¿Ha cambiado la velocidad de la luz con el tiempo?

¿Alguien podría juzgar mi hipótesis (fumeta) de que la velocidad de la luz ha cambiado con el tiempo, es decir, a medida que el universo se ha expandido en volumen, la luz se ha ralentizado, tal vez volviendo al big bang cuando era infinitamente rápido y había no hubo tiempo porque todo sucedió a la vez, etc. Pensar que la velocidad a la que la información puede propagarse por el universo está ligada al tamaño del mismo me parece intuitivo. Mi pregunta: ¿hay una refutación fácil de esto? ¿Tendría que estar equivocado Einstein? ¿Viola algo supuestamente más fundamental, como las teorías cuánticas o de cuerdas? ¿Algún experimento actual lo invalida? Si no, puede mostrarme en cualquier caso por qué cree que es poco probable.

Editar 8/24

Acepto la respuesta de Mark M., pero la publicaré aquí porque hay un límite de caracteres en los comentarios.

@Mark M gracias, buena respuesta, pero como alguien que solo ha leído algo de física popular, y debería dejar esto en manos de los expertos, todavía estoy confundido en mi teoría personal. No veo por qué deberías necesitar dos unidades para medir la velocidad de la luz. Lo que me cuesta entender es la relación entre el tiempo y la distancia. Parece que podrían ser fundamentalmente lo mismo. Si dices que el tiempo se mide fundamentalmente por la vibración de tal o cual objeto cuántico en el espacio... ¿por qué no podemos simplemente medir esa distancia de vibración como la constante... Me repetiré para tratar de ser claro... hay una cierta distancia mínima que las partículas tienen que recorrer para interactuar entre sí... si no estuviera vibrando no habría tiempo, es lo que crea la ilusión del tiempo... así que en lugar de hablar de velocidad o c como distancia/tiempo.... ¿No podemos simplemente hablar de la distancia a la que vibra un objeto cuántico? Voy a llegar a mi punto... tal vez solo puede haber una constante aquí, y esa es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? Si simplemente hablamos de la distancia a la que vibra un objeto cuántico... Voy a llegar a mi punto... tal vez solo puede haber una constante aquí, y esa es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? Si simplemente hablamos de la distancia a la que vibra un objeto cuántico... Voy a llegar a mi punto... tal vez solo puede haber una constante aquí, y esa es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? Lo llevaré a mi punto... tal vez solo puede haber una constante aquí, y ese es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? Lo llevaré a mi punto... tal vez solo puede haber una constante aquí, y ese es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? y ese es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? y ese es el tamaño físico del universo. un diminuto diapasón de metal no parece vibrar en absoluto, pero si lo hicieras explotar hasta alcanzar el tamaño del Empire State Building, las varillas de metal se moverían de ventana en ventana. tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí? tal vez a medida que nuestro universo se expandió en tamaño, la longitud de esa vibración mínima (quizás infinita en el punto cero) se habría expandido y, por lo tanto, creado la ilusión del tiempo y la velocidad de la luz, que, a medida que el universo se expande, continuará disminuyendo. tal vez somos como un gran globo y hemos sido inflados y todos los campos/partículas-sin-tamaño están vibrando más y más en ese espacio... ¿me estoy perdiendo algo obvio aquí?

No soy un experto, así que no voy a crear una respuesta. Cuando pregunté sobre esto antes, escuché que si la velocidad de la luz fuera diferente en el pasado, entonces cosas como las estrellas funcionarían de manera diferente. Si las estrellas funcionaran de manera diferente en el pasado, lo veríamos mirando galaxias lejanas. No vemos ninguna diferencia como esta, así que no... la velocidad de la luz no ha cambiado.
Busqué en Google mi pregunta y descubrí que el físico JW Moffat respalda la hipótesis: "Las teorías físicamente consistentes en las que la velocidad de la luz varía con el tiempo pueden desarrollarse de manera segura y rigurosa". Trabaja en el instituto perímetro. ¿Eso significa chiflado? opfocus.org/index.php?topic=story&v=8&s=4
No sé si es un chiflado o no. Creo que es una pregunta interesante. Aquí hay más para ver: en.wikipedia.org/wiki/Variable_speed_of_light
Estoy seguro de que hay restricciones muy rigurosas en esto. No hay forma de cambiar la velocidad de la luz sin afectar la forma fundamental en que funciona la fuerza electromagnética, que a su vez aparecería en todo tipo de procesos. Eso no quiere decir que algo como esto NO PODRÍA suceder, solo que la cantidad por la cual HA sucedido probablemente tiene una restricción rigurosa.
@Nogwater Gracias, excelente artículo. Creo que eso respondería a cualquier pregunta que pueda tener. Excepto escuchar cuál es la opinión de t'hoofts ;p. La impactante afirmación de opfocus.org que vinculé es que las galaxias desplazadas hacia el rojo podrían no estar alejándose unas de otras: "si c estuviera disminuyendo con el tiempo, el efecto Hubble resultaría ser un simple efecto óptico, eliminando la necesidad de postular la existencia de la materia oscura". Ahora eso parece algo fácil de refutar y etiquetar como chifladura. ¿Derecha?
@JamesCooper: el autor de eso parece estar confundiendo materia oscura y energía oscura. Y el tamaño de la constante cosmológica es tal que es muy pequeño en comparación con casi cualquier otra constante física fundamental. Cambiando el valor de C es en realidad un ajuste mucho, mucho más violento a la física que la energía oscura.
Relacionado: physics.stackexchange.com/q/12805/2451 y enlaces allí.
@James:Perimeter Institute es un centro de física teórica muy respetado. Innovador. Dudo que sea un chiflado... si lo es, tendría que ser muy inteligente.
@James: cuando algo sobre una respuesta no está claro, se convierte en una pregunta mucho mejor si edita su pregunta original para hacerla de una manera que identifique lo que lo confunde, en lugar de simplemente publicar una respuesta extra larga a la cartel en la pregunta.
Si la velocidad de la luz es más baja que en el pasado, ¿adónde va toda la energía? es decir, e=mc^2, por lo que con un valor más bajo de c, la cantidad de energía en la materia está disminuyendo, pero esto viola la conservación de la energía, a menos que la energía esté saliendo del sistema. ¿Cómo está haciendo eso? Según mis cálculos (de 8 años), estamos hablando del orden de 1,77 kW/kg...
@JamesCooper hace que eso no dependa de si la energía oscura puede colaborar o no; en otras palabras, aunque puede tener una densidad pequeña, ciertamente hay suficiente para hacer el trabajo.

Respuestas (2)

No existe una forma significativa de probar si la velocidad de la luz varía; eso se debe a que es dimensional , es decir, se mide en unidades.

Para ver por qué, digamos que usamos unidades en las que la distancia se mide en términos de múltiplos de la circunferencia de la órbita del electrón en el estado fundamental del átomo de hidrógeno de Bohr, y la unidad de tiempo es su período orbital. Esto le dará aproximadamente 137, que es el inverso de la constante de estructura fina, que se define como mi 2 C . Entonces, podemos ver que no es posible determinar si el valor de la velocidad de la luz fue diferente, ya que una de las otras constantes en el FSC (la carga del electrón o la constante de Planck reducida) podría haber cambiado.

Sin embargo, tiene sentido preguntar si ha cambiado una constante adimensional, una que no se mide en unidades. Algunos ejemplos son la constante de estructura fina mencionada anteriormente y la constante cosmológica. Además, las masas de las partículas son constantes fundamentales: cambiar otra constante no las afecta.

Entonces, en lugar de preguntar si la velocidad de la luz varía, una mejor pregunta es preguntar si la constante de estructura fina varía (dado que no tiene dimensiones, no tiene unidades). Ha habido afirmaciones de que la constante de estructura fina puede variar ( aquí y aquí , entre muchos otros). Sin embargo, esto ciertamente no es un resultado aceptado.

Para obtener más información, consulte las preguntas frecuentes de Usenet sobre constantes adimensionales:

http://math.ucr.edu/home/baez/constants.html

Suma

En lugar de variar con el tiempo, pensemos en el caso en que c varía con el espacio. Entonces, un grupo de científicos se aventura en un cohete a una parte lejana de la galaxia para determinar si la velocidad de la luz es diferente. Necesitarán usar las mismas unidades que usan los científicos de la tierra: podríamos usar las unidades anteriores, las vibraciones de un átomo por tiempo, lo que quieras. Digamos que miden un valor diferente usando las unidades acordadas.

Ahora, imagine que un grupo diferente de científicos iba a probar si la longitud de alguna barra en particular era diferente en esa misma región de la galaxia. Deciden ver cuántas vibraciones del átomo de cesio necesita la luz para viajar por la barra. Basándose en su experimento, llegan a la conclusión de que la longitud de la varilla es mayor en esta otra región, o que el átomo de cesio vibra un poco más rápido.

Cuando ambos grupos publican sus hallazgos, no están de acuerdo: el primer grupo le dice al segundo grupo que están equivocados porque basaron sus mediciones en la velocidad de la luz, que encontraron que varía. Sin embargo, el grupo dos afirma que el primer grupo está equivocado, ya que encontraron que la longitud de la vara de medir y la frecuencia de las vibraciones del átomo de cesio eran diferentes.

Entonces, puede ver que afirmar que una constante dimensional ha variado no tiene sentido; dado que son proporciones de otras constantes, es 100 por ciento igualmente válido decir que esas constantes variaron. No solo es imposible determinar si han cambiado, sino que la pregunta en sí no tiene respuesta. Encontrar diferentes valores para las constantes dimensionales se puede interpretar de varias maneras. Por ejemplo, puede afirmar que las constantes en la constante de estructura fina habían variado, no la velocidad de la luz.

lo siento Mark pero este argumento no tiene sentido; Puedo definir muy bien la velocidad de la luz como la velocidad requerida para viajar N longitudes de onda de dicha línea de sodio en M vidas medias de esta otra resonancia de amoníaco excitado, y definitivamente puedo medir variaciones de eso. Donde su argumento se vuelve válido es cuando hay una variación simultánea que afecta tanto a las distancias como a los tiempos con el mismo factor, de modo que las velocidades se vuelven independientes de ese factor.
@lurscher ¿Por qué cree que es más válido decir que la velocidad de la luz cambió, en lugar de la longitud de onda de la línea de sodio o la vida media de la resonancia de amoníaco? Podría optar por tratar de medir la longitud de onda de dicha línea de sodio usando luz, y concluir que variaba , no la velocidad de la luz. No estoy de acuerdo con tu punto.
@MarkM Perdón por la respuesta tardía + la vista del profano. Pero, en mi opinión, la física se trata de la realidad objetiva y no de cómo vemos las cosas. También está la navaja de afeitar de Occam. Si un rastro del cambio de C se encontraría, se puede decir, que C es constante y todo cambia, pero en mi opinión, sería un argumento mucho más físico si dijéramos que solo C está cambiado.
@peterh Lo siento, pero la física no se trata de la realidad objetiva, se trata de cómo vemos las cosas. Lo que aprendemos no es cómo "es" la naturaleza, sino cómo parece ser cuando interactuamos con ella de tal o cual manera. Además, si hubiésemos seguido la Navaja de Occam, probablemente nunca habríamos desarrollado las teorías de la Relatividad o la Mecánica Cuántica.
@electronpusher Está bien. Luego tienes el experimento de MichaelsonMorley: tienes resultados de medición que dicen que la Tierra no se mueve hacia el Éter. Nunca se mueve, es decir, si lo mide medio año después, la velocidad sigue siendo cero. También tienes las ecuaciones de Maxwell. Describen muy bien todas las interacciones electromagnéticas, también explican la luz. Sin embargo, resultan que la luz se mueve con C , independientemente de dónde lo veas. ¿Cómo explicas esto con la navaja de Occam? Lorenz obtuvo los mismos resultados que Einstein, ya antes que Einstein.
@electronpusher También escuché de físicos cosas como "la física es solo para entender mejor las cosas" o que la física solo describe el Universo tal como lo vemos. La diferencia entre esto y la verdad (la física describe el Universo tal como es) es principalmente filosófica, y no me gusta la filosofía. No me gustan las bibliotecas llenas de libros sin una fórmula única. Quiero reactores de fusión, y luego naves espaciales interestelares impulsadas por ellos. No quiero libros de 2000 páginas sobre la naturaleza de la percepción y la realidad. Me convierto en frío si tuviera que leerlos.
@electronpusher Pero poco a poco estoy tratando de entender la física de vanguardia en mi nivel de laico. ¡Eso es interesante para mí, muy interesante! Este sitio es actualmente el más grande y el mejor sitio, donde los profanos pueden preguntar a los físicos sobre física. Siendo esto, es un buque insignia en la divulgación de la ciencia. La razón por la cual la NASA no regresó a la Luna no son algunos ovnis. ¡La razón es que la población de los EE. UU. estaba tan desinteresada en el programa Apolo, que ni siquiera fue transmitido por televisión! ¡La NASA tuvo que ocultar esto a los astronautas, para preservar su moral!
@electronpusher La ciencia de vanguardia necesita dinero. Mucho. Comparado con los presupuestos de los países, particularmente con el presupuesto de los EE.UU., no es nada. Pero conoce a los políticos, si no les da votos, no es nada para ellos. El futuro de la Humanidad, los viajes interestelares, la colonización de la Luna/Venus/Marte, la antigravedad, todo esto no es un problema para ellos, hasta que no aparece algo que convierte el presupuesto de la NASA en votos para las próximas elecciones . Este sitio es algo que tiene tal efecto, es lo importante. QM, SR, GR son solo, bastante buenos, modelos matemáticos.
¿No son también dimensionales las distancias entre las estructuras, pero decimos que están cambiando con el tiempo?

Se ha afirmado en base a observaciones astronómicas que la constante de estructura fina sin unidades α = mi 2 / C en realidad varía con el tiempo, en lugar de ser fijo. [Webb 2001] Esta afirmación probablemente sea incorrecta, ya que los intentos posteriores de reproducir las observaciones fallaron. [Chand 2004] Rosenband et al. [Rosenband 2008] han realizado mediciones de laboratorio que descartan una disminución de α con un tiempo lo suficientemente grande como para ser consistente con los resultados de Webb.

Webb et al. recientemente han hecho afirmaciones aún más extraordinarias de que la constante de estructura fina varía en la esfera celeste. [Webb 2010] Las afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias, y Webb et al. no he proporcionado eso; sus resultados están al margen de la significación estadística en comparación con sus errores aleatorios y sistemáticos.

Incluso si sus afirmaciones son correctas, esto no es evidencia de que C está cambiando, como a veces se afirma en la prensa popular. Si un experimento es para probar si una constante fundamental es realmente constante, la constante debe ser sin unidades. [Duff 2002] Si la constante de estructura fina varía, no hay forma empírica de culpar a C Opuesto a o mi . John Baez tiene una bonita página web sobre las constantes sin unidades de la naturaleza.

JK Webb et al., 2000, "Evidencia adicional de la evolución cosmológica de la constante de estructura fina", http://arxiv.org/abs/astro-ph/0012539v3

JK Webb et al., 2010, "Evidencia de variación espacial de la constante de estructura fina", http://arxiv.org/abs/1008.3907 ; física Rev. Lett. 107, 191101 (2011)

H. Chand et al., 2004, Astron. Astrofias. 417: 853, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0401094 ; Ver también http://arxiv.org/abs/0711.1742 , http://arxiv.org/abs/0905.1516

Srianand et al., 2004, Phys.Rev.Lett.92:121302, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0402177

Duff, 2002, "Comentario sobre la variación temporal de las constantes fundamentales", http://arxiv.org/abs/hep-th/0208093

Báez, http://math.ucr.edu/home/baez/constants.html

Rosenband et al., 2008, 319 (5871): 1808-1812, http://www.sciencemag.org/content/319/5871/1808.abstract