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Como sabemos, debido a la relatividad, no somos capaces de sincronizar dos herramientas para poder medir la velocidad de los fotones en el vacío, o al menos, no para una única dirección y sentido, por lo que la velocidad que hemos establecido como velocidad de la luz, es el resultado de calcular la velocidad promedio de un rayo de luz para un trayecto de ida y vuelta.
Hace un tiempo, pensé un método que nos permitiría, no medir la velocidad de la luz para una única dirección y sentido, pero sí compararla para varias direcciones y sentidos. Esto podría arrojarnos un cierto grado de certeza sobre si la luz viaja a la misma velocidad independientemente de su dirección y sentido o no.
Comenzaré por explicar el mecanismo que emplearía este sistema.
Como todos sabemos, observar un objeto implica que, una serie de fotones viajen desde dicho objeto hasta nuestros ojos, por lo que la clave para el primer paso de este sistema, será lograr sincronizar un mismo acontecimiento para dos o más observadores. Esto no requiere sincronizar el tiempo de los observadores, tan solo el acontecimiento desde sus perspectivas.
Este acontecimiento ocurrirá en un determinado momento, pero debido a la ubicación de los observadores, así como al posible problema sobre el que estamos tratando, este acontecimiento podría alcanzar la visión de cada uno de los observadores en diferentes instantes.
Tener esto en consideración será la clave para encontrar el método por el cual podremos comparar la velocidad de la luz en distintas direcciones y sentidos.
La primera medida que deberemos tomar, será eliminar el problema de la ubicación. Si todos los observadores se encuentran a la misma distancia del acontecimiento, eliminaríamos una de las dos variables que podemos identificar. Esto dejará como única variable, la dependencia que la velocidad de la luz podría tener con su dirección y sentido.
La segunda medida que tomaremos, será crear un segundo evento, situado en una ubicación distinta al primero y con respecto al cual también cumpliremos la primera medida, es decir, también ubicaremos a todos los observadores a una misma distancia del evento. Hay que aclarar que los observadores, mantendrán su posición relativa con respecto de ambos eventos durante todo el experimento. También es necesario aclarar que la distancia entre los eventos y los observadores, solo tendrá que ser igual entre ellas para cada evento al verlo de manera independiente, es decir, todos los observadores se encontrarán a una misma distancia del primer evento y todos los observadores se encontrarán a la misma distancia del segundo, pero las distancias que los observadores tendrán respecto del primer y segundo evento no tienen por qué coincidir.
Una vez tomadas estas medidas, nos surgirá una necesidad que consistirá en poder medir el tiempo transcurrido entre ambos acontecimientos para cada uno de los observadores.
Si la medición resultante, da como resultado una misma diferencia temporal para todos nuestros observadores, implicará que la velocidad de la luz será siempre la misma independientemente de su dirección y sentido, por lo que la velocidad de la luz sería homogénea.
Llevando esto a un ejemplo, podríamos ver algo como el gráfico anterior. Un balón que desciende debido a la gravedad y que es gravado por dos cámaras.
Cuando el balón alcance la posición designada como evento 1, sincronizaremos las grabaciones de ambas cámaras. Esta sincronización no la realizaremos atendiendo al tiempo de la grabación, la realizaremos atendiendo a la imagen que observamos en ella, cuando veamos exactamente la misma imagen en ambas grabaciones, serán esas dos imágenes las que consideraremos como el T = 0 de ambas grabaciones.
Puesto que la distancia que los fotones recorrerán entre los observadores y el evento 1 es la misma para ambos y habiendo sincronizado la grabación de ambas cámaras con él, si la velocidad que describe la luz en cualquier dirección y sentido es siempre la misma, es decir, si la velocidad de la luz es homogénea, en las grabaciones y debido a que la distancia entre observadores y el evento 2 también es la misma, nuestras grabaciones también se encontrarán sincronizadas para este segundo evento.
En caso de que las grabaciones no se encuentren sincronizadas para el evento 2, será un claro indicativo de que la luz no se desplaza con una velocidad homogénea.
Obviamente, hay que tener muchos pequeños detalles en consideración. Un balón se trata de un elemento demasiado grande como para hacer correctamente una medición fiable y debido a su masa, generará gravedad lo que considerando que necesitaremos de una grandísima precisión, puede que esta sea el motivo de generar un error en nuestra medición.
Puede que tengamos un problema debido a la velocidad del balón, cuanto más veloz se desplace el elemento observado, más sencillo será apreciar diferencias en las imágenes.
Solo con estas dos características optaría por emplear un láser en lugar del balón del ejemplo, pero no entraré en eso.
También podremos sufrir problemas de carácter tecnológico. La cantidad de fps necesarios para poder detectar esta posible diferencia en la velocidad en algo tan veloz como los fotones, será demasiado alta como para los estándares actuales, lo que dificultaría este método. Continuando con el problema de carácter tecnológico, sería el crear un sistema con los márgenes de fabricación lo suficientemente precisos como para que estos no generen discrepancias en los resultados, lo cual, al igual que con las cámaras, no tengo del todo claro que esté al alcance de los estándares actuales.
Para poder solventar, o al menos reducir el impacto tecnológico, deberemos considerar que, a mayor tamaño del sistema, menor será, al menos porcentualmente hablando, el error generado debido al margen de fabricación. También la sustitución de las cámaras, por algún tipo de material fotosensible, podría ayudar a simplificar el sistema, aunque esta opción nos generaría la necesidad de buscar otro método de medición que no requiera contabilizar la cantidad de fotogramas acontecidos entre ambos eventos, lo que podría implicar incluir alguna parte móvil en el sistema, lo cual podría ser contraproducente si no se hace bien.
Por último, también podremos encontrar un posible problema en la propia metodología, éste se basaría en la duda de si un fotón se trata de una onda o una partícula. En caso de tratarse de una onda, ésta comenzaría a propagarse al mismo tiempo para todas las direcciones y sentidos, pero si se tratase de una partícula, su emisión hacia cada una de nuestras cámaras no tiene por qué producirse simultáneamente, lo que provocaría un pequeño desfase entre las grabaciones de ambas cámaras que se trataría de un problema independiente al de la velocidad a la que el fotón viaje dependiendo de su dirección y sentido.
Hay que decir que, en caso de que los fotones se traten de partículas y muestren ese pequeño desfase derivado del momento de emisión, éste no sería dependiente de la distancia a recorrer, por lo que podríamos emplear este problema en nuestro favor. En caso de detectar una pequeña discrepancia entre ambas grabaciones y que este, se mantenga al aumentar la distancia entre los eventos observados y las cámaras, sería un indicativo de que los fotones son partículas. En el caso de que esta discrepancia altere su valor, significaría que esa discrepancia dependerá de la distancia recorrida y por lo tanto de la velocidad descrita por los fotones.
Hace un tiempo, pensé un método que nos permitiría, no medir la velocidad de la luz para una única dirección y sentido, pero sí compararla para varias direcciones y sentidos. Esto podría arrojarnos un cierto grado de certeza sobre si la luz viaja a la misma velocidad independientemente de su dirección y sentido o no.
Comenzaré por explicar el mecanismo que emplearía este sistema.
Como todos sabemos, observar un objeto implica que, una serie de fotones viajen desde dicho objeto hasta nuestros ojos, por lo que la clave para el primer paso de este sistema, será lograr sincronizar un mismo acontecimiento para dos o más observadores. Esto no requiere sincronizar el tiempo de los observadores, tan solo el acontecimiento desde sus perspectivas.
Este acontecimiento ocurrirá en un determinado momento, pero debido a la ubicación de los observadores, así como al posible problema sobre el que estamos tratando, este acontecimiento podría alcanzar la visión de cada uno de los observadores en diferentes instantes.
Tener esto en consideración será la clave para encontrar el método por el cual podremos comparar la velocidad de la luz en distintas direcciones y sentidos.
La primera medida que deberemos tomar, será eliminar el problema de la ubicación. Si todos los observadores se encuentran a la misma distancia del acontecimiento, eliminaríamos una de las dos variables que podemos identificar. Esto dejará como única variable, la dependencia que la velocidad de la luz podría tener con su dirección y sentido.
La segunda medida que tomaremos, será crear un segundo evento, situado en una ubicación distinta al primero y con respecto al cual también cumpliremos la primera medida, es decir, también ubicaremos a todos los observadores a una misma distancia del evento. Hay que aclarar que los observadores, mantendrán su posición relativa con respecto de ambos eventos durante todo el experimento. También es necesario aclarar que la distancia entre los eventos y los observadores, solo tendrá que ser igual entre ellas para cada evento al verlo de manera independiente, es decir, todos los observadores se encontrarán a una misma distancia del primer evento y todos los observadores se encontrarán a la misma distancia del segundo, pero las distancias que los observadores tendrán respecto del primer y segundo evento no tienen por qué coincidir.
Una vez tomadas estas medidas, nos surgirá una necesidad que consistirá en poder medir el tiempo transcurrido entre ambos acontecimientos para cada uno de los observadores.
Si la medición resultante, da como resultado una misma diferencia temporal para todos nuestros observadores, implicará que la velocidad de la luz será siempre la misma independientemente de su dirección y sentido, por lo que la velocidad de la luz sería homogénea.
Llevando esto a un ejemplo, podríamos ver algo como el gráfico anterior. Un balón que desciende debido a la gravedad y que es gravado por dos cámaras.
Cuando el balón alcance la posición designada como evento 1, sincronizaremos las grabaciones de ambas cámaras. Esta sincronización no la realizaremos atendiendo al tiempo de la grabación, la realizaremos atendiendo a la imagen que observamos en ella, cuando veamos exactamente la misma imagen en ambas grabaciones, serán esas dos imágenes las que consideraremos como el T = 0 de ambas grabaciones.
Puesto que la distancia que los fotones recorrerán entre los observadores y el evento 1 es la misma para ambos y habiendo sincronizado la grabación de ambas cámaras con él, si la velocidad que describe la luz en cualquier dirección y sentido es siempre la misma, es decir, si la velocidad de la luz es homogénea, en las grabaciones y debido a que la distancia entre observadores y el evento 2 también es la misma, nuestras grabaciones también se encontrarán sincronizadas para este segundo evento.
En caso de que las grabaciones no se encuentren sincronizadas para el evento 2, será un claro indicativo de que la luz no se desplaza con una velocidad homogénea.
Obviamente, hay que tener muchos pequeños detalles en consideración. Un balón se trata de un elemento demasiado grande como para hacer correctamente una medición fiable y debido a su masa, generará gravedad lo que considerando que necesitaremos de una grandísima precisión, puede que esta sea el motivo de generar un error en nuestra medición.
Puede que tengamos un problema debido a la velocidad del balón, cuanto más veloz se desplace el elemento observado, más sencillo será apreciar diferencias en las imágenes.
Solo con estas dos características optaría por emplear un láser en lugar del balón del ejemplo, pero no entraré en eso.
También podremos sufrir problemas de carácter tecnológico. La cantidad de fps necesarios para poder detectar esta posible diferencia en la velocidad en algo tan veloz como los fotones, será demasiado alta como para los estándares actuales, lo que dificultaría este método. Continuando con el problema de carácter tecnológico, sería el crear un sistema con los márgenes de fabricación lo suficientemente precisos como para que estos no generen discrepancias en los resultados, lo cual, al igual que con las cámaras, no tengo del todo claro que esté al alcance de los estándares actuales.
Para poder solventar, o al menos reducir el impacto tecnológico, deberemos considerar que, a mayor tamaño del sistema, menor será, al menos porcentualmente hablando, el error generado debido al margen de fabricación. También la sustitución de las cámaras, por algún tipo de material fotosensible, podría ayudar a simplificar el sistema, aunque esta opción nos generaría la necesidad de buscar otro método de medición que no requiera contabilizar la cantidad de fotogramas acontecidos entre ambos eventos, lo que podría implicar incluir alguna parte móvil en el sistema, lo cual podría ser contraproducente si no se hace bien.
Por último, también podremos encontrar un posible problema en la propia metodología, éste se basaría en la duda de si un fotón se trata de una onda o una partícula. En caso de tratarse de una onda, ésta comenzaría a propagarse al mismo tiempo para todas las direcciones y sentidos, pero si se tratase de una partícula, su emisión hacia cada una de nuestras cámaras no tiene por qué producirse simultáneamente, lo que provocaría un pequeño desfase entre las grabaciones de ambas cámaras que se trataría de un problema independiente al de la velocidad a la que el fotón viaje dependiendo de su dirección y sentido.
Hay que decir que, en caso de que los fotones se traten de partículas y muestren ese pequeño desfase derivado del momento de emisión, éste no sería dependiente de la distancia a recorrer, por lo que podríamos emplear este problema en nuestro favor. En caso de detectar una pequeña discrepancia entre ambas grabaciones y que este, se mantenga al aumentar la distancia entre los eventos observados y las cámaras, sería un indicativo de que los fotones son partículas. En el caso de que esta discrepancia altere su valor, significaría que esa discrepancia dependerá de la distancia recorrida y por lo tanto de la velocidad descrita por los fotones.
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