¿Por qué la velocidad de la luz en el vacío permanece constante en el espacio y el tiempo?

Imagina un pulso de luz viajando por el espacio a C , viniendo hacia un observador en la Tierra, mientras que al mismo tiempo, el tejido del espacio-tiempo (métrico) está cambiando (expandiéndose) continuamente, entonces, ¿por qué la velocidad de la luz es constante en todo el espacio-tiempo, ya que la separación de los dos puntos? en el espacio, la luz viaja en el medio, no es constante?

Mi suposición de eso fue C = λ v pero, ¿cómo cambia la frecuencia de la luz y su longitud de onda de la manera correcta para que el producto dé la velocidad de la luz y no una velocidad menor que la de la luz (porque el espacio se está expandiendo)?

Algunos artículos también discutieron sobre su efecto en la constante de Sommerfield, pero he leído que la teoría de cuerdas permite que la constante de Sommerfield cambie con el tiempo.

No soy un jefe de GR (todavía), por lo que esta publicación seguramente tendrá muchas cosas incorrectas (o tal vez, todas), así que tenga la amabilidad de mantener sus explicaciones lo más descriptivas posible. Sería muy útil si pudiera proporcionar algunas intuiciones o ejemplos para lo mismo.

¿Quizás esta respuesta y este enlace pueden ayudar?
Aclararía que la evidencia experimental solo muestra que la velocidad bidireccional de la luz se mide como constante, lo cual es una afirmación considerablemente menos estricta que decir que la velocidad de la luz es constante.
@Stratiev Gracias, esos enlaces seguramente aclaran muchas cosas. Pero no pude encontrar nada sobre los efectos de la expansión del espacio-tiempo y las variaciones en la velocidad de la luz. Además, ¿es incluso una pregunta "válida" para hacer? Será útil si puede arrojar algo de luz sobre eso.
@Steve ¿Por qué la velocidad bidireccional es constante y no de otra manera?
@Samarth, porque en las interpretaciones lorentzianas de la relatividad, la velocidad de la luz en un sentido no es constante, excepto en un marco universalmente preferido (que postula esa interpretación). La velocidad bidireccional surge como una constante en todos los marcos, porque la llamada anisotropía de la velocidad de la luz en un sentido en un marco no preferido se equilibra en direcciones opuestas (es decir, si es más lenta en una dirección, entonces es más rápido por la misma cantidad en el otro). Por razones prácticas, la física solo puede medir la velocidad de la luz en los dos sentidos, por lo que no existe una afirmación científica específica sobre la velocidad en un solo sentido.
Cuando las personas hablan de la velocidad de la luz, se refieren a la velocidad de la luz a través del espacio. La velocidad a través del espacio no cambia según lo que esté haciendo el espacio entre la luz y su destino.

Respuestas (2)

Esto se hizo demasiado largo para los comentarios. Antes de continuar, tal vez deberías echar un vistazo a esta respuesta también. No pretendo que la siguiente sea una buena respuesta, pero tal vez te dé ideas ...

Así que creo que el punto es que la velocidad de la luz variará si estás en un marco de referencia, que experimenta aceleración/gravedad. Si estás en un marco de referencia inercial, la velocidad de la luz es C . Esto está en uno de los enlaces que mencioné en los comentarios, pero vamos a ilustrarlo con un ejemplo. Supongamos que consideramos un observador en el fondo de un agujero negro de Schwarzschild con un radio de Schwarzschild r S y una distancia de la singularidad de r . la métrica es

d τ 2 = − ( 1 − r S r ) C 2 d t 2 + ( 1 − r S r ) − 1 d r 2 + r 2 d θ 2 + r 2 pecado ⁡ ( θ ) 2 d ϕ 2 .

Ahora bien, si somos una partícula de luz siguiendo una geodésica nula, tenemos que d τ = 0 . La velocidad radial instantánea es

C ′ = d r d t = ( 1 − r S r ) C .

Entonces ves que lejos de la singularidad, cuando r ≫ r s , tenemos eso C ′ → C . Considerando que, en la vecindad del horizonte del agujero negro, C ′ puede volverse arbitrariamente pequeño.

Ahora creo que para responder a su pregunta sobre la variabilidad del espacio-tiempo, es posible que deba repetir el mismo cálculo para la métrica FLRW , por ejemplo. Obtendrá alguna variación, que no estoy seguro de cómo puede medir, pero si tuviera que medir la velocidad de la luz localmente, aún obtendría C . Espero que alguien más pueda dar una mejor respuesta a esto.

Estas son ideas diferentes. La velocidad local de la luz es constante. Esa es la velocidad de la luz medida localmente por un observador. Esto no está relacionado con el aumento de la distancia del punto desde el que se emitió originalmente la luz.

Para tratar con grandes regiones del espacio, que involucran expansión, tenemos que usar mapas que involucran distorsiones de escala, como lo hacemos cuando mapeamos la superficie de la Tierra. Por lo general, usamos coordenadas en las que los objetos (galaxias) permanecen del mismo tamaño y las distancias aumentan con el tiempo. En tal mapa, la velocidad coordinada de la luz no permanece constante. Una forma equivalente de mapeo muestra que las galaxias se hacen más pequeñas con el tiempo. En tal mapa, la velocidad de la luz en coordenadas radiales puede ser constanteingrese la descripción de la imagen aquí

Para que esto funcione, la tasa de tiempo debe aumentar, de modo que las leyes de la física observadas sean localmente siempre las mismas. Dado que la tasa de tiempo aumenta, la frecuencia observada de la luz disminuye. Básicamente, la respuesta a la pregunta es que las leyes locales de la física siguen siendo siempre las mismas, y esto significa que la longitud de onda y la frecuencia de la luz deben cambiar de tal manera que la velocidad local de la luz permanezca constante.

¿Por qué la velocidad de la luz en el vacío permanece constante en el espacio y el tiempo?
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