Velocidad de la luz y percepción.

Así que estoy leyendo un libro llamado "El Universo Elegante" y aquí hay una parte de él.

Imagina que dos países que han estado en guerra se sientan a firmar un tratado que pone fin a las hostilidades mientras viajan a bordo de un tren que se mueve a una velocidad constante. El problema es que ninguno de los delegados de los países quiere firmar el tratado antes que el otro delegado y, por lo tanto, se diseña un sistema simple para garantizar que ambos delegados firmen el tratado de paz simultáneamente. La solución implica colocar una bombilla en el centro de una mesa de tal manera que la bombilla quede exactamente entre el delegado de Forwardland (que está mirando en la dirección en que viaja el tren) y el delegado de Backwardland (que está de espaldas). la dirección en la que viaja el tren). Cuando las bombillas se encienden, esa es la señal para que ambos delegados firmen el tratado.

Esta configuración está de acuerdo con todas las partes en el tren y con ambos consejos de seguridad en las respectivas capitales de los países. Una vez que se enciende la bombilla y los delegados han firmado simultáneamente el tratado de paz, todos en el tren celebran el cese de las hostilidades, pero se quedan perplejos al descubrir que ha estallado una nueva lucha entre los dos países. ¡La razón dada es que el delegado de Forwardland fue engañado para que firmara el tratado antes que el delegado de Backwardland! ¿Cómo puede ser esto? Entonces, dado que la velocidad de la luz es constante, ¿cómo la ven las personas en el tren de otra manera? ¿Cómo ven la luz al mismo tiempo cuando la tierra realmente hacia adelante se movía HACIA la luz y, por lo tanto, la vio primero? ¿Por qué no lo ven así? ¿Y cómo la gente del tren lo ve como ES? (Con la tierra hacia adelante acercándose a la luz y, por lo tanto, viéndola como es) y ¿cómo afecta esto el marco de referencia? Por favor, no utilice demasiados términos técnicos en una explicación.

Digamos que las ventanas del vagón del tren han sido tapiadas por seguridad; ¿Cómo pueden saber los diplomáticos que se están moviendo? Dado que el tren viaja a velocidad constante, no sienten aceleración, por lo que, por lo que saben, están sentados quietos. ¿Por qué uno vería la luz antes que el otro?
Sí, pero si la velocidad de la luz es constante y uno de ellos debe viajar menos distancia que el otro para alcanzarla, ¿por qué no parece que la luz golpee la tierra primero?

Respuestas (2)

Tienes razón en que habría un desacuerdo sobre quién firmó primero el tratado, pero no sería entre los diplomáticos del tren; sería entre las personas en el tren y las personas que no están en el tren.

Inicialmente, la configuración es que los dos diplomáticos están sentados en el vagón comedor con las cortinas corridas, por seguridad. Digamos que la luz que usan los dos diplomáticos está en el techo, a medio camino entre los dos. La luz tiene que viajar la misma distancia para llegar a cada uno de ellos, y dado que la luz viaja a la misma velocidad en todas las direcciones en todos los marcos de referencia, debería alcanzarlos al mismo tiempo. Debido a que las cortinas están corridas, no pueden ver si se están moviendo, y dado que el tren se mueve a velocidad constante, ni siquiera pueden sentir si se están moviendo. Están en un marco de referencia inercial; las leyes de la física funcionan igual para ellos ahora que lo harían si estuvieran sentados. Por lo que saben, sonsentado quieto Ellos prueban el método de usar la luz como una señal y están de acuerdo en que cuando encienden y apagan la luz, ven que eso sucede al mismo tiempo.

Sin embargo, como no pueden ver nada cuando la luz está apagada, deciden abrir las cortinas mientras completan la firma del tratado para tener luz para trabajar. Abrir las cortinas no cambia las leyes de la física, por supuesto; todavía están de acuerdo en que ven la luz encenderse y apagarse al mismo tiempo que los demás. Entonces, el método sigue siendo agradable para ambas partes, y apagan la luz, preparan sus plumas, luego encienden la luz y firman el tratado simultáneamente, presenciados por un oficial neutral de mantenimiento de la paz que está junto a la mesa.

¿O fue simultáneo? Un granjero que está parado en el campo junto al tren lo ve venir por las vías y, al no tener nada mejor que hacer, lo observa pasar, siendo así testigo de la firma del tratado. Ve a dos diplomáticos sentados en el tren y ve que la luz se enciende. La luz viaja a la misma velocidad hacia el frente del tren que hacia atrás, ya que la velocidad de la luz es constante; eso significa que la luz alcanza primero al diplomático en el asiento trasero (ya que está alcanzando la luz) y luego alcanza al diplomático en el asiento delantero en segundo lugar (ya que tiene que perseguirlo). Así, el agricultor es testigo de cómo el diplomático de retaguardia firma el tratado un poco antes que el diplomático de avanzada.

Cuando los dos testigos sean entrevistados por el periódico más tarde, el oficial de mantenimiento de la paz afirmará que los diplomáticos firmaron al mismo tiempo y el agricultor afirmará que uno firmó antes que el otro. Lo complicado es que ambos son correctos en sus propios marcos de referencia. La solución a la aparente paradoja surge de la Relatividad de la Simultaneidad que a su vez surge naturalmente de la observación de la ley física: particularmente los dos hechos de que a) la física funciona de la misma manera en todos los marcos de referencia inerciales y b) la luz viaja a la misma velocidad a través del espacio en todos los marcos de referencia, independientemente de la velocidad de la fuente.

Entonces, la respuesta general a su pregunta es que los observadores en el tren verán las cosas de manera diferente a los observadores que están parados junto a las vías, porque se mueven entre sí y ninguna perspectiva es incorrecta en su propio marco de referencia.

[...] ninguno de los delegados de los países quiere firmar el tratado antes que el otro delegado y, por lo tanto, se diseña un sistema simple para garantizar que ambos delegados firmen el tratado de paz simultáneamente.

La solución consiste en colocar una bombilla en el centro de una mesa de tal manera que la bombilla esté exactamente entre los [dos] delegado[s...] las bombillas se encienden, esa es la señal para que ambos delegados firmen el Tratado.

Esta configuración es claramente inadecuada: si un delegado vio que la bombilla se había encendido, entonces no tiene garantía de que el otro delegado haya estado a punto de ver que la bombilla también se había encendido (y que su vista no había sido bloqueada, por ejemplo). instancia); o que el otro delegado efectivamente firmaría el tratado de buena fe al ver que la bombilla se había encendido. (Dadas estas consideraciones, ninguno de los delegados sería lo suficientemente descuidado como para firmar el tratado definitivamente solo por haber visto que la bombilla se había encendido).

La solución de configuración aceptable diplomáticamente (y físicamente) es más bien:

  • para que ambas partes envíen enviados de confianza al bulbo,

  • los dos delegados (en sus respectivos extremos de la mesa) firmando provisionalmente el tratado al ver que se encendía la bombilla, y

  • que los dos enviados (y el bulbo) certifiquen que las firmas se emitieron simultáneamente y, por lo tanto, ambos ratificaron el tratado, si (y solo si) todos observaron (comienzos de) las dos firmas por los dos delegados en coincidencia . (De lo contrario, ambas firmas se considerarán nulas y sin efecto; se pueden distribuir nuevas copias del tratado y se puede repetir el procedimiento hasta que tenga éxito).

Esta configuración está de acuerdo con todas las partes en el tren y con ambos consejos de seguridad en las respectivas capitales de los países. Una vez que se enciende la bombilla y los delegados han firmado simultáneamente el tratado de paz, todos en el tren celebran el cese de hostilidades.

Como bien deberían.
Tenga en cuenta que el procedimiento acordado es explícitamente independiente de si los delegados, el bulbo y los enviados mueven traviesas de ferrocarril y cómo lo hacen; o tal vez aviones, etc.
(Sin embargo, es bastante difícil, por supuesto, caracterizar este sistema de referencia, es decir, determinar si dos extremos de una mesa dada habían estado y permanecido en reposo entre sí; y si una bombilla dada había estado y permanecido en reposo). permanecido en reposo en cualquiera de los extremos de la mesa, y " en el centro " de los dos extremos de la mesa.)

pero adelante la tierra se movía HACIA la luz y [...]

Eso es, en el mejor de los casos, impreciso. Hay " tierra " (incluidas las distintivas "traviesas de ferrocarril") tanto "delante" como "detrás" de la mesa y la bombilla. Correcto es seguramente eso

  • los "traviesas de ferrocarril" se movían desde el extremo " Atrás " de la mesa hacia el extremo " Adelante ",

  • los "traviesas de ferrocarril" estaban en reposo entre sí, y cualquier par dado de "traviesas de ferrocarril" logra identificar quién era y seguía siendo " el centro entre" entre sí, por lo tanto

  • aplicando el mismo procedimiento (entre sí), el sistema de referencia de "traviesas de ferrocarril" puede determinar la simultaneidad (o dissimultaneidad, secuencia) de sus indicaciones. considerando especialmente

  • el durmiente de ferrocarril (" j ") quien pasó por el extremo de la mesa " Backward " justo cuando (en coincidencia) observaron que la bombilla se había encendido y que por lo tanto la " Delegada Backward " comenzó a poner su firma (provisional) en el tratado, y

  • el durmiente de ferrocarril (" k ") quien pasó por el extremo de la mesa " Adelante " justo cuando (en coincidencia) observaron que la bombilla se había encendido y que por lo tanto la " Delegada Adelante " comenzó a poner su firma (provisional) en el tratado,

luego, de acuerdo con la prescripción de configuración dada, encuentran que k La indicación de ser pasado por el final de la mesa " Adelante " fue de hecho antes j Indicación de ser pasado por el final de la mesa " Atrás ". (Pero esa no es una razón para seguir luchando a pesar de un tratado de paz firmado ordenadamente).

¿Por qué no lo ven así? [...]

El punto general es que determinar la simultaneidad (o dis-simultaneidad) de las indicaciones de los participantes adecuados no es (simplemente) una cuestión de " ver " y " percibir " claramente, sino de medir ;
que (por definición del procedimiento de configuración apropiado) requiere determinar

  • qué participantes estaban y permanecieron en reposo entre sí (y cuáles no), y

  • para cualquier par de participantes que estaban y permanecieron en reposo entre sí: quién fue identificado como " el centro " (o "el medio") entre el par en consideración, y

  • finalmente, caso por caso, lo que señala el " centro " apropiado que se ha observado en coincidencia, o en secuencia.