¿Por qué la velocidad de la luz en el vacío no tiene incertidumbre?

Pude entender que la definición de un segundo no tendría incertidumbre cuando se relaciona con la transición del átomo Cs, por lo que no tiene un error porque es una referencia absoluta y medimos otras cosas usando la definición física de un segundo , como lo hacen los relojes atómicos.

Pero, ¿por qué la velocidad de la luz no tiene incertidumbre? ¿No es la velocidad de la luz algo que se mide físicamente?

Compruébalo en el NIST .

Respuestas (8)

Se definen con precisión el segundo y la velocidad de la luz, y luego se especifica el metro en función de C y el segundo Entonces, cuando mide experimentalmente la velocidad de la luz, está midiendo efectivamente la longitud del metro, es decir, el error experimental es el error en la medición del metro, no el error en la velocidad de la luz o el segundo.

Puede parecer extraño tratar el metro como variable y la velocidad de la luz como una cantidad fija, pero no es tan extraño como crees. La velocidad de la luz no es solo un número, es una propiedad fundamental del universo y está relacionada con su geometría. Por el contrario, el metro es solo una longitud que resulta conveniente para los humanos. Ver ¿Qué tiene de especial la velocidad de la luz en el vacío? para más información.

Es una convención muy extraña tomar el error como extenso... Gracias.
@TheQuantumPhysicist La velocidad de la luz en realidad se calculó (con precisión) a partir de la ecuación de Maxwell: C = 1 ϵ o m o . Esto es constante para cada cuadro (intercial o no). Descubrimos que incluso si vamos más y más rápido, la velocidad de la luz sigue siendo C , es nuestra percepción de la duración y el tiempo lo que sigue cambiando. ¡La mecánica newtoniana normal no es válida!
@mikhailcazi La parte vergonzosa de esta pregunta es que me hace parecer un principiante en física, mientras que soy un doctorado :)
@TheQuantumPhysicist Jaja, ¡lo siento entonces! Culpa mía. :)
-1. Esto está mal. De hecho, la velocidad de la luz fluctúa. La c es la velocidad MEDIA de la luz en grandes distancias.
Dijo basado en la geometría. Diría que no, solo es correcto, es la respuesta más fácil de entender aquí.

Para repetir Wikipedia :

La velocidad de la luz en el vacío, comúnmente denominada c, es una constante física universal importante en muchas áreas de la física. Su valor es exactamente 299.792.458 metros por segundo, cifra que es exacta porque la longitud del metro se define a partir de esta constante y patrón internacional del tiempo.

En otras palabras, es exacto porque tenemos una definición del segundo :

la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133

y el metro es la distancia que recorre la luz 1 / 299 , 792 , 458 de un segundo

Eso no deja lugar a errores en la definición de la velocidad de la luz.

no, te estás mordiendo la cola. dices que el metro se define a partir de la velocidad de la luz, entonces se sabe que la velocidad de la luz es [esta constante] * 1m/1s. esta constante debe haber sido redondeada por conveniencia, y el medidor debe haber sido redefinido a partir de su definición original para ajustarse al redondeo. originalmente era una fracción del arco de la tierra, por lo que no puede tener nada que ver con la velocidad de la luz. Dudo que sea la definición del segundo la que se redondeó para ajustarse a esta constante. Pero no responde al OP. el OP habla de incertidumbre, y la velocidad de la luz, ES incierta.
se dice que las medidas deben ser las mismas cualquiera que sea la dirección de la luz, por ejemplo, y cualquiera que sea la velocidad de la partícula emisora. pero, las mediciones son ruidosas, y algunos experimentos incluso llegan a medir elementos estadísticos sobre este ruido, como la varianza, según las direcciones. y recuerdo haber visto algunos resultados donde 1 dirección tenía más variación. la conclusión es que tal vez el universo no sea isótropo. Creo que este es el tipo de conversación que espera OP.

Como puedes leer en este artículo de Wikipedia , recientemente se decidió basar todas las unidades del SI en siete constantes de la naturaleza. Para poder hacerlo, estas constantes deben establecerse en valores absolutos. Por lo tanto, se decidió que estas constantes se fijan sin margen de error en sus valores comúnmente aceptados para derivar todas las demás unidades del SI a partir de esas ahora constantes fundamentales.

En el sistema SI, un metro se define como 1/299 792 458 segundos luz (en otras palabras, la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos) y, por lo tanto, la velocidad de la luz en el vacío se define como 299 792 458 m/ s.

Canalizando a Adrian Monk aquí, pero ¿por qué no pudieron haber definido que un metro es exactamente 1/300,000,000 de segundos luz?
@Michael, el metro se definió originalmente como 1/10,000,000 de la distancia desde el ecuador hasta el polo norte. La definición cambió en 1983.
@Michael Técnicamente, ellos (CGPM) pueden. Pero el metro es una unidad ampliamente utilizada y, por lo tanto, es muy deseable que la nueva definición se acerque lo más posible a la definición histórica.
@Michael: Es solo una coincidencia que el medidor esté tan cerca de 1/300k luz-segundo. La primera propuesta para el metro fue la longitud del péndulo necesaria para tener un período de 2 segundos (para hacer un reloj que pueda marcar cada segundo). Debido a las variaciones en la gravedad de la Tierra, finalmente se decidió hacerlo en función de la circunferencia de la Tierra. Es solo suerte que las tres definiciones estén dentro del error de redondeo entre sí.

De hecho, la velocidad de la luz fluctúa en el vacío. Un solo fotón puede propagarse un poco más rápido o más lento que la luz. Esto puede interpretarse como la aparición de fotones virtuales por delante del que se propaga y la consiguiente aniquilación del primero con uno de los aparecidos. Sólo estadísticamente la velocidad de la luz es constante.

Respetuosamente en desacuerdo con que esta pieza de ciencia marginal se relacione con esta pregunta. La velocidad de la luz en el vacío surge directamente del llamado cono de luz , que es un elemento crucial de la estructura del espacio-tiempo. Aunque puede haber hipótesis que desafíen una sabiduría establecida, sería imprudente y fuera de tema discutir este tema en el hilo centrado en las unidades de medida.
@Incnis Mrsi, ¿a qué llamas "sabiduría establecida"? La sabiduría establecida es que en la Recatividad Especial la transferencia de información más rápido que la luz es imposible. Aquí no hay transferencia de información más rápida que la luz, entonces, ¿dónde contradice la "sabiduría establecida"?
@Incnis Mrsi Estoy de acuerdo en que el enlace es incorrecto, lo eliminé.
No se trata del papel concreto, sino de una idea de que una cosa, de la que depende una definición del espaciotiempo, puede fluctuar a lo largo del espaciotiempo . Ī decir, la sabiduría que vivimos en una variedad lorentziana. En realidad , no considero que este paradigma sea bueno para la física del siglo XXI, pero cualquier intento razonable de subvertirlo requiere especulaciones teóricas que ciertamente van más allá del alcance de una pequeña discusión agradable sobre las unidades de tiempo y longitud.
@Incnis Mrsi spacetime depende de alguna constante c, en ciertas circunstancias, los objetos pueden moverse más rápido que c, si esto no rompe la causalidad. Por ejemplo, la tunelización cuántica es posible con velocidades más rápidas que c (nuevamente debido a la incertidumbre cuántica). es.wikipedia.org/wiki/…
No soy lo suficientemente competente para hablar de un índice de refracción inferior a 1, pero no se trata del vacío. Un vacío sin gravedad es invariante de Poincaré (una sabiduría establecida), mientras que todas estas placas y espacios tienen un marco de referencia preferido.

La razón es que las mediciones de la velocidad de la luz se volvieron muy, muy precisas. Mucho más que medidas del diámetro de la Tierra o cualquier objeto físico como una varilla de 1 metro. Por lo tanto, es mejor decidirse por algún valor fijo de metros por segundo en c . Algo tiene que arreglarse, que sea algo que podamos medir fácilmente en cualquier laboratorio.

la definición de un segundo no tendría incertidumbre cuando se relaciona con la transición del átomo de Cs,

La definición de la unidad SI " segundo " no se refiere a cualquier muestra dada de átomos de Cs, y específicamente, no a las transiciones entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental de cualquier muestra dada de átomos de cesio 133;
pero se refiere a una idealización: un átomo de cesio en reposo a una temperatura de 0 K y libre de cualquier perturbación .

En la medida en que esta idealización se defina sin ambigüedades, de modo que para muestras dadas de átomos de cesio 133 se pueda medir sin ambigüedades por cuánto difieren de la idealización, la unidad SI " segundo " no tiene incertidumbre.

Pero, ¿por qué la velocidad de la luz no tiene incertidumbre?

Eso se debe a nuestra definición de (cómo medir) " velocidad ";
y, en primer lugar, debido a nuestra definición de (cómo medir) " distancia " entre participantes ("fines") que estaban y permanecieron en reposo entre sí, y (por lo tanto también) debido a nuestra definición de ( cómo medir) medir) si un par dado de participantes está " en reposo " entre sí, o no.

Específicamente, en el marco de la relatividad (especial) y, por lo tanto, de la física contemporánea en general, definimos la distancia entre dos participantes adecuados (es decir, que estaban y permanecieron en reposo entre sí), digamos A y B , a través de la duración del ping entre ellos, es decir, la duración de cada participante desde que indica una señal hasta que indica la recepción del reflejo correspondiente del otro participante. (Según la definición de cómo medir el descanso mutuo, estas duraciones de ping mutuo, prueba por prueba, son iguales y constantes).

la distancia de A y B entre sí se expresa entonces como

ℓ [   A , B   ] = ℓ [   B , A   ] := C 2   τ A [   señal , ® B ® señal   ] = C 2   τ B [   señal , ® A ® señal   ] ,

dónde " C " es (solo) un símbolo distintivo (para distinguir duraciones de ping entre un par adecuado de participantes de otras duraciones) que (evidentemente) no es cero; y el factor 1 2 se incluye por convención.

Además, utilizando la definición de "velocidad media de un viaje desde A a B " como la relación entre la "distancia entre el inicio y el final" y la "duración del recorrido ocupado", la velocidad
(promedio) del frente de la señal de una señal que se intercambia entre A y B se evalúa como la relación entre ℓ [   A , B   ] y la mitad de la duración del ping entre A a B ; explícitamente por lo tanto:

ℓ [   A , B   ]   /   τ A [   señal , ® B ® señal   ] 2 =
C 2   τ A [   señal , ® B ® señal   ]   /   τ A [   señal , ® B ® señal   ] 2 = C .

Entonces el símbolo " C " que se había introducido formalmente en la definición de distancia se identifica (posteriormente) como el valor de la velocidad frontal de la señal (promedio) (o coloquialmente: la "velocidad de la luz en el vacío").

¿No es la velocidad de la luz algo que se mide físicamente?

No: no hay nada genuinamente que medir; el resultado es necesariamente " C ", como se esbozó anteriormente; claramente, y sin ninguna incertidumbre. (Por lo tanto," C " también se presta como una "unidad natural y obvia de velocidad". Pero, por supuesto, los valores de velocidad son independientes de cualquier elección particular de unidades en las que se expresen).

En cambio, lo que puede y debe medirse, prueba por prueba, es lo más importante: si dos "fines" particulares en consideración estaban y permanecieron en reposo el uno con respecto al otro (o cuantificar en la medida en que no lo estaban).

Para responder a esta pregunta, uno debe darse cuenta de que el término "velocidad de la luz" tiene dos componentes. Existe la velocidad física real de la luz (radiación electromagnética) y el valor asociado con ella.

Debería ser evidente que el valor no es una constante porque depende del sistema de unidades utilizado. Son 186.000 millas por segundo en un sistema, 299.792.458 m/s en otro sistema, etc. Si redefinimos la longitud y/o el tiempo, obtenemos valores diferentes .

Sin embargo, dado que la velocidad real de la luz depende únicamente de las propiedades del medio a través del cual se propaga, la velocidad de la luz es "constante" (o absoluta) en un medio homogéneo.

Guill:" [...] el valor no es una constante porque depende del sistema de unidades utilizado ". -- Esta declaración parece inconsistente con el uso común de esta terminología, por ejemplo, " para obtener el mismo valor físico expresado en términos de una unidad diferente " o " el valor de una cantidad física Z se expresa como el producto de una unidad... y un factor numérico ". Tal vez solo te estés perdiendo la noción de " factor numérico ".
¿Por qué la velocidad de la luz en el vacío no tiene incertidumbre?
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