¿Ole Rømer midió la velocidad de la luz en un sentido o la velocidad de la luz en dos sentidos? [cerrado]

La convención de sincronización de Einstein realmente es solo una convención. Nada le impide sincronizar los relojes de otra manera. La sincronización de Einstein suele ser más conveniente que las alternativas cuando es posible (que no siempre lo es).

El artículo de Lisle define efectivamente una coordenada de tiempo$t' = t + (1{-}ε)|x|/c$para algunos pequeños$ε>0$. Con respecto a esta coordenada de tiempo, la velocidad de la luz que se mueve hacia el origen (es decir, la Tierra) es$-dx/dt' = c/ε \gg c$.

No puedes falsificar esto porque es solo una sustitución matemática de variables. No me queda claro qué configuración pretende para su medición unidireccional de la velocidad de la luz, pero sea lo que sea, puede hacer el ejercicio de asignar coordenadas de espacio-tiempo inerciales estándar a cada evento en el problema, luego calcular$t'$para cada evento, y luego describiendo con palabras lo que esto "significa". Descubrirá que todo conspira para darle un resultado consistente con una velocidad isotrópica de la luz, aunque la velocidad sea "realmente" anisotrópica. También puede "explicar" las señales de GPS, el experimento de Rømer o cualquier otra cosa en las coordenadas de Lisle. Esto no prueba nada excepto la consistencia interna del álgebra y el cálculo.

Lisle afirma que Dios usó esa convención para sincronizar la creación bíblica: en otras palabras, que el universo comenzó en la superficie.$t'=t_0\approx -6000\text{ yr}$. Esa es una afirmación física real que supongo que es falsable en principio. Pero las convenciones de sincronización que nosotros (a diferencia de Dios) usamos no tienen significado físico. No hay evidencia de que nada en la naturaleza dependa de si los eventos son simultáneos por alguna convención.

Aquí hay una respuesta que escribí sobre el video de Veritasium . Resumen: es peor que el artículo de Lisle, porque al menos el artículo de Lisle hace una afirmación que es falsable en principio.

Primero, un detalle sin importancia: Ole Rømer describió la evaluación de la velocidad de la luz por la que se le recuerda correctamente, pero que yo sepa, en realidad no estaba en condiciones de obtener medidas que fueran lo suficientemente precisas. Corrección en respuesta a un comentario: lo recordaba mal. Las ideas y los resultados de Rømer fueron conocidos por sus contemporáneos a través de la correspondencia. Era solo que estas ideas no se publicaron formalmente.

Antes de continuar, hay un punto esencial que necesito discutir. Algunas personas consideran la cuestión de si es posible una medición unidireccional de la velocidad de la luz en relación con el cuestionamiento de si es posible establecer un experimentum crucis para distinguir entre una teoría del éter de Lorentz, por un lado, o la relatividad especial, por otro lado. . Mi expectativa es que tal experimento no es posible. Es decir: espero que cualquier medición unidireccional de la velocidad de la luz encuentre el mismo valor que una medición bidireccional.

Estoy de acuerdo:
si se acepta que esperamos que las lunas de otros planetas se muevan de acuerdo con las leyes del movimiento, entonces el cambio en el tiempo puede atribuirse a diferentes retrasos en el tránsito de tiempo según la distancia de viaje. Conocemos las distancias entre los planetas del sistema solar. Poniendo todo eso junto se puede inferir la velocidad de la luz.

La única crítica que se le puede hacer es que se trata de un proceso con varias etapas de inferencia.

Por otra parte, múltiples etapas de inferencia es cómo se obtienen la mayoría de las mediciones. (Ejemplo: distancias a otras galaxias. Las distancias a las Cefeidas cercanas se evalúan mediante la medición del paralaje. Las Cefeidas distantes se identifcan y la distancia se infiere a partir de la luminosidad medida).

Una medición bidireccional de la velocidad de la luz requiere muchas menos etapas de inferencia, si las hay.

El desafío intelectual es la cuestión de si es posible realizar una medición unidireccional de la velocidad de la luz con una configuración que sea tan simple como una configuración para una medición bidireccional de la luz.

Acerca del cronometraje en la Tierra en general:
existen múltiples centros para el cronometraje en todo el mundo, y trabajan juntos para proporcionar al mundo una hora mundial coordinada.

Tener una hora mundial coordinada de alta precisión es de vital importancia para la astronomía. Hay formas de radioastronomía donde cada observatorio registra datos con etiquetado de tiempo al más alto nivel posible. Las unidades de disco que contienen estos datos se envían desde todo el mundo a una instalación central. En esta instalación se procesan los datos y, debido a la alta precisión del etiquetado de tiempo, pueden correlacionar la fase de la señal. Por lo tanto, los datos de observatorios distantes pueden procesarse como si esos observatorios estuvieran en los extremos opuestos del perímetro de un plato receptor de radio del tamaño de un planeta.

Ahora viene la parte importante:
la forma en que se mantiene el tiempo coordinado mundial no es por sincronización de Einstein. Para esta aplicación específica, la sincronización de Einstein no funcionaría.

Para explicar por qué no funcionaría, describiré una versión muy estilizada de cómo se realiza la coordinación de la hora mundial; el principio subyacente es el mismo.

Imagine una cantidad de centros de tiempo ubicados a intervalos iguales a lo largo del ecuador. Permítanme hacer que (elección arbitraria) 12 centros.

Para mantener el tiempo sincronizado, están transmitiendo continuamente señales de tiempo, tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Permítanme decir que se transmiten 12 señales en cada dirección. Cada señal es un pulso, con un identificador.

El procedimiento es que en cada paso del relé hay una opción para hacer un ajuste mínimo de modo que el espacio de tiempo entre los 12 pulsos que se propagan en el sentido de las agujas del reloj sea lo más parecido posible, y que el tiempo entre los 12 pulsos que se propagan en el sentido contrario a las agujas del reloj sea lo más parecido posible. lo más igual posible.

Si la Tierra no estuviera girando, los trenes de pulsos que se propagan en sentido contrario se comportarían de la misma manera.

En nuestra Tierra giratoria, la rotación introduce un sesgo. Los pulsos que viajan de oeste a este tardan un poco más en llegar de una estación a otra. Por el contrario, los pulsos que viajan de este a oeste toman menos tiempo.

La animación representa el fenómeno. En interferometría este fenómeno se llama ' el efecto Sagnac '. Una forma particular de interferometría, la interferometría de láser de anillo, utiliza el efecto Sagnac para medir la tasa de rotación de la Tierra (y variaciones mínimas de la misma).

El principio subyacente del efecto Sagnac es que la velocidad de la luz es la misma en todas las direcciones.

Los puntos azules y rojos representan pulsos de contrapropagación. Los pulsos de contrapropagación tienen la misma velocidad en todas partes. Tenga en cuenta que en la animación se cruzan en el mismo lugar todo el tiempo, porque se propagan a la misma velocidad.

Los cuatro puntos grises representan estaciones repetidoras a lo largo del camino.

Los operadores de las estaciones repetidoras conocen la tasa de rotación del sistema. Los operadores saben cuánto intervalo de tiempo esperar entre los pulsos azules y los pulsos rojos. Incluso si los operadores no supieran de antemano cuál es la tasa de rotación del sistema, pueden inferir esa tasa de rotación a partir de la diferencia en el tiempo de viaje entre los pulsos azul y rojo.

¿Qué pasaría con la sincronización de Einstein?

La aplicación de la sincronización de Einstein no cumpliría con las demandas:

Las 12 estaciones tendrían que emparejarse. 1-2, 2-3, 3-4... 11-12 etc. Pueden hacer todas esas sincronizaciones por pares, con aplicación de sincronización de Einstein. Excepto: entonces no puedes cerrar el ciclo. Si todos los pares han aplicado la sincronización de Einstein, entonces para el par 12-1 habrá un intervalo de tiempo.

Para el tiempo mundial coordinado, tal brecha es inaceptable. El procedimiento para mantener la hora mundial coordinada debe tener en cuenta la rotación de la Tierra, y eso es lo que sucede.

En la Tierra real, los centros de cronometraje no están igualmente espaciados, por supuesto, por lo que debe tenerse en cuenta. Además, se encuentran a diferentes elevaciones sobre el nivel del mar, por lo tanto, a diferentes alturas geopotenciales, lo que da lugar a una diferencia en el efecto de dilatación del tiempo gravitacional, que debe tenerse en cuenta. Claramente hay muchas dificultades; evidentemente los ingenieros las han superado todas.

GPS

El cronometraje preciso que permite un GPS consistente en todo el mundo depende de tener una única hora mundial coordinada.

Además, dado que se utiliza una sola hora mundial coordinada, y dado que la Tierra está girando: dependiendo de dónde se encuentre un satélite GPS en relación con el receptor GPS, la señal puede viajar de este a oeste o de oeste a este. Para los viajes de oeste a este, espera más tiempo de viaje que para los viajes de este a oeste. La tecnología GPS tiene en cuenta esta diferencia.

Esta segunda respuesta es específicamente para la configuración representada con el diagrama en la pregunta.

E1, E2, D1 y D2 se mueven conjuntamente.

Por supuesto, el triángulo E1, D1, D2 pretende ser un triángulo equilátero.

Como sabemos: cuando la propagación de la luz se representa en un sistema de coordenadas que se mueve conjuntamente con esta configuración, la luz emitida desde E1 define en efecto la simultaneidad para ese sistema de coordenadas. En términos de representación de co-movimiento: la luz emitida desde E1 llega a D1 y D2 simultáneamente.

Los mismos procedimientos pueden representarse con igual validez en cualquier sistema de coordenadas de la clase de equivalencia global de los sistemas de coordenadas inerciales.

Cuando se representa en cualquier sistema de coordenadas que no se mueve conjuntamente con esta configuración, el plano de simultaneidad aparece de manera diferente.

Generalizando:
En todos los casos donde la representación puede ser representada con igual validez en términos de cualquier miembro de la clase de equivalencia de los sistemas de coordenadas inerciales: la relatividad de la simultaneidad es ineludible.

Es decir: la cuestión de si es posible la medición unidireccional de la velocidad de la luz se considera interconectada con la cuestión de si hay alguna forma de evitar la relatividad de la simultaneidad.

Cualquier configuración que no elimine la relatividad de la simultaneidad se considera que no es una medida unidireccional de la velocidad de la luz.

Con respecto a tu experimento propuesto: me parece que ya has asumido que la luz viaja con la misma velocidad en cualquier dirección cuando sincronizas los relojes de D1 y D2 de la manera que propones. Si la velocidad de la luz en un solo sentido no es isotrópica, el haz tardaría diferentes cantidades de tiempo en recorrer la distancia E1-D1 en comparación con E1-D2, y los relojes de D1 y D2 no estarían sincronizados en el manera que creo que quieres.