¿Por qué la luz siempre viaja en línea recta?

No importa en qué marco esté la luz, siempre se mueve en línea recta en ese marco. ¿Porqué es eso? No me parece algo que necesariamente deba ser cierto. Si alguien corre hacia adelante y envía algo perpendicular a su movimiento, ¿por qué continuaría avanzando con ellos? No lleva la velocidad de la fuente.

Pero lleva la velocidad de las fuentes, ¿alguna vez has caminado hacia adelante mientras lanzas una pelota al aire?
Pero las bolas tienen inercia... la luz no tiene masa.
Otra cosa es que la luz requiere relatividad especial, y también tiene propiedades como el impulso, incluso sin masa.
Estimado Tony: Creo que la mayor parte de lo que necesitas se puede leer en Feynmann "QED: The Strange Theory of Light and Matter". Como dice Dan, la relatividad especial describe la adición de velocidades y "cómo se ve la luz" desde diferentes marcos en movimiento relativo. Para una explicación realmente cotidiana: incluso con la relatividad galileana (suma vectorial "diaria" de velocidades), algo que va recto a una velocidad constante en un marco todavía se está tensando en cualquier otro marco que se mueve a velocidad constante en relación con usted. Y para el marco que es estacionario con respecto a ti, puedes pensar en un argumento de simetría...
es decir... si haces brillar una luz en una dirección, ¿por qué se doblaría? Solo puede hacerlo (y de hecho lo hace) si existe alguna asimetría en el espacio. Entonces, apunte un rayo láser hacia el aire seco en un día despejado; va recto porque las propiedades de la aspiradora (el aire seco y de temperatura uniforme es casi lo mismo) no tienen desniveles ni baches, pero apúntelo hacia una carretera caliente y se doblará hacia arriba: el calentamiento del aire por encima de la carretera hace que la velocidad de la luz dependa de la posición, y la simetría se rompe.
Pero con esa lógica, ¿por qué la luz forma un ángulo en el marco estacionario, solo para acomodarse al marco móvil? No me parece correcto.
@Tony Sugerencia: ¿Por qué un haz de nivel en un marco horizontal está sesgado en un ángulo en un marco de referencia girado, solo para adaptarse a la inclinación de su cabeza?
No estoy seguro de seguir. Parece ser una suposición perfectamente aceptable que algo iría 'recto' en un marco, lo más parecido que se me ocurre es la analogía de la pelota, ¡pero la luz no tiene inercia!
¿Por qué su "analogía de la pelota" no funciona aquí?
Debido a que la luz no tiene inercia... las bolas continúan moviéndose con la velocidad de la fuente, pero ¿por qué debería hacerlo la luz?
@Tony ¡ Porque la luz no tiene inercia! No hay forma de desacelerar.
Pero, ¿por qué tendría velocidad en la dirección de la fuente? Está siendo empujado perpendicularmente hacia afuera.
@Tony, en primer lugar, deberíamos estar hablando de marcos inerciales aquí. Esto es básicamente una transformación lineal: una línea se convierte en una línea. Ahora, un punto de partida para responder a su pregunta sobre la inercia es considerar cuál es la fuente de luz. Digamos, para simplificar, que proviene de un dipolo oscilante. Si llevas el dipolo contigo cuando corres, entonces, desde el marco de referencia, la fuente se está moviendo. La luz se emite donde ocurren interferencias constructivas, que siguen el movimiento de la fuente.
Como curiosidad, la luz no siempre viaja en línea recta news.sciencemag.org/2012/04/light-bends-itself . <br>Aquí hay un enlace a un artículo en Phys. Rev. Lett. describiendo esto con más detalle, tomado del artículo anterior: prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i16/e163901 .

Respuestas (3)

Todo se mueve en las geodésicas si no actúa sobre él una fuerza distinta de la gravedad; este es un axioma de la relatividad general (la ecuación geodésica). Las geodésicas son líneas rectas en ausencia de gravedad; esto es parte del otro axioma de la relatividad general (la acción de Einstein-Hilbert, o la EFE o lo que sea).

La luz no interactúa mucho con todo, excepto muy débilmente con la gravedad y con algunos patrones de dispersión misceláneos, como los que te permiten ver las cosas, pero son bastante puntiagudos (reflexión, refracción, etc., los caminos son puntiagudos). siempre y cuando el límite de dispersión sea nítido), por lo que aún verá un montón de líneas rectas.

@ Dimension1n0: Eso no es escritura, la gravedad no debe incluirse. Las cosas (también la luz) que están influenciadas solo por la gravedad tendrán líneas de mundo geodésicas.

Es un axioma de la relatividad general. Una suposición básica. Una declaración más precisa sería que la luz siempre viaja a lo largo de una geodésica del espacio-tiempo. La suma clásica de velocidades en la mecánica newtoniana no funciona en la relatividad (la luz es el caso más extremo). Esa es la fuente de todas las cosas raras en la relatividad.

La rectitud de los rayos de luz se deriva de la interferencia constructiva de ondas que siguen aproximadamente el camino más corto (o más generalmente un camino extremo).

Alrededor del camino extremo, la derivada de la longitud del camino con las variaciones del camino es 0. Por lo tanto, todos los caminos aproximadamente extremos tienen la misma longitud y, por lo tanto, la misma fase, lo que hace que las ondas que los siguen interfieran constructivamente. Los caminos alrededor del camino no extremo interfieren destructivamente y las ondas que los siguen se anulan. Esta explicación se aplica clásicamente al campo EM y la ecuación de Maxwell, o mecánicamente cuántica al campo de amplitudes. Esta es también la explicación del principio de Huygen.

Feynman da una explicación detallada de esto en QED, la extraña teoría de la luz y la materia , así como en sus notas de conferencias y otros lugares.

La afirmación precisa debería ser que la luz en el espacio libre se mueve en línea recta y velocidad constante con marcos de referencia inerciales. No se mueve en línea recta oa velocidad constante en marcos de referencia acelerados o en medios no homogéneos.

El hecho de que la velocidad de la luz sea independiente de la velocidad del observador es un efecto relativista. Formalmente es un postulado de la relatividad especial.

En la relatividad general, la luz sigue las geodésicas con la métrica del espacio-tiempo.

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