Veo muchas referencias a la velocidad de la luz en el vacío, lo que implica que solo es realmente una medida constante en el vacío. Puedo vivir con eso, pero ¿qué tipo de aspiradora ?
¿Seguimos hablando del tipo de vacío debajo de una campana de cristal con todo el aire bombeado o del tipo de vacío que podrías encontrar en el espacio interplanetario, o fuera de la heliosfera, o entre estrellas, o entre galaxias? Cada uno tiene un menor contenido de energía y por lo tanto un menor efecto sobre la luz.
Sabemos que la luz está notablemente doblada por cuerpos masivos, supongo que también está ligeramente doblada por cualquier tipo de energía en su proximidad, incluso otra luz (o me equivoco).
¿Deberíamos estar hablando de la velocidad de la luz en un oscuro vacío intergaláctico ? Si es así, ¿cuál sería la diferencia? ¿Qué ajustes sutiles estamos fallando en hacer al medir esta velocidad en el fondo de un profundo pozo de gravedad aquí en la superficie de la tierra?
¿Qué tan precisa es nuestra medida? ¿Podríamos tenerla lo suficientemente equivocada como para afectar algunas otras ideas que podamos tener sobre el universo?
Creo que hay dos puntos bastante separados para hacer en respuesta a su pregunta.
La primera es que la velocidad de la luz es localmente constante. Esto significa que si mide la velocidad de la luz en su posición, encontrará que siempre está un poco por debajo m/seg. Sin embargo, si mide la velocidad de la luz a cierta distancia de usted, la velocidad que mide puede ser diferente. El ejemplo clásico de esto es un agujero negro. Si un rayo de luz te pasa en su camino hacia un agujero negro, medirás la velocidad a medida que te pasa para ser . Sin embargo, a medida que la luz se acerque al agujero negro, verá (¡aquí estoy usando la palabra " ver vagamente"!) la luz se ralentiza a medida que se acerca al horizonte de sucesos. Si esperara un tiempo infinito, vería que la luz se detiene en el horizonte de sucesos.
Efectos como este surgen cada vez que el espacio-tiempo es curvo. Sólo se garantiza que la velocidad de la luz sea cuando el espacio-tiempo es plano. La razón por la que una medición local de la velocidad siempre devuelve el resultado es porque el espacio-tiempo en tu vecindad siempre se ve plano si miras un área lo suficientemente pequeña a tu alrededor. La analogía habitual para esto es que la superficie de la Tierra parece plana a tu alrededor si solo miras unos pocos metros, pero si miras más lejos, sabrás que es curva porque puedes ver el horizonte.
Por cierto, esto es un poco una distracción, pero preguntas:
Sabemos que la luz está notablemente doblada por cuerpos masivos, supongo que también está ligeramente doblada por cualquier tipo de energía en su proximidad, incluso otra luz (o me equivoco).
No te equivocas. Normalmente pensamos que la gravedad, es decir, la curvatura del espacio-tiempo, es causada por la materia, pero en realidad es causada por un objeto llamado tensor de tensión-energía . La materia contribuye a esto, pero también la energía e incluso cosas sorprendentes como la presión. Así que la energía dobla la luz, pero debido a que la energía y la masa están relacionadas por la famosa ecuación de Einstein se necesita mucha energía para tener el mismo efecto que una pequeña cantidad de materia.
Pero volvamos a la velocidad de la luz y al segundo punto.
La luz es un campo electromagnético e interactúa con cualquier partícula cargada que encuentre. Principalmente interactúa con los electrones porque los electrones son relativamente ligeros; también interactúa con los núcleos atómicos, pero la interacción es inversamente proporcional a la masa de la partícula cargada, y los núcleos son tan pesados que (para la luz visible) solo los electrones interactúan de manera significativa.
Cuando la luz se encuentra con un electrón, hace que el electrón oscile y le transfiere energía, pero el electrón vuelve a emitir la energía y la luz viaja sin cambios. Tenga un poco de cuidado tratando de hacer una imagen mental de esto. La luz no se absorbe, espera un poco y luego se vuelve a emitir: la vida es más complicada que esto. La onda electromagnética y el electrón forman un sistema compuesto y la mezcla resultante tiene una velocidad de menos de es decir, en presencia de electrones la luz viaja más lentamente. Lamentablemente, no conozco una analogía simple para este proceso.
De todos modos, la razón por la que el índice de refracción de, por ejemplo, el vidrio es mayor que uno es porque contiene muchos electrones para que la luz interactúe. Esta interacción ralentiza la luz y aumenta el índice de refracción. El punto de todo esto es que siempre que haya electrones alrededor de la velocidad de la luz será menor que .
Así que para resumir: la velocidad de la luz es sólo cuando viaja en un espacio-tiempo (localmente) plano y no hay electrones (u otras partículas cargadas) alrededor. Esto es bastante parecido a lo que tiene en su campana de cristal, así que sí, es el tipo de vacío que tiene en su campana de cristal. Es cierto que el espacio-tiempo está un poco curvado en la campana de cristal porque está en el campo gravitatorio de la Tierra, pero la campana de cristal es lo suficientemente pequeña como para que el espacio-tiempo que encierra sea casi plano. También es cierto que su campana de cristal contiene más moléculas de gas perdidas que, digamos, el espacio intergaláctico, pero con un vacío decente, la densidad de las moléculas de gas (y los electrones que contienen) es tan baja que hace poca diferencia en la velocidad de la luz.
Tengo la impresión de que esperaba que el vacío (al menos en lo que respecta a la velocidad de la luz) fuera algo más especial que simplemente bombear una campana de cristal, pero no lo es. ¡Espero no haberte defraudado!
No, lo de la campana de cristal es demasiado histórico . Y sí, la Luz sigue siendo la constante en el vacío.
Cuando se trata de astronomía, a menudo decimos que el espacio interestelar se aproxima a 0 Pa (vacío). Entonces, hemos asumido astrofísicamente que la velocidad de la luz es constante. Eso sí, ¡tenemos en cuenta este vacío y no el de campana de cristal ..!
La luz en realidad no se dobla (como un bonote o un alambre). En la mecánica newtoniana, la aceleración causada por la gravedad es simplemente la fuerza dividida por la masa. Esto dice que la gravedad acelera incluso para objetos diminutos. Pero, surgió una pregunta, "¿qué pasa con los objetos sin masa?" La teoría de Einstein de la "relatividad general" y el espacio-tiempo curvo resolvieron la pregunta paradójica y demostraron que todavía se ve afectado como cualquier otro cuerpo masivo . Así, la distorsión del espacio-tiempo hace que la luz tome el camino más corto - ¡que parece doblarse .. !
Prácticamente, la luz no se puede doblar en absoluto como en su caso (como desde la Tierra). Porque, la curvatura requerida para doblar el espacio y el tiempo sería más (digamos, como un agujero negro ). Pero teóricamente (matemática o físicamente) - SÍ . El problema es que sería demasiado insignificante para ser medido. Tal vez, pueda echar un vistazo a la medición histórica y el valor actualmente aceptado basado en la incertidumbre .
