¿Podemos medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa? [duplicar]

Sé que la pregunta sobre la velocidad unidireccional de la luz se ha agotado, y lo siento por la pregunta ingenua, pero me gustaría entender una cosa. ¿Podemos medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa? Si "realmente" podemos, ¿por qué no podemos sincronizar esa cosa y una emisión de luz de un lugar a otro para comparar sus velocidades? Por ejemplo, y por razones de simplicidad, suponga que 2 autos pasan por un punto exactamente al mismo tiempo y sabemos que un auto va a 60 mph y no sabemos la velocidad del otro auto. Podríamos configurar un reloj a 60 millas de distancia, sabiendo que el auto que va a las 60 tardará una hora en llegar. Luego, usando solo un reloj y comprobando la diferencia en los tiempos de llegada, podríamos calcular la velocidad del segundo automóvil. ¿Por qué no podemos hacer algo similar con la luz y otro medio? Incluso si tuviera que ser enviado desde algún transbordador espacial a la ISS, parece que con un equipo moderno,

El speed light es siempre el mismo y ya se ha medido.
@gs si lee con más atención la pregunta, no se trata de la velocidad de la luz en un solo sentido. Por lo tanto, no es un duplicado.
@Bill Esa es la velocidad bidireccional de la luz. La velocidad unidireccional depende de la convención de sincronización de reloj que elija. Por supuesto, es sensato elegir la convención de sincronización de Einstein porque hace que las velocidades en un sentido sean iguales entre sí y con la velocidad en ambos sentidos.
@ PM2Ring Supongo que la pregunta dice la velocidad de cualquier cosa. Pero si estás hablando de luz, siempre es la misma velocidad, así que no entiendo esta velocidad en un sentido y la velocidad en dos sentidos. ¿No es la luz siempre la misma velocidad? Si no, ¿cómo explicas eso?
"sabemos que un automóvil va a 60 mph" -> 26,8 m/s, ¿en qué marco de referencia? ¿Relativo al "punto por donde pasan los dos autos"? ¿Ese punto es estacionario? Cuando lo es, ¿en qué marco de referencia está estacionario? Hago estas preguntas retóricas porque muchas confusiones en la cinemática se originan en la idea errónea de que podría existir algo así como un marco de referencia universal.
@Bill Normalmente, en relatividad, usamos la velocidad de la luz de ida y vuelta y la convención de sincronización del reloj de Einstein. Sin embargo, desde que Veritasium hizo un video sobre el tema, hemos tenido un flujo constante de preguntas sobre la velocidad en un solo sentido y las rarezas asociadas con ella cuando no se usa la convención de Einstein. Así que ahora tenemos mucha información aquí sobre este tema antes oscuro. ;)
(cont.) John D. Norton analiza la velocidad de la luz en un solo sentido en su sitio The Conventionality of Simultaneity . En particular, vea los diagramas en la página ε de Reichenbach .
@PM2Ring Gracias, me pondré al día
@Dee Xen, en un futuro cercano, voy a formular una pregunta diferente (y con suerte única) sobre la medición de la velocidad de la luz en un sentido, ya que tampoco estoy 100% convencido de que no se pueda hacer.
Defina "velocidad", incluidos los términos que utiliza su definición. Entonces, ¿dónde estás atascado definiendo o aplicando? Y no utilice términos indefinidos al formular su pregunta.

Respuestas (6)

¿Podemos medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa?

No, no hay nada exclusivo de la luz en ese sentido. Para medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa, es necesario permitir que viaje una distancia conocida con un tiempo de inicio y fin medido al principio y al final de la distancia conocida. Hacerlo requiere que los relojes de inicio y parada estén sincronizados. Diferentes convenciones de sincronización de reloj producirán diferentes velocidades en un solo sentido. Dado que se puede utilizar cualquier convención de sincronización válida, la velocidad unidireccional simplemente refleja su elección de convención.

El efecto Doppler se puede utilizar para medir la velocidad de las galaxias sin necesidad de que la galaxia retroceda, ni que la luz vaya y venga.
Aunque galaxy redshift no es el mejor ejemplo (por razones técnicas), Mauricio plantea un punto interesante. ¿Cómo influye el cambio Doppler en esto? ¿Esto te haría reconsiderar tu respuesta?
Por supuesto, debe tenerse en cuenta que el cálculo de la velocidad a partir del desplazamiento Doppler depende del modelo. La forma en que calcula la velocidad en función del cambio Doppler observado depende del modelo que use (por ejemplo, el mecanismo mecánico clásico tiene una fórmula determinada para el cambio Doppler, pero el SR estándar usa una fórmula diferente, y asumo SR con velocidades unidireccionales modificadas de la luz daría como resultado una fórmula diferente). Creo que el último ejemplo podría anular el método Doppler, porque todavía necesitas una forma de decidir qué fórmula es la "correcta", pero eso termina...
...lo que requiere que decidas entre SR estándar y SR modificado, lo cual es una cuestión de convención. Por lo tanto, la forma en que calcula la velocidad en función del desplazamiento Doppler también termina siendo una convención (fuera de una clase de fórmulas posibles).
@Mauricio y MaximalIdeal cuando cambia su convención de sincronización, también cambia las fórmulas para la dilatación del tiempo, la contracción de la longitud, el cambio Doppler, la aberración y otros efectos. No hay forma de evitar este problema. Esto es examinado en profundidad por Reichenbach, quien demostró que no hay forma de detectar experimentalmente una convención de sincronización.
Si bien esto es cierto en un sentido absoluto, al menos debe mencionar que para velocidades que son insignificantes en relación con la velocidad de la luz, las diferencias en las velocidades en un solo sentido también serán insignificantes.
Hay algo exclusivo de la luz (bueno, exclusivo no de la luz, sino de las partículas sin masa), a saber, el tiempo que tarda en viajar es (con unidades en las que c=1) igual a la distancia que viaja. Para los objetos ordinarios, la distancia es mucho menor que el tiempo de viaje, por lo que podemos sincronizar relojes simplemente mirando la hora que vemos, sin tener que preocuparnos de cuánto ajustar el reloj por cuánto tiempo pasó entre que el reloj llega a una hora en particular y viéndolo llegar a ese momento.
@quarague no todos los autores requieren tales límites a las convenciones de sincronización admisibles, por lo que no es algo que creo que deba mencionarse aquí, y si tuviera que mencionarlo, probablemente tomaría la postura opuesta
@Acumulación con respecto a su convención de sincronización propuesta, eso en realidad hace mi punto, ya que las velocidades en un solo sentido usando su convención serán diferentes a las velocidades en un solo sentido usando la convención de Einstein
@Acumulación Eso depende de la cantidad de suposiciones que haga sobre el hecho de que las velocidades de la luz no cambiaron de dos en dos en sus direcciones hacia afuera o hacia atrás. Eso o la interacción con la materia en asuntos imprevistos o la introducción de efectos GR sutiles pero siempre presentes que, en presencia de distribuciones de materia, obligarían a la luz a tener una velocidad dependiente del potencial gravitatorio (... eso o tomar más tiempo). de lo esperado antes de promediarlo al final).

En la práctica, sí. Cuánto cambia la coordenada de tiempo en un sistema de coordenadas anisotrópicas "razonable" ("razonable" significa cosas como "las cosas no llegan antes de irse") en una cierta distancia, en comparación con un sistema de coordenadas isotrópicas, no puede ser más de la separación espacial dividida por c. En otras palabras, suponga que su automóvil viaja a 100 pies por segundo (alrededor de 68 mph), o aproximadamente un nanosegundo de luz por segundo. Es decir, por cada segundo en un sistema de coordenadas isotrópico, su posición en ese sistema de coordenadas cambia en una milmillonésima de segundo luz. Entonces, un sistema de coordenadas anisótropo podría decir que en realidad tomó (1+1/billón) segundos recorrer esa distancia, o que tomó (1-1/billón) segundos.

Por lo tanto, no podemos medir la velocidad exacta en un solo sentido, pero podemos medirla con la precisión suficiente como para no marcar la diferencia para la mayoría de los propósitos prácticos. (No va a salir de una multa por exceso de velocidad argumentando que hay un sistema de coordenadas anisótropo en el que iba a 30 mph en lugar de a 60 mph. Quiero decir, eso no funcionaría incluso si hubiera algún sistema de coordenadas de este tipo, pero no hay uno de todos modos.)

Pero desde un punto de vista teórico, la velocidad exacta en un solo sentido depende del sistema de coordenadas, incluso para un automóvil. La diferencia entre la luz y un automóvil es que mientras que, para un automóvil, la distancia/c es minúscula en comparación con el tiempo que lleva recorrer esa distancia, para la luz no lo es. La luz viaja un segundo luz por segundo en sistemas de coordenadas isotrópicas, por lo que el tiempo que tarda en viajar un segundo luz en un sistema de coordenadas anisotrópicas puede variar de 1+1 segundos (dando una velocidad de c/2) a 1-1 (dando una velocidad del infinito). Y si tratas de medir la velocidad de la luz usando la velocidad de un automóvil, las matemáticas serán tales que esa minúscula diferencia entre las velocidades isotrópica y anisotrópica realmente importará.

Como muchas cosas en relatividad (dilatación del tiempo, contracción de la longitud, etc.), la incertidumbre en las velocidades en un solo sentido existe técnicamente a cualquier velocidad distinta de cero, pero en la práctica se puede ignorar para la mayoría de los propósitos a menos que la velocidad sea una fracción significativa. De c.

¿Esto plantea la pregunta? Si asumes que la dilatación del tiempo es la misma en ambos sentidos, ¿no habrás supuesto que la velocidad de la luz es la misma en ambos sentidos?
Buenas ideas. Ahora usted dice que "podemos medirlo con la suficiente precisión como para no hacer una diferencia para la mayoría de los propósitos prácticos", pero si oscila entre C 2 y ∞ entonces no podemos medirlo con precisión en absoluto. Entonces, creo que lo que quiere decir es que, para la mayoría de los propósitos prácticos, no necesitamos medirlo en absoluto, ya que podemos sincronizar los relojes con la precisión suficiente usando la velocidad bidireccional, ¿correcto? Además, cuando dice "no hay uno de todos modos", ¿afirma saber que la velocidad en un sentido es isotrópica?
@ user400188 ¿Cómo depende mi respuesta de que la dilatación del tiempo sea la misma en ambos sentidos?
@GumbyTheGreen "pero si oscila entre c2 y ∞, entonces no podemos medirlo con precisión". Ponga la distancia por término de tiempo, eso suena como mucho. Pero puesto en términos de incertidumbre temporal, es diminuto. Como dice mi respuesta, la incertidumbre sobre una distancia de 100 pies es de 2 mil millonésimas de segundo. "Además, cuando dices 'no hay uno de todos modos', ¿estás afirmando saber que la velocidad en un solo sentido es isotrópica?" No, estoy diciendo que incluso con un sistema de coordenadas anisotrópico, siempre que conserve el orden temporal, una velocidad de 60 mph en el sistema de coordenadas isotrópico no será de 30 mph en el anisotrópico.
En otras palabras, cuando dije "no hay uno de todos modos", "uno" no se refiere a un sistema de coordenadas anisotrópico en general, se refiere a un sistema de coordenadas anisotrópico que haría que una velocidad aparente de 60 mph sea 30 mph en cambio. Ciertamente no estoy afirmando que la velocidad en un solo sentido sea isotrópica; No creo que la "velocidad unidireccional" se refiera a algo físico (más bien es simplemente una propiedad del sistema de coordenadas), y existir es un requisito previo para ser isotrópico.
Pero existir también es un requisito previo para ser medido, por lo que parece un error usar la palabra "medir" allí. ¿Tal vez podría decir "Así que no podemos medir la velocidad en un solo sentido, pero sabemos que siempre es lo suficientemente rápido como para no marcar la diferencia para la mayoría de los propósitos prácticos"? En tu último punto: ¿Cómo puede ser que la velocidad en un solo sentido no sea física? Si tú y yo estamos parados uno frente al otro y enciendes una luz en mi ojo, ¿no hay una coordenada de tiempo definida para la llegada de la luz relativa a su emisión dentro de nuestro marco de referencia (aparte de si los mortales podemos determinar él)?

Yo diría que no. Una de las cosas más fascinantes de la física es la dilatación del tiempo. La velocidad de la luz es siempre la misma pero la velocidad del tiempo varía. No solo A y B pueden estar en diferentes marcos de tiempo como lo ilustran otros, sino también en diferentes tasas de cambio de tiempo. Una forma de visualizar esto es aquí en la tierra. Se teoriza científicamente que el centro de la tierra es 2 1/2 años más joven que la superficie de la tierra debido a la dilatación del tiempo. así que en primer lugar, ¿cuál es la hora correcta? Ahora, si pudieras enviar una luz al centro de la tierra y reflejarla de regreso a la superficie, comenzarías a ver el problema. Aunque la velocidad de la luz sea la misma si viaja de ida o de regreso, el tiempo real y la velocidad del tiempo serían completamente diferentes en ambos extremos.

¿Por qué el voto negativo?
Porque alguien no lo entendió. Pocas personas se dan cuenta de que el tiempo es tan... maleable. Y se ponen de mal humor cuando interfiere con sus propias teorías favoritas.

Mide la longitud de un segmento finito de la vía del tren. Ponga en marcha su cronómetro cuando vea que el tren entra en el segmento, deténgalo cuando abandone el segmento. Si el tren viajaba a velocidad constante, puede determinarlo calculando la longitud/tiempo.

La razón por la que esto no funciona con la velocidad unidireccional de la luz es porque la luz es lo que quieres medir.

Una versión más sofisticada es usar el cambio Doppler, si una ambulancia con sus sirenas encendidas (y conoce la frecuencia de la sirena), puede determinar su velocidad al notar el cambio en la frecuencia del sonido.

Como sugieren otros comentarios, por supuesto, todas estas medidas y fórmulas dependen de su convención sobre la velocidad de la luz en un solo sentido para establecer marcos de referencia espacio-temporales. Dada una convención, puedes medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa que no viaje a la velocidad de la luz.

Pero funciona porque la velocidad de la luz es siempre la misma. Solo necesitas distancia y tiempo. No hay razón para medir la velocidad de la luz, ya se ha hecho muchas veces.
Esto requiere que los cronómetros de inicio y parada estén sincronizados. Diferentes convenciones de sincronización producirán diferentes resultados
" Pon en marcha tu cronómetro cuando veas que el tren entra en el segmento ". Lo que ya pone el evento en un tiempo no especificado en el pasado. Lo mismo ocurre con la observación del final de la carrera. ¿Son iguales los dos retrasos? ¿ Puedes probar que son iguales? ¡Realmente no es tan trivial en absoluto!
@PcMan, si uno elige estar en el vértice de un triángulo regular, la última observación que hizo debería corregirse, ¿no es así?
@Dale puede usar la luz para sincronizarlo y fijar un marco de referencia. ¿Estás diciendo que porque medimos la velocidad de la luz en los dos sentidos no podemos medir la velocidad del tren en un solo sentido?
¿Estamos asumiendo que la velocidad de la luz en un solo sentido se elige y se fija aquí? Cualquier convención funcionará, solo que debe mencionarse explícitamente que lo arreglamos primero para que esto funcione. Esencialmente, esto proporciona un método para determinar la velocidad unidireccional de algo, suponiendo que se haya elegido una velocidad de la luz unidireccional. Si eso es lo que estás presentando, entonces creo que esto funciona.
Además, como señalé en un comentario de otra respuesta. Su elección de la fórmula de cambio Doppler dependerá del marco en el que esté trabajando, es decir, su elección de la velocidad de la luz en un sentido. Pero de nuevo, si estamos de acuerdo en una convención de velocidad de la luz en un solo sentido, entonces estaremos de acuerdo en la fórmula de desplazamiento Doppler.
@MaximalIdeal lo entendió. Necesita una convención para establecer la relatividad especial y establecer marcos de referencia.
@Alchimista cuando usa luz para medir el tiempo, y lo que quiere probar es si la luz se mueve a la misma velocidad en todas las direcciones ... no. Incluso en palabras reales, y si asume que la velocidad de la luz es constante... ¿Se está moviendo el tiempo a una velocidad constante a lo largo de la trayectoria de lo observado y a lo largo de su línea de visión? Si alguno de los puntos se mueve con respecto a ti, no. Si alguno de los puntos está en un pozo de gravedad más profundo (incluso unos pocos mm de altitud!!)... no... ¿Ves cómo se vuelve muy complejo, muy rápidamente? puedes acercarte, pero no exactamente.

Usted es consciente de este tema de la convencionalidad de la simultaneidad o de las definiciones allí de cuál es la velocidad real de la luz en un solo sentido. Que podemos definir diferentes valores para él, haciéndolo anisótropo, pero de manera que dé lugar a todas las mismas observaciones que acaba cubriendo la Teoría de la Relatividad Especial. El problema es mucho más profundo que la velocidad de la luz en un solo sentido y esta convencionalidad podría aplicarse a toda la física conocida.

Einstein en realidad había considerado tal convencionalismo general que iba más allá de la luz y lo discutió en un discurso que pronunció . Aquí se presenta un artículo que discute esto y saca sus propias conclusiones sobre el asunto acerca de su perspectiva .

Para hacer una afirmación sobre la velocidad de un objeto se requiere una medida de tiempo (contando las ocurrencias periódicas) y una medida de la distancia que recorre. El problema en la mayoría de las situaciones es que las suposiciones con respecto a la constancia de su velocidad en la ida y luego en las partes de regreso de su viaje son suposiciones que dependen en gran medida de cuáles son nuestras dinámicas y nuestra estructura de espacio-tiempo. Podría asumir alguna estructura de espacio-tiempo de fondo y alguna suposición sobre la dinámica de los objetos que conducen a ciertas conclusiones algo inobservables (resultados inferidos). Sin embargo, podría cambiar nuestra estructura de espacio-tiempo y cambiar la forma en que los objetos/partículas/campos interactúan entre sí, lo que lleva a resultados observables similares pero no observables diferentes. Como la velocidad inferida del objeto en cualquier punto a lo largo de su trayectoria o la distancia querealmente viajado.

Así que puede darse el caso de que la velocidad de muchos objetos, incluso los ordinarios, sea bastante convencional. Depende de nuestras suposiciones arbitrarias con respecto a la estructura del espacio-tiempo y las interacciones dinámicas.

Según Derek Muller de Veritasium , no:

https://www.youtube.com/watch?v=pTn6Ewhb27k&ab_channel=Veritasium

En este momento, estamos midiendo la velocidad "promedio" del viaje de ida y vuelta de la luz. Esto se debe al problema de necesitar dos puntos en el espacio para medir la velocidad:

Velocidad = Distancia/Tiempo

Por lo tanto, debe enviar un haz de luz desde el punto A y, al mismo tiempo, decirle al punto B que ha comenzado a grabar. Esto tendría que suceder a una velocidad más rápida que la que conocemos como velocidad de la luz. Lo cual es imposible.

Creo que deberías volver a leer la pregunta con más cuidado. Según su redacción, es probable que esté al tanto del video que publicaste. El video veritasium sobre la incapacidad de medir la velocidad de la luz en un solo sentido . Lo que pregunta es si podemos medir la velocidad en un solo sentido de otros objetos que no son luz. OP está haciendo una pregunta diferente a la que está respondiendo.
@MaximalIdeal Pero propone medir estas otras distancias usando... luz. Si no ha verificado la imparcialidad de la herramienta, ¿cómo puede confiar en lo que mide usando esa misma herramienta?
¿Podemos medir la velocidad en un solo sentido de cualquier cosa? [duplicar]
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