro en términos de velocidad de la luz es que la velocidad de la luz es independiente del marco de referencia y de la curvatura del espacio-tiempo, mientras que la distancia y el tiempo no lo son. Ese es el punto central de las teorías de la relatividad de Einstein.
La velocidad de la luz no es una constante fundamental y no representa una cantidad medida. Es un factor de conversión que se cuela debido al uso de un sistema de unidades torpe que utiliza diferentes unidades de distancia dependiendo de la dirección (espacial vs temporal) en el espacio-tiempo.
En cierto modo, la 'velocidad de la luz' es similar al 'ángulo recto': el concepto en sí mismo es importante, pero el valor asociado carece de significado real, ya que se basa en una convención bastante arbitraria. Se acuerda que un ángulo recto (¡no se mide!) equivale a 90 grados, y de manera similar se acuerda que la velocidad de la luz (¡no se mide!) equivale a 299792458 metros por segundo.
El valor acordado de la velocidad de la luz, combinado con la definición del segundo, da como resultado una unidad de longitud inequívoca. En otras palabras, al definir la unidad de velocidad, las unidades tanto de longitud como de tiempo se definen en función de un estándar de frecuencia. No hay un razonamiento circular involucrado en esto.
La velocidad de la luz es invariable, pero el número o la proporción de los marcos de referencia son variables según lo determinado por la cantidad de gravedad, cuyo resultado es la lente gravitacional.
david z
dan