¿Podría haber realmente una dirección preferencial a la velocidad de la luz?

Esta pregunta está inspirada en un video reciente de Veritasium ¿ Por qué nadie ha medido la velocidad de la luz ?

Para resumir el video, Derek señala que es imposible medir la velocidad de la luz en un solo sentido y muestra ejemplos de cuáles podrían ser las consecuencias de una dirección preferencial para la velocidad de la luz.

Si bien los ejemplos dados del problema de la medición y las consecuencias parecen válidos en escalas locales, me parece que se desmoronan cuando miras la escala del universo observable. ¿No seríamos capaces de observar los efectos de una dirección preferencial a la velocidad de la luz a escalas cosmológicas? Tomemos el caso extremo: la velocidad de la luz en una dirección es 1/2c e infinita en la dirección opuesta. Si esto fuera cierto, deberíamos ser capaces de observar todo el universo en la dirección en la que la luz se acerca a nosotros a una velocidad infinita, y no ver un corrimiento hacia el rojo debido a la expansión del universo (porque los fotones nos alcanzarían instantáneamente, no habría tiempo para que la expansión del universo los extienda). Incluso en casos menos extremos, deberíamos ver "más"

Dado que (que yo sepa) no observamos ninguna diferencia en la "cantidad" del universo (a falta de un término mejor, siéntase libre de editar si hay un término mejor para esto) en ninguna dirección, o cualquier diferencia en el cantidad de corrimiento al rojo en cualquier dirección, entonces si existe una dirección preferencial a la velocidad de la luz, debe ser lo suficientemente pequeña como para que sus efectos se encuentren dentro de las barras de error para nuestra capacidad de medir el universo en escalas cósmicas.

¿Mi razonamiento es correcto aquí, o hay algún efecto que no tomé en cuenta que ajustaría las cosas para que no veamos ninguna diferencia? (¿o tal vez mi comprensión de la cosmología es completamente defectuosa?)

También tenemos varias preguntas nuevas sobre esto en la pila de Física, por ejemplo, physics.stackexchange.com/q/590790/123208
Acabo de leer esa pregunta y sus respuestas, y aunque está relacionada, no creo que sea una pregunta duplicada, y sus respuestas no abordan los detalles de mi pregunta.
No se preocupe, no podemos cerrar preguntas como duplicados de preguntas en otros sitios de Stack Exchange. ;) OTOH, a menudo cerramos preguntas aquí si son pura física con poca relevancia para la astronomía. Sin embargo, esta pregunta ha sido históricamente importante en astronomía, desde la determinación de la velocidad de la luz por Ole Rømer en 1676, utilizando los datos del eclipse de la luna joviana Io. Entonces creo que esta pregunta es apropiada en este sitio.
Supongo que debería agregar ese enlace al material de John D. Norton sobre este tema: pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/… Hans Reichenbach lo analiza extensamente en The Philosophy of Space and Time .

Respuestas (1)

Antes del artículo de Einstein de 1905, Lorentz y otros ya habían resuelto la transformación de Lorentz. Sólo faltaba su interpretación. Todavía se aferraban a la idea de que había un tiempo absoluto newtoniano y que los tiempos en la transformada de Lorentz eran sólo tiempos aparentes. Einstein fue el primero en darse cuenta de que no es necesario que haya un tiempo newtoniano; la transformada de Lorentz se sostiene perfectamente por sí sola.

El tipo de este video piensa de la misma manera que los predecesores de Einstein; es un etéreo, aunque no se da cuenta. Está apegado a la idea de que hay un tiempo real con respecto al cual se define la verdadera velocidad de la luz, pero varios "efectos" impiden que cualquier experimento determine realmente cuál es. Esto es más obvio a partir de 11:32 , donde dice que quiere mostrar cuán diferente funciona el universo si la luz es anisotrópica, pero luego muestra que funciona exactamente igual en todas las formas medibles experimentalmente.

La realidad es que solo importa lo que es medible desde el punto de vista operativo. Lo que queremos decir cuando decimos que la velocidad de la luz es constante es que existen coordenadas con respecto a las cuales es constante. En un mundo corpuscular newtoniano, tales coordenadas no existirían, por lo que el hecho de que existan en el mundo real es físicamente significativo. No es necesario usar estas coordenadas isotrópicas, pero con frecuencia es conveniente. Esa es la única razón por la que los usamos. Para decirlo de otra manera, la convención de sincronización de Einstein es realmente una convención; no es una suposición.

También existen coordenadas respecto de las cuales la velocidad de la luz no es constante. Esto no es físicamente significativo, porque ninguna teoría podría evitarlos jamás; siempre puede hacer una sustitución formal de variables, siempre que sea invertible y sea coherente al respecto. El resultado de cualquier experimento en estas coordenadas es siempre la transformación del resultado del experimento en coordenadas inerciales, porque ambas describen la misma realidad.

Si ( X , t ) son coordenadas inerciales estándar, entonces con respecto a las coordenadas ( X , t ) dónde t = t X , la velocidad de la luz | d X / d t | rangos desde C / 2 a dependiendo de la dirección. ¿Por qué no vemos esto como una anisotropía en el cielo? Porque el universo en diferentes direcciones ha envejecido en diferentes cantidades, y sus edades difieren en la cantidad justa para compensar los diferentes tiempos de viaje de la luz. Esto es similar a la forma en que la contracción de la longitud, la relatividad de la simultaneidad, etc., siempre conspiran para hacer que las cosas sean consistentes en diferentes marcos de inercia.