¿Por qué la velocidad de la luz es una constante mientras que la distancia en el espacio no lo es?

Descargo de responsabilidad: pregunté esto en Astronomy.SE, pero no obtuve respuesta alguna, así que estoy probando suerte aquí.

Como probablemente sepa, la física actual más avanzada (es decir, ondas gravitacionales, expansión cósmica) básicamente establece que el espacio mismo está sujeto a expansión o contracción. Dado que no hay materia o energía en movimiento involucrada, esto podría suceder incluso a una "velocidad" más rápida que la luz.

Hasta ahora, tan bueno y oscuro. Lo que me llama la atención es el principio de que la velocidad de la luz como constante fundamental sólo puede expresarse en función del espacio-tiempo. ¿Dónde sabemos que uno es constante pero el otro puede ser variable de repente?

¿Hay alguna razón por la que se prefiera el punto de vista de un espacio que se expande o se contrae a, digamos, una reducción en la velocidad de la luz o un aumento en la "velocidad" del tiempo? ¿Hay alguna diferencia objetiva, un modelo matemático que se ajuste mejor o es solo la vieja metáfora de la goma que se está estirando demasiado (nunca mejor dicho)?

En caso de que la respuesta sea: Ambos son iguales a las observaciones actuales: ¿Cómo sabemos que no ambos son realmente variables?

Re: "¿Hay alguna razón por la que se prefiera el punto de vista de un espacio que se expande o se contrae a, digamos, una reducción en la velocidad de la luz o un aumento en la 'velocidad' del tiempo?"... 'cualquier razón' cubre mucho territorio.
Se ha respondido principalmente en este enlace: physics.stackexchange.com/q/2230
@choeger En realidad, la idea de una velocidad variable de la luz es/ha sido considerada, incluso por el propio Einstein, y hoy en día en el contexto del escenario inflacionario, puede consultar en.wikipedia.org/wiki/Variable_speed_of_light
"esto podría incluso suceder a una 'velocidad' más rápida que la luz": no.
En general, la curvatura del espacio-tiempo está descrita por 20 cantidades independientes, mientras que la velocidad de la luz es solo 1 cantidad que puedes variar. Entonces, si bien puede obtener espacios-tiempos muy simples para volverse "planos con el cambio de la velocidad de la luz", no funcionará en general.
Así que tienes que traer la maquinaria de la relatividad general. Y como la relatividad general ya puede explicar todo con una velocidad de la luz constante, no se gana nada haciéndola variar.

Respuestas (2)

¿Hay alguna razón por la que se prefiera el punto de vista de un espacio que se expande o se contrae a, digamos, una reducción en la velocidad de la luz o un aumento en la "velocidad" del tiempo?

El postulado de que la velocidad de la luz es la misma en diferentes marcos de referencia condujo a toda una teoría que puede explicar bien las observaciones y resolver problemas que verías de otra manera. No hay preferencia teórica por ello de otra manera.

Entonces, ¿una geometría del espacio-tiempo donde en lugar de (solo) cambiar el espacio y el tiempo (también) c es variable simplemente no se ha definido de manera satisfactoria (todavía)?
Bueno, no satisfactoria en el sentido de que tal teoría estaría en conflicto con experimentos de gran precisión.
Esto parece ser una declaración bastante audaz. ¿Cómo puede afirmar que no existe una formulación equivalente de las teorías actualmente aceptadas que mantiene constante el espacio y varía c? Desde un punto de vista puramente matemático esto parece posible, ya que ambas cantidades están relacionadas.
No me queda tan claro qué significa "formulación equivalente" si C se permite variar. la constancia de C es el quid de la relatividad especial. Estoy seguro de que hay teorías por ahí en las que C se permite variar, pero no puedo ver cómo podrían llamarse equivalentes ni cómo podrían aceptarse, ya que los experimentos por ahora nos dicen lo contrario.
Baso mi suposición en la observación de que c es una relación entre el tiempo y la distancia. En un escenario simple entre dos puntos en el mismo marco de referencia, si la distancia crece/se reduce, también debería poder explicar sus observaciones con una reducción/aumento (local) de c.
Con mi vara de medir y mi reloj encuentro dentro del error de medición que la luz viaja el mismo número de varas de medir por unidad de tiempo en cualquier marco de referencia que los tome. Así es como definimos la velocidad de la luz. ¿Tendría sentido definirlo de otra manera? Si quiere decir que, visto desde otro marco de referencia, mi vara de medir se contrae, sí, ese es el caso, pero no alteraría mi observación de la velocidad en varas por unidad de tiempo en mi marco de referencia.

Cuando observamos objetos muy distantes, las líneas espectrales de los átomos parecen mantenerse iguales, y la física (y los objetos que permite) también, a pesar de que c aparece en muchos balances de la microfísica. Entonces c no parece cambiar en todo el Universo observable. Además, algunos fenómenos pulsantes parecen estar más lentos como lo predice la contracción del tiempo en la relatividad. Por lo tanto, el corrimiento al rojo realmente significa expansión del espacio y no cambio en la luz.

¿Puedes elaborar esto? ¿Cómo cambiaría un cambio (mínimo) de c, por ejemplo, las líneas espectrales del hidrógeno?
¿Por qué la velocidad de la luz es una constante mientras que la distancia en el espacio no lo es?
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