¿Puede la velocidad de la luz en un sentido ser instantánea?

Esto me hizo hacer esta pregunta: ¿es tomar la misma velocidad de la luz en todas las direcciones como un axioma de algún tipo?

Sí, aunque se le llama postulado más que axioma. Este es el famoso segundo postulado de Einstein:

Cualquier rayo de luz se mueve en el sistema de coordenadas "estacionario" con la velocidad determinada c, ya sea que el rayo sea emitido por un cuerpo estacionario o por un cuerpo en movimiento. Por eso

$${\rm velocity}=\frac{{\rm light\ path}}{{\rm time\ interval}}$$ donde el intervalo de tiempo debe tomarse en el sentido de la definición del § 1.

A. Einstein, 1905, "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" https://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

Simplemente se supone que este postulado es verdadero y las consecuencias se exploran en su artículo. La subsiguiente verificación de muchas de las extrañas consecuencias se toma entonces como un fuerte apoyo empírico que justifica el postulado. Este es el corazón del método científico.

Entonces, ¿todas nuestras teorías físicas se basan en la suposición de qué sucedería si la luz se moviera a diferentes velocidades en diferentes direcciones? ¿Eso permitirá la transferencia de información más rápido que la velocidad de la luz y hay alguna forma de que sepamos que la transferencia ocurre más rápido que la velocidad de la luz?

Sí, todas nuestras teorías físicas se basan en esta suposición, pero la suposición en sí misma es simplemente una convención. Lo bueno de las convenciones es que no hay una convención "incorrecta" o "correcta". Esta convención específica se conoce como la convención de sincronización de Einstein, y es a lo que se refiere el segundo postulado anterior por "intervalo de tiempo debe tomarse en el sentido de la definición en § 1". Del mismo documento en la sección 1:

Que un rayo de luz comience en el “tiempo A”$t_{\rm A}$de A hacia B, déjalo en el “tiempo B”$t_{\rm B}$ser reflejada en B en la dirección de A, y llegar de nuevo a A en el “tiempo A”$t'_{\rm A}$.

De acuerdo con la definición, los dos relojes se sincronizan si

$$t_{\rm B}-t_{\rm A}=t'_{\rm A}-t_{\rm B}$$ A. Einstein, 1905, "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" https://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

si definimos$\Delta t_A= t'_A-t_A$luego, con un poco de reorganización, esto se convierte en$t_B=\frac{1}{2}(t_A+t'_A)=t_A+\frac{1}{2}\Delta t_A$. Esta es una convención sobre lo que significa sincronizar dos relojes. Pero no es la única convención posible. De hecho, Reichenbach estudió extensamente una convención alternativa donde$t_B=t_A+ \epsilon \Delta t_A$dónde$0 \le \epsilon \le 1$. Se recupera la convención de Einstein para$\epsilon = \frac{1}{2}$y el video de Veritasium parecía extrañamente entusiasmado con$\epsilon = 1$.

Tenga en cuenta que la elección de Reichenbach$\epsilon$determina directamente la velocidad de la luz en un sentido, sin cambiar la velocidad de la luz en los dos sentidos. Para la convención de Einstein, la velocidad de la luz en un sentido es isotrópica e igual a la velocidad de la luz en los dos sentidos, y para cualquier otro valor, la velocidad de la luz en un sentido es anisotrópica pero de una manera muy específica que a veces se denomina "anisotropía conspirativa". Es anisotrópico, pero de una manera que no afecta ninguna medida física. En cambio, esta convención de sincronización causa otras cosas como la dilatación anisotrópica del tiempo e incluso la torsión anisotrópica libre de estrés que conspiran para ocultar que la velocidad anisotrópica de la luz en un sentido no tenga efectos experimentales.

Esto es importante porque implica dos cosas. Primero, no hay forma de determinar mediante experimentos el valor verdadero, simplemente no hay valor verdadero, esto no es un hecho de la naturaleza sino una descripción de la convención de sincronización de nuestro sistema de coordenadas, a la naturaleza no le importa. En segundo lugar, usted es libre de seleccionar cualquier valor de$\epsilon$y ningún experimento te contradecirá.

Esto significa que$\epsilon=\frac{1}{2}$es una convención, al igual que la carga negativa de un electrón es una convención y al igual que la regla de la mano derecha es una convención. Ninguna predicción física cambiaría si cambiamos alguna de esas convenciones. Sin embargo, en el caso de$\epsilon=\frac{1}{2}$muchos cálculos y fórmulas se vuelven muy complicados si usa una convención diferente. Dado que no tiene sentido hacer las cosas innecesariamente desordenadas, es una convención bastante fuerte.

Finalmente, con respecto a la transferencia de información FTL. si usamos$\epsilon \ne \frac{1}{2}$entonces hay alguna dirección donde la información puede viajar más rápido que$c$. Sin embargo, dado que en esa dirección la luz también viaja más rápido que$c$la información todavía no viaja más rápido que la luz. Es importante recordar que bajo el$\epsilon \ne \frac{1}{2}$convención la cantidad$c$ya no es la velocidad de la luz en un solo sentido, por lo que es más rápida que la luz y más rápida que$c$ya no son equivalentes.

La pregunta es,

1. "¿Puede la velocidad de la luz en un sentido ser instantánea?"

2. "¿Tomar la misma velocidad de la luz en todas las direcciones es un axioma de algún tipo?"

3. "¿Qué pasaría si resulta que la luz se está moviendo a diferentes velocidades en diferentes direcciones?" ¿Eso permitirá la transferencia de información más rápido que la velocidad de la luz y hay alguna forma de que sepamos que la transferencia ocurre más rápido que la velocidad de la luz?"

Mi respuesta será diferente de algunas otras publicadas aquí, pero esto no se debe a un desacuerdo sobre las matemáticas, es un desacuerdo sobre la terminología y lo que constituye una comunicación clara.

En la Tierra tenemos diferentes husos horarios. Por ejemplo, Francia está una hora por delante de Inglaterra. Esto significa que uno podría emprender un viaje de Francia a Inglaterra, saliendo al mediodía (12:00) (hora francesa) y, después de una hora de viaje, llegar a Inglaterra al mediodía (hora inglesa). ¿Significa esto que has viajado a una velocidad infinita? Por supuesto que no. ¿Es una visión maravillosa y sorprendente de la física de la relatividad que desafía nuestras percepciones ordinarias sobre el tiempo? No me parece.

El efecto discutido en el video mencionado en la pregunta es precisamente este efecto.

Lo desglosaré algebraicamente a continuación, lo que espero que deje en claro que esto es todo lo que hay que hacer. La física es intermedia entre la relatividad especial y general (GR). Todo se puede tratar usando la relatividad especial, pero dado que las transformaciones de coordenadas están involucradas (no solo las transformaciones de Lorentz), ayuda si también se incorpora un poco de GR.

Primero, presentemos el enfoque estándar. Esta primera parte será un poco técnica para algunos lectores, pero podrá obtener el punto principal sobre cómo se define la velocidad de la luz.

En GR afirmamos que el espacio-tiempo es un espacio de 4 dimensiones de cierto tipo, llamado "variedad pseudo-Riemanniana, con firma$(-1,1,1,1)$o equivalente)$(1,-1,-1,-1)$". Esto significa que cerca de cualquier evento existe un sistema de coordenadas en el que calcular el intervalo$ds$entre eventos vecinos se puede usar la siguiente ecuación:

Como es bien sabido, la letra estándar utilizada para esta constante es$c$.

Esto en cuanto a la velocidad de la luz según la definición estándar de términos en física. Es igual en todas partes y no depende de ninguna dirección de viaje.

Ahora, si uno elige adoptar otros sistemas de coordenadas, entonces uno puede encontrar coordenadas, digamos$T,X,Y,Z$en el que la línea de tiempo de un rayo de luz puede tener$dX/dT = c/2$cuando viaja en una dirección, y$dX/dT = \infty$mientras viaja en otra dirección. Las cantidades de este tipo se denominan "las coordenadas de la velocidad de la luz". Varían de una elección de coordenadas a otra, y no nos dicen mucho de relevancia para la física.

Aquí hay un ejemplo.

Dejar$x,t$ser coordenadas ordinarias que se pueden usar, por ejemplo, para describir el movimiento de cosas que se mueven a lo largo de una línea entre la Tierra y Marte, donde alineamos el$x$eje con esta línea (la línea permanecerá inmóvil en una buena aproximación durante las pocas decenas de minutos requeridas para los movimientos que discutiremos). Ahora defina otras dos variables de la siguiente manera:

Ahora consideremos algo que se mueve a lo largo de la$x$eje. si su velocidad es$v$entonces$dx/dt = v$para el movimiento en una dirección, y$dx/dt = -v$para el movimiento en la otra dirección. También podemos seguir el movimiento usando el$X,T$coordenadas Tenemos

Entonces, ¿la luz se mueve instantáneamente de Marte a la Tierra? No: es como las diferentes configuraciones de reloj en Francia e Inglaterra con las que comencé. Los "relojes" indicados por$T$han sido arreglados de tal manera que un reloj en Marte está adelantado a uno en la Tierra. Por asombroso que pueda parecerle a cualquiera que haya visto el video de Veritasium, realmente no hay más que eso . Todo se basa en una decisión humana de referirse al parámetro.$T$como el tiempo".

Si elegimos usar la frase sin adornos "velocidad de la luz" para significar "velocidad coordinada de la luz", sin dejar muy claro que eso es lo que estamos haciendo, simplemente engañaremos a las personas, como se menciona claramente en el video en la pregunta. ha engañado al que pregunta. La frase "velocidad de la luz unidireccional" alertará a los expertos sobre el hecho de que se está refiriendo a algo más técnico y no estándar, pero ese matiz no se captará en el contexto de las presentaciones populares. Entonces parece que estamos diciendo que la luz realmente podría viajar de Marte a la Tierra en un abrir y cerrar de ojos, cruzando un intervalo similar al espacio. Pero la luz no puede cruzar un intervalo similar al espacio. Entonces, si uno parece estar diciendo que las señales de luz pueden cruzar un intervalo similar al espacio, sin agregar sin ambigüedades que de hecho esto no es posible,

Entonces, la respuesta a las tres preguntas enumeradas al principio es: "si alguien afirma que la luz puede moverse entre diferentes lugares instantáneamente, entonces tenga cuidado: puede que esté adoptando una forma no estándar de diseccionar el espacio-tiempo usando sistemas de coordenadas, y puede que esté usando la terminología "velocidad de la luz" de forma engañosa".

Sí puede. Y puede empeorar aún más. La verdadera esencia de lo que está pasando aquí es que, en la teoría de la relatividad, la definición de "velocidad" es arbitraria, lo que es una consecuencia más general de que la selección de un "ahora" presente es arbitraria.

Recuerde, la velocidad requiere que hablemos sobre cuánta distancia en el espacio cubre algo con el tiempo ; por lo tanto, requiere una separación del espacio-tiempo en distintos componentes de "espacio" y "tiempo", y lo más importante, que se aplican en lugares distantes de nosotros , por lo que podemos muestrear el movimiento en dos puntos, verificar sus coordenadas espaciales, medir la distancia en el espacio, medir el tiempo requerido para atravesar y finalmente tomar el cociente para obtener la velocidad.

Ahora, usted puede estar pensando en esos lindos diagramas que dibujan que muestran un espacio separado y un eje de tiempo, y cómo puede cambiarlos mediante una transformación de Lorentz, y así sucesivamente. Pero esta es la cosa: esos diagramas son arbitrarios . No hay nada especial en ese eje"$x$"ahí, eso lo convierte en una consecuencia lógica y necesaria de la estructura del espacio-tiempo. Es un puro artificio, y eso también significa que todo lo que se habla en términos de él es, en la medida en que se basa en él, también es puro artificio". Esto significa que la idea de medir la "longitud" de un objeto extenso es arbitraria (entonces, ¿debería sorprenderse de que tenga contracción con el movimiento ahora?), como lo es medir el tiempo "que ves" entre dos eventos distantes.

Y la "velocidad de la luz" se mide con respecto a ese eje. Pero no hay nada que nos impida usar un eje diferente, y si lo hacemos, obtendremos un escenario diferente para esta velocidad.

Ahora la razón por la que existe el "$\frac{c}{2}$contra$\infty$El límite es porque si bien sí, estas cosas son arbitrarias, no todas las características del espacio-tiempo son arbitrarias o la teoría estaría completamente desprovista de contenido. En cambio, las siguientes cosas no son arbitrarias, es decir, son características estructurales del espacio-tiempo:

1. En cualquier evento particular (punto en el espacio-tiempo), la división tripartita de los eventos circundantes en dominios similares al tiempo, a la luz y al espacio,
2. El intervalo de espacio-tiempo, o bono de acción de la comunicación, de un punto a otro punto.

Y estos imponen algunas restricciones sobre cómo puede dibujar su$x$-eje, pero todavía permiten mucha libertad: a saber, cada punto en su$x$-eje, o su plano espacial, tiene que ser similar al espacio entre sí. Para medir una velocidad de la luz de$\infty$, necesitas un segmento de tu$x$eje que coincide con la trayectoria de una señal luminosa. Este es un camino similar a la luz, y ese es un caso límite de caminos similares al espacio (y al tiempo), por lo que también es un caso límite de "posibles$x$-hachas".

Las primeras estimaciones de la velocidad de la luz utilizaron el retraso en el tiempo de ocultación de los satélites de Júpiter. Cuando la Tierra estaba en el lado opuesto del sol, el tiempo se retrasó y cuando la tierra se movió hacia el mismo lado, volvió a un tiempo anterior. Este sería un experimento unidireccional. Esto es similar a la respuesta anterior usando un reloj en Marte comparado con un reloj en la Tierra.

Existe una teoría en la que la luz se propaga isotópicamente solo en un marco, el llamado "marco preferido".

De acuerdo con la Relatividad Especial, la velocidad de la luz en un sentido es isotrópica en todos los marcos de referencia inerciales. Según la teoría de Lorentz Ether , la velocidad de la luz es isotrópica solo en el marco "preferido", o Ether.

La introducción de la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo para todos los fenómenos en un marco de referencia "preferido", que desempeña el papel del éter inmóvil de Lorentz, conduce a la transformación de Lorentz completa. Debido a que en ambos se presenta el mismo formalismo matemático, no es posible distinguir entre LET y SR mediante un experimento.

Además, la velocidad unidireccional de la luz es definitivamente anisotrópica en relación con la superficie de la Tierra.

Imagine un anillo gigante de un diámetro arbitrariamente grande. Suponga que el anillo gira en el sentido de las agujas del reloj en cierto laboratorio de inercia, digamos S.

Suponga que hay una S' de laboratorio en el borde de este anillo. Este laboratorio se mueve con velocidad lineal v. La velocidad v está muy cerca de c. El anillo es tan grande que este laboratorio S' puede considerarse casi inercial. Supongamos que hay dos relojes en el borde del anillo: A y B.

Imagine que un observador, que está en el centro de este anillo giratorio, emite destellos de luz con el objetivo de sincronizar estos relojes. Este observador emplea la convención de sincronía de Einstein , que implica isotropía de la velocidad de la luz en un solo sentido. Tan pronto como los rayos de luz alcanzan estos relojes, dado que estos relojes están equidistantes del centro, estos relojes pueden considerarse sincrónicos.

Ahora, suponga que un observador en el laboratorio en movimiento (rotación) S' quiere medir la velocidad de la luz en un sentido en los segmentos AB, BA, BAB, ABA por medio de estos relojes. Un observador en el centro del anillo puede "ver", que el haz de luz se mueve muy, muy lentamente de A a B pero muy, muy rápido de B a A.

Sin embargo, medida por el observador S, la velocidad de la luz en la dirección de A a B o de B a A no será cv ni c+v, porque debemos recordar que la distancia AB Lorentz – se contrae y los relojes A y B se ralentizan.

Debido a estos efectos, el laboratorio se "distorsionaría" y, medido por estos relojes, la velocidad de la luz en un solo sentido de A a B será muy cercana a c/2. En el camino de regreso, de B a A, el haz de luz cubrirá esta distancia casi instantáneamente.

Claro, la velocidad de la luz medida en dos sentidos, digamos que ABA o BAB serán isotrópicos e iguales precisamente a la constante c, vea el experimento de Michelson Morley.

Por lo tanto, desde el punto de vista del observador en movimiento S', el reloj aparecería como Reichenbach, sincronizado.

Claro, un observador S' en el borde de un anillo giratorio puede sincronizar los relojes A y B en el sentido de Einstein, y medido por estos relojes en un sentido, la velocidad de la luz será isotrópica. Sin embargo, surge un pequeño problema: si el reloj A y el reloj B no se sincronizan directamente, sino mediante el uso de una cadena de relojes intermedios, la sincronización depende de la ruta elegida. La sincronización alrededor de toda la circunferencia de un anillo giratorio proporciona una diferencia de tiempo que no desaparece y que depende de la dirección utilizada.

Esta pregunta interesante, ya que la asimetría en la velocidad podría ocurrir en cualquier camino de luz, camino directo o camino de retorno reflejado de la luz, también se puede desglosar y traducir a la siguiente serie de dos preguntas :

1. ¿Es uniforme el "espacio vacío"?

2. ¿La luz reflejada o dispersada por un objeto regresa al espacio vacío más lentamente?

Respuestas:

1. Esta pregunta involucra el camino directo de la luz que viaja en el espacio vacío desde su fuente de generación hasta un objetivo. Los datos de mediciones astronómicas y los experimentos hasta ahora respaldan que, en general, la luz directa que proviene de diferentes posiciones y distancias de estrellas (fuente de generación de luz) en el cielo viaja con la misma velocidad c. Esto prueba bastante que el espacio es uniforme en general y que el camino directo de la luz desde una fuente de generación de luz no se ve afectado por el espacio y es independiente de su orientación relativa en el espacio hacia un objetivo.

2. Los experimentos también demuestran que la luz reflejada o dispersada por un objeto que nos devuelve (recorrido de retorno de la luz) que nos permite ver el objeto en primer lugar, no se ve ralentizada por el proceso,

¿La luz se acelera o se ralentiza durante la reflexión?

Combinando las dos respuestas anteriores, en mi opinión, es seguro decir que el postulado de Einstein es correcto y que la luz viaja en ambos caminos, camino directo y de regreso con la misma velocidad c en el espacio vacío.

No, no puede ser instantáneo. Al igual que algunos otros videos de física de Veritassium, ese es en su mayoría una tontería.

Si supone que se encuentra en lo que Einstein llamó "el marco estacionario", entonces, por definición, la velocidad de la luz en un solo sentido es la misma en todas las direcciones. En un marco que se mueve a C/2 en relación con usted, en la dirección de desplazamiento del marco, la velocidad de la luz en una dirección será C/2 y en la otra dirección 3C/2. El caso límite es cuando el marco se mueve casi a C con respecto a ti, en cuyo caso la velocidad de la luz es casi 2C en una dirección y casi 0 en la otra. Alguien en el marco móvil mide que la velocidad de la luz en un sentido es la misma debido a la contracción de la longitud, la dilatación del tiempo y lo único que Veritassium hizo bien, la sincronización del reloj.

Lo estás pensando demasiado. Las ecuaciones sofisticadas que no entiendo no son la solución. Usando un ejemplo basado en el video de Veritasium, si eran las 12:00 en la Tierra y el mensaje tardó 20 minutos en llegar, en Marte pensarían que se envió hace 10 minutos, por lo que pondrían sus relojes a las 12:10. Luego enviarían un mensaje de que eran las 12:10, y la gente en la Tierra pensaría que fue enviado a las 12:10, hace 10 minutos. Luego regresarían a la Tierra y medirían el tiempo de retraso. Si se desviara por 10 minutos, la velocidad de la luz sería infinita. Si estaba desviado por un número diferente, calcularían la velocidad en base a que si estaba desviado por 0 minutos serían 10 minutos a la tierra, si eran las 12:00 en la Tierra y el mensaje tardó 19 minutos en llegar. , en Marte pensarían que fue enviado hace 10 minutos, entonces ponían sus relojes a las 12:10. En realidad serían las 12:19. Luego, en 1 minuto, enviarían un mensaje de que eran las 12:10, y la gente en la Tierra pensaría que fue enviado a las 12:10, hace 10 minutos. Luego, serían las 12:11 en Marte, y 12 :20 en la Tierra. Lo medirían como una diferencia de 9 minutos, lo que significa que el mensaje de Mar tardó 1 minuto en llegarles. Y así sucesivamente y así sucesivamente. Calcularían la distancia entre la Tierra y Marte cuando esto sucediera, luego la dividirían por el tiempo que tarda la señal en viajar, y finalmente obtendrían la velocidad de la luz en esa dirección. Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! enviar un mensaje de que eran las 12:10, y la gente en la Tierra pensaría que fue enviado a las 12:10, hace 10 minutos. Entonces, serían las 12:11 en Marte y las 12:20 en la Tierra. Lo medirían como una diferencia de 9 minutos, lo que significa que el mensaje de Mar tardó 1 minuto en llegarles. Y así sucesivamente y así sucesivamente. Calcularían la distancia entre la Tierra y Marte cuando esto sucediera, luego la dividirían por el tiempo que tarda la señal en viajar, y finalmente obtendrían la velocidad de la luz en esa dirección. Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! enviar un mensaje de que eran las 12:10, y la gente en la Tierra pensaría que fue enviado a las 12:10, hace 10 minutos. Entonces, serían las 12:11 en Marte y las 12:20 en la Tierra. Lo medirían como una diferencia de 9 minutos, lo que significa que el mensaje de Mar tardó 1 minuto en llegarles. Y así sucesivamente y así sucesivamente. Calcularían la distancia entre la Tierra y Marte cuando esto sucediera, luego la dividirían por el tiempo que tarda la señal en viajar, y finalmente obtendrían la velocidad de la luz en esa dirección. Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! Lo medirían como una diferencia de 9 minutos, lo que significa que el mensaje de Mar tardó 1 minuto en llegarles. Y así sucesivamente y así sucesivamente. Calcularían la distancia entre la Tierra y Marte cuando esto sucediera, luego la dividirían por el tiempo que tarda la señal en viajar, y finalmente obtendrían la velocidad de la luz en esa dirección. Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! Lo medirían como una diferencia de 9 minutos, lo que significa que el mensaje de Mar tardó 1 minuto en llegarles. Y así sucesivamente y así sucesivamente. Calcularían la distancia entre la Tierra y Marte cuando esto sucediera, luego la dividirían por el tiempo que tarda la señal en viajar, y finalmente obtendrían la velocidad de la luz en esa dirección. Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial! Harían lo mismo para la Tierra a Marte. Dividirían la distancia de la Tierra a Marte cuando eso sucediera por los 19 minutos para viajar de la Tierra a Marte. ¡Y voilá! ¡La velocidad de la luz en un solo sentido requiere un viaje espacial!

Sí. La velocidad de la luz en un solo sentido puede acercarse a la instantánea (pero nunca la alcanzará), PERO solo si ignora o abandona algo llamado Relatividad de la Simultaneidad.

La velocidad unidireccional de la luz (OWSOL) es la antítesis de la Relatividad de la Simultaneidad. Los dos no pueden coexistir. Sin embargo, parece haber cierto interés en promover la velocidad de la luz en un solo sentido y en romper algunas leyes de la física que se interponen en su camino. El video de Veritasium tiene más de 17 millones de visitas y más de 100.000 comentarios (julio/2022). Curiosamente, el video de YouTube hace la pregunta "¿es posible?" sin ofrecer ninguna pista que indique cómo respondería realmente a la pregunta.

Entonces, solo por diversión, e hipotéticamente hablando, aquí hay una forma posible de calcular la velocidad de la luz en un sentido, ignorando la Relatividad de la Simultaneidad en el proceso.

. . .

A continuación se muestra un experimento mental en el que he dibujado la posición de la luz unidireccional a través de marcos de tiempo [T0 - T7] en dos situaciones diferentes pero similares: comportamiento de la luz en un espacio abierto y comportamiento de la luz dentro de un objeto cerrado que se mueve por el espacio.

El segundo diagrama indica que la velocidad de la luz en un sentido (OWSOL) como se muestra en el marco de referencia móvil no es constante.

Como se muestra dentro del objeto en movimiento en el Diagrama 2, el fotón que se mueve en la dirección de avance golpeará la pared frontal más tarde que el fotón que se mueve en la dirección inversa golpea la pared trasera.

A medida que la velocidad del objeto en movimiento se acerca a la velocidad de la luz, la velocidad del fotón en la dirección de avance (medida contra el objeto en movimiento) se acerca a cero, mientras que la velocidad del fotón en la dirección inversa se acerca a la instantánea.

Diagrama 1: La bombilla viaja por el espacio moviéndose al 50% de la velocidad de la luz hacia la derecha. La segunda bombilla de luz de punto verde está estacionaria. Los fotones son emitidos por las bombillas de luz en movimiento y estacionarias en dirección hacia adelante y hacia atrás exactamente al mismo tiempo que se cruzan en el espacio.

Los fotones emitidos por la bombilla de luz en movimiento se desplazan hacia el azul en la dirección de avance y hacia el rojo en la dirección inversa.

Los fotones emitidos por la bombilla estacionaria no tienen un cambio de frecuencia, sino que viajan por el espacio exactamente a la misma velocidad que los fotones con cambio de frecuencia.

Diagrama 2: El mismo diagrama que el anterior, pero ahora con una caja de alambre centrada alrededor de la bombilla móvil.

La velocidad de la luz trazada dentro de la caja en movimiento es la misma que la velocidad de la luz trazada fuera de la caja en movimiento, ya que la velocidad absoluta de la luz es constante en todos los marcos de referencia.

Observación: Desde la perspectiva de una persona parada dentro de la caja, la velocidad de la luz en un sentido hacia adelante en el marco de referencia en movimiento (fotón azul) es considerablemente más lenta que la velocidad de la luz en un sentido hacia atrás (fotón rojo). La velocidad bidireccional de la luz permanece constante en todas las direcciones.

Notas avanzadas: suponga que los diagramas son de una simulación por computadora y que la simulación se puede detener en cualquier momento para ver la ubicación exacta del fotón (ignora los problemas de simultaneidad, pero aún nos permite discutir lo que sucede fuera de la caja, y lo que está sucediendo dentro de la caja). Suponga también que se ha realizado el ajuste de Lorentz correcto para el objeto en movimiento, donde para el observador externo en el marco estacionario, a medida que la velocidad del objeto que pasa a través del espacio se aproxima a c, dentro del objeto en movimiento el tiempo se detiene y la horizontal longitud contraída del objeto se aproxima a cero.

Prueba de apoyo:

A continuación se muestran dos diagramas que muestran la dirección en la que viaja la luz cuando se emite a 90 grados con respecto a la dirección de viaje.

Diagrama 3:

El diagrama 3 muestra una linterna que viaja a diferentes velocidades horizontales a través del espacio y emite luz en dirección vertical.

Diagrama 4:

El Diagrama 4 traza un fotón emitido a medida que viaja hacia arriba dentro de una caja cerrada que se mueve hacia la derecha a 0.7c

Estoy señalando que el comportamiento de un fotón en el vacío emitido en el marco de reposo y un fotón emitido en un marco en movimiento es el mismo. La ubicación del fotón graficado contra el marco de reposo está en la misma ubicación en el espacio que el fotón graficado contra el marco de referencia móvil superpuesto. Esta relación tiene una base en la física y se puede utilizar para derivar el factor de Lorentz. Enlace:( https://medium.com/physics-scribbles/deriving-the-lorentz-factor-%CE%B3-of-special-relativity-d5462f3b3b91 )

Una vez lanzado, lo único que puede cambiar la dirección de viaje del fotón es ser absorbido, reflejado, atravesar un medio transparente o atravesar un campo gravitatorio.

Entonces, para establecer el marco matemático para el comportamiento del fotón en el marco del objeto en movimiento, solo se necesita trazar el comportamiento del fotón en el marco de reposo y luego asignar esa posición al marco del objeto en movimiento, teniendo en cuenta cualquier objeto o pared. que el fotón golpea o rebota.

Haciendo referencia a la figura 2, para establecer el tiempo y la posición en el marco de reposo de cuando el fotón liberado incide en el lado derecho de la caja, basta con establecer la relación para la distancia recorrida, teniendo en cuenta que como marco de referencia se acerca a la velocidad de la luz, en ese marco, el tiempo se ralentiza y el objeto se contrae en longitud en la dirección del viaje.

Si la longitud de la mitad delantera de la caja en reposo es de 1 segundo luz y el factor de Lorentz al 50 % de la velocidad de la luz es 0,8660, entonces:

Cálculo de cuando el fotón liberado golpea el lado derecho de la caja:

  Speed of light * time = (speed of the right side of the box * time) 
         + Lorentz modified length of the box.

  c * t = (0.5c * t) + 0.866025

 0.5t = 0.866025

 t = 1.732051 

El fotón incide en el lado derecho de la caja en el tiempo t=1,732051 en el marco de reposo.

Un cálculo similar para cuando el fotón liberado golpea el lado izquierdo de la caja:

Reverse Speed of light * time = (speed of the left side of the box * time)
   – Lorentz modified length of the box.

-c * t = (0.5c * t) – 0.866025

-1.5t = - 0.866025

t = 0.57735

El fotón incide en el lado izquierdo de la caja en el tiempo t=0,57735 en el marco de reposo.

En el viaje de regreso, el fotón que ahora viaja hacia adelante tarda 1,732051 segundos en llegar al centro de la caja, y el fotón que ahora viaja hacia atrás tarda 0,57735 segundos en llegar al centro de la caja, para una velocidad total de 2 vías para ambos fotones de 1,732051 + 0,57735 segundos = 2,309401 segundos.

Al hacer la traducción al marco de referencia en movimiento, multiplicando por el factor de Lorentz 0,866, se obtiene un tiempo de marco de referencia en movimiento para la velocidad de la luz bidireccional de 2,309401 * 0,866 = 2 segundos en el cuadro en movimiento. El tiempo de ida para llegar al lado derecho de la caja es 1,732051 * 0,866025 = 1,5 segundos. El tiempo de ida para llegar al lado izquierdo de la caja es 0,57735 * 0,866 = 0,5 segundos.

Dentro del marco de referencia en movimiento, la velocidad de la luz en la dirección de avance es 1 segundo luz de la distancia recorrida en 1,5 segundos = 0,66667x la velocidad de la luz. En la dirección inversa, el fotón viaja 1 segundo luz en 0,5 segundos = 2x la velocidad de la luz.

A medida que la caja en movimiento se acerca a la velocidad de la luz, la velocidad del fotón que se mueve hacia adelante en el marco de referencia de la caja en movimiento se acerca a un tiempo interno de 2 segundos (50% de la velocidad de la luz), y una velocidad en dirección inversa casi instantánea.

Tenga en cuenta que si la caja viaja al 99,99% de la velocidad de la luz, el tiempo medido para viajar 1 segundo luz en la dirección hacia adelante, medido en el marco de descanso, es 2 / 0,0141 = 142 segundos. Al 99,9999 % de la velocidad de la luz, el valor es 2/0,00141 = 1418 segundos, y sube exponencialmente a partir de ahí.

Nota complementaria:

La relatividad de la simultaneidad postula que en cada marco de referencia, la luz viaja en un solo sentido a la velocidad de c, y cualquier otra apariencia es la diferencia entre un evento real y uno percibido, en el que solo se puede medir el evento percibido. Si un cálculo conduce a dos resultados posibles (diferencias en lo que ven dos observadores diferentes), esto se conoce como una paradoja de simultaneidad. Eso te deja a ti decidir qué respuesta calculada es la correcta.

Tratar de construir una simulación por computadora de un comportamiento complejo mapeando múltiples marcos de referencia en movimiento interactuando con un fotón, mientras se incorpora la Relatividad de la Simultaneidad, es una pesadilla. Ni siquiera estoy seguro de que se pueda hacer. Tengo entendido que el conjunto de relojes sincronizados más complejo jamás construido, conocido como GPS, no utiliza la relatividad de la simultaneidad en sus cálculos.

Como experimento mental, si tuvieras que imaginar un mundo donde la 'Relatividad de la Simultaneidad' no existiera, ¿qué cosas terribles pasarían?

• El mundo en el que vives continuaría existiendo como lo hace hoy.
• El sistema satelital GPS continuaría operando sin modificaciones, ya que no utiliza la 'relatividad de la simultaneidad' en ninguno de sus cálculos relacionados con el espacio-tiempo.
• La derivación del factor de Lorentz seguiría siendo la misma, ya que el factor de Lorentz no se basa en el concepto de 'relatividad de la simultaneidad' para calcular correctamente las diferencias de dilatación del tiempo o contracción de la longitud entre marcos de referencia móviles.
• La velocidad de la luz c permanece constante en el marco de reposo.
• La velocidad bidireccional de la luz c continúa siendo una constante en todos los marcos de referencia.
• La física tendría que reconocer la velocidad de la luz en un solo sentido, que es c en el marco de reposo, pero puede ser menor que c, o mayor que c medida en un marco en movimiento, dependiendo de la dirección de viaje del fotón en relación con el marco local y la dirección de desplazamiento del marco local en relación con el resto del marco.
• Todas las paradojas de la relatividad especial se resolverían repentinamente y dejarían de existir.
• Las simulaciones del universo pueden volver a predecir la ubicación y el momento en que ocurren los eventos en 'todos los marcos de referencia' sin tener que fingir que está bien que un evento pueda ocurrir o no en dos lugares diferentes, o en dos momentos diferentes, dependiendo de se utiliza la perspectiva de quién de la multitud de personas que están viendo el evento.
• Se hace posible identificar 'el marco de reposo absoluto', alineando más la física clásica con la física cuántica. Eso también abre un camino lógico de regreso al tiempo absoluto y la ubicación absoluta.

El problema es que nadie ha descubierto una manera de medir la velocidad de la luz en un solo sentido, o cómo sincronizar los relojes, y la Relatividad de la Simultaneidad dice que hacerlo es imposible, así que ni se moleste en intentarlo. Sin embargo, en un mundo imaginario sin Simultaneidad, me pregunto si esa limitación seguiría siendo cierta.