Otras carreras ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

[gabotopuro7]

En física Moderna, ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre C (la velocidad de la luz), en circunstancias que el electrón lleva una velocidad determinada por la zona en movimiento?
ejemplo:

Una nave sobre volando la Tierra a una velocidad de 1.000 [m/s] dispara un misil hacia adelante con una rapidez de 2.000 [m/s] medidos respecto de la nave. ¿Cuál es la rapidez del misil respecto de un observador en la Tierra? Problema elemental de velocidad relativa y acorde a la mecánica newtoniana:
1.000 [m/s] + 2.000 [m/s]= 3.000 [m/s].
Ahora la nave enciende un reflector y lo apunta en la misma dirección que el misil.
Un observador a borde de la nave mide la velocidad de luz emitida y obtiene el valor “c”.
De acuerdo al Segundo Postulado de Einstein, la velocidad de la luz una vez que ha dejado la fuente no puede depender del movimiento de la fuente. Por tanto, el observador en la Tierra mide su rapidez de dicha luz emitida y no DEBE ser diferente de “c”.
NO = “c” + 1.000 [m/s] <= ¿Por qué razón?

[arivasm]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

Una nave sobre volando la Tierra a una velocidad de 1.000 [m/s] dispara un misil hacia adelante con una rapidez de 2.000 [m/s] medidos respecto de la nave. ¿Cuál es la rapidez del misil respecto de un observador en la Tierra? Problema elemental de velocidad relativa y acorde a la mecánica newtoniana:
1.000 [m/s] + 2.000 [m/s]= 3.000 [m/s].

Como muy bien dices, ese resultado es acorde con la mecánica newtoniana, cuya validez se limita a velocidades que, como ocurre en este caso, son despreciables frente a la de la luz. La suma que indicas es una consecuencia de la transformación de Galileo, de ella se deduce que si un cuerpo tiene una velocidad v' en un sistema de referencia que se mueve con velocidad V con respecto de otro, la velocidad del cuerpo con respecto a este otro sistema será $v=V+v'$.

Ahora la nave enciende un reflector y lo apunta en la misma dirección que el misil.
Un observador a borde de la nave mide la velocidad de luz emitida y obtiene el valor “c”.
De acuerdo al Segundo Postulado de Einstein, la velocidad de la luz una vez que ha dejado la fuente no puede depender del movimiento de la fuente. Por tanto, el observador en la Tierra mide su rapidez de dicha luz emitida y no DEBE ser diferente de “c”.
NO = “c” + 1.000 [m/s] <= ¿Por qué razón?

Respondiendo de una manera rápida, te diré que de los postulados de Einstein se sigue una transformación de coordenadas diferente de la de Galileo (con la que coincide si las velocidades son despreciables frente a c): la transformación de Lorentz.

Si aplicamos estas últimas a la composición de velocidades obtenemos una fórmula diferente a la Galileo:

$v = {{V+v'} \over {1+\frac{V v'}{c^2}}}$

Fíjate que si se puede despreciar el segundo sumando del denominador obtenemos la misma expresión de antes. Asimismo, si substituyes $v' = c$ entonces tenemos que

$v = {{V+c} \over {1+\frac{V c}{c^2}}} = {{V+c} \over {1+\frac{V}{c}}} = {{V+c} \over {\frac{V+c}{c}}} = c$

Terminaré comentando que si este resultado nos resulta paradójico o extraño simplemente es porque no forma parte de nuestras experiencias. Quizá algún día, si los niños nacen en naves espaciales relativistas este tipo de cosas serán de lo más natural, pero, evidentemente, no es nuestro caso.

Saludos.

[pod]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

La respuesta de ariv es perfecta, pero quisiera proponer una comparación diferente con la mecánica newtoniana para ver si hace pensar.

Si en vez de luz (i.e, fotones), lo que la nave emite es otro tipo de onda, por ejemplo sonido (supongamos que la nave va dentro de la atmósfera), ¿a qué velocidad viajará esa onda sonora con respecto de la tierra? La respuesta es que viajará a la velocidad del sonido, porque la velocidad de las ondas no depende de la velocidad del emisor.

[aldevaran]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

es que no tiene que ver con lo que es... sino que nunca puede superar la velocidad de la luz... el tiempo del objeto se va aciendo mas lento para no pasarlo, pero nunca viajara mas rapido que c. si lo hiciera viajaria atras en el tiempo...

[Ignacio]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

La respuesta que es genial es la de "pod"... da una posible razón del porque la velocidad "c" es un estándar inviolable. Hasta ahora creo que ningún científico da explicación a dicho estándar, sencillamente se acepta como tal. Einstein lo dedujo de las ecuaciones de Maxwell y éste de la experimentación de los circuitos eléctricos.

La medida experimental de la velocidad de la luz confirmó con total exactitud los postulados de Maxwell y Michelson Y Morley le dieron la puntilla al tema al crear un experimento tan preciso que no deja lugar a dudas... pero ello supuso quedamos sin el "ether" necesario para que pudiésemos considerar a la luz como una onda "sobre" un medio, pues éstos demostraron que no existe tal ether y que la luz "cabalga" por el vacío. (!)

Podría también ocurrir que el fotón sea una partícula de mera información (virtual ó puramente matemática) de manera que éste "cabalgue" por la distancia del mismo modo que los números naturales lo hacen por una recta natural infinita creada por Peano (!)

[reti]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

Cuando se creo la relatividad hubo un tal Ritz que propuso una teoria alternativa para justificar el resultado nulo del esperimento de Michelson y Morley. El se basaba en suponer que lo que estaba emitiendo el electron no era en realidad una "onda" sino una particula. Esto lo dijo en el 1910 y seguro que tuvo en cuenta el articulo sobre "cuantos" de Einstein.

Si suponemos la luz como fotones, particulas, que se emiten desde la fuente siempre con la misma velocidad, ya no esta tan claro el razonamiento de que "la velocidad de emision es independiente de la velocidad de la fuente" como ocurre con las ondas.

¿ Que hacemos ? .... ¿consideramos la luz una onda o la consideramos una particula? porque os recuerdo que en 1905 publico Einstein tres articulos, en uno suponia que la luz era una onda, en otro suponia que la luz era una particula y en el tercero ... !bueno, en el tercero se olvido por un breve momento de mencionar a la luz!

[guibix]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

Cuando se creo la relatividad hubo un tal Ritz que propuso una teoria alternativa para justificar el resultado nulo del esperimento de Michelson y Morley. El se basaba en suponer que lo que estaba emitiendo el electron no era en realidad una "onda" sino una particula. Esto lo dijo en el 1910 y seguro que tuvo en cuenta el articulo sobre "cuantos" de Einstein.

Si suponemos la luz como fotones, particulas, que se emiten desde la fuente siempre con la misma velocidad, ya no esta tan claro el razonamiento de que "la velocidad de emision es independiente de la velocidad de la fuente" como ocurre con las ondas.

¿ Que hacemos ? .... ¿consideramos la luz una onda o la consideramos una particula? porque os recuerdo que en 1905 publico Einstein tres articulos, en uno suponia que la luz era una onda, en otro suponia que la luz era una particula y en el tercero ... !bueno, en el tercero se olvido por un breve momento de mencionar a la luz!

Es verdad que el experimento Michelson-Morley se podría explicar con partículas masivas. Ya que aunque la Tierra se mueva, si estás en un sistema se referencia inercial galileano, tampoco podrás detectar movimiento alguno. Pero este modelo solo funciona si la luz fuera una partícula con masa, y de serlo, se tendría que poder detener y no parece que lo haga nunca.

La relatividad ya explica que una partícula sin masa TIENE QUE ir a $c$ por el mismo motivo que una con masa NO PUEDE llegar a $c$, entonces la luz no puede tener masa, porqué va a $c$. Por otro lado, hay muchísimas más evidencias de que la luz es una onda, que una partícula, pero hay fenómenos que sólo se explican si se considera partícula (como el efecto fotoélectrico).

Una frecuencia pura (seno/coseno) tiene un momento totalmente determinado y se extiende indefinidamente por el espacio (su posición es totalmente indeterminada), en cambio, si se mezclan frecuencias contiguas, cuanto más amplias e indeterminadas son las frecuencias sumadas, más se "localiza" la onda en un punto, "pareciendo" una partícula. O sea que el Principio de Indeterminación ya explica como pueden ser dos cosas "al mismo tiempo".

Éste vídeo: Ep50. El Universo mecanico:Particulas y ondas describe muy bien este tema, en los minutos 11:50 y 15:32, explica esto que he contado (por si mi escueta explicación no ha quedado clara).

Saludos

[reti]

Re: ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre la de la luz?

En física Moderna, ¿Por qué la velocidad del fotón emitido por un electrón es siempre C (la velocidad de la luz), en circunstancias que el electrón lleva una velocidad determinada por la zona en movimiento?
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Por tanto, el observador en la Tierra mide su rapidez de dicha luz emitida y no DEBE ser diferente de “c”.
NO = “c” + 1.000 [m/s] <= ¿Por qué razón?

No hay un ¿por que?.

O se introduce "ad hoc" la constancia de la velocidad de la luz para cualquier observador y entonces la respuesta de "arivasm" es perfecta. O se introduce la ley fisica que interpreta a la luz, sea onda o sea particula, y que al ser inevitablemente relativista mostrara que la luz es constante.

"Pod" ha hecho esto ultimo y ha indicado que para una onda, aun siendo clasica y no relativista, la velocidad de emision no depende de la velocidad del emisor.