Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

[pablotrive]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Sigo sin entender, a ver, supongamos este ejemplo:

Teniendo un haz lumínico, dos puntos en el espacio, A y B, un espejo fijado en B y la fuente lumínica en A, dos observadores, uno en reposo con respecto al espejo y la fuente y otro en movimiento uniforme a velocidad C.
Sean los dos puntos fijos A y B, tenemos que de A nace el haz y en B se refleja. El observador en reposo será N y el observador en movimiento será N’.
La distancia AB es de 300.000 km. El haz sale de A en el instante To, llega a B en T1 y vuelve a A en T2.
Como la distancia AB es 300.000 km, sabiendo que C=300.000km/s tenemos que T2=2 segundos para el observador N.
N’ que viaja a velocidad C también tarda 2 segundos en recorrer AB – BA. Aplicando las transformaciones de Galileo tendríamos que para N’ el haz tuvo velocidad cero y por ende viajo a la par de el, tardando ambos, a la misma velocidad, el mismo lapso de tiempo, lo mismo que observaría N, pero como en el caso del segundo postulado relativista no son aplicables dichas transformaciones y que la luz mantiene su velocidad para todo sistema de coordenadas, tenemos que para N y N’ la velocidad del haz es la misma, pese a que N’ se mueve a la misma velocidad que el haz luminico, entonces para N el haz debería haber viajado a 600.000km/s, o sea la velocidad de N’ mas la del haz (siendo que N’ mientras se desplazaba a C, registraba para su sistema la velocidad del haz también como 300.000km/s en su misma dirección). Por lo tanto el haz habría tardado en recorrer la distancia AB – BA en un segundo en lugar de dos como se calculaba para el sistema de coordenadas N, o para N’ la distancia AB – BA fue de 150.000km en lugar de 300.000km.
De esta manera, cuando N’ llegaba a B el haz ya había vuelto a A, ocurriendo que para N’ la velocidad del haz seria siempre vN’+C. Lógicamente para N, el haz y N’ deberían regresar a A en T2, porque N’ se mueve a la velocidad de la luz y el haz lo mismo, sin embargo N’ nota que el haz se desplaza a C delante de el, lo cual arrojaría dos resultados diferentes para T2.

Esta mal este razonamiento?

Saludos

[guibix]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

No sirve usar las transformaciones de Galileo con velocidades relativistas para ver lo que pasa, hay que aplicar el factor gamma.

En Primer lugar, NADA con masa puede acelerar hasta c.

Suponiendo, en tu ejemplo, que N' va a CASI c, el fotón lo adelantará igualmente y, debido a que N' ve dilatado su tiempo que es menor a 1s en recorrer el tramo de 300.000km, ya que esos 300.000km para N' son muchos menos, por lo que tarda menos.

En consecuencia, N' ve la luz alejarse de él a c. Digamos que el tiempo y el espacio son los que varían con la velocidad, adaptándose de tal modo que la velocidad de la luz es siempre constante para todos los observadores. Lo que no es igual es la posición de los objetos y el instante de los sucesos.

[pod]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Respecto al experimento de las bolas, es totalmente inapropiado para analizar el contexto histórico del experimento de Michelson-Morley. Porque, por aquél entonces, no tenían ni idea de la dualidad entre ondas y partículas; tenían claro que era una onda (desde Maxwell) y se esperaban que se comportara como una onda. De hecho, la primera piedra de la dualidad se puso en el mismo año que la relatividad (efecto fotoeléctrico), pero M-M no tenían ni idea de ello.

Lo apropiado en este caso sería utilizar otra onda. Por ejemplo, sonido. Si se hace el experimento de M-M con sonido, veríamos que la velocidad de la onda es diferente en las diferentes ramas (si el interferómetro se mueve con respecto al aire), que es lo que esperaban encontrar en su día.

Según el principio de relatividad, todas las leyes de la física deben ser las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales... a no ser que haya una buena razón para que exista una referencia. En el sonido, la razón es que las propiedades de su propagación depende del aire, lo que define un SRI privilegiado (aquél en que el aire está en reposo). Pero en la luz no existe ninguna razón, porque no hay medio (este es la principal conclusión de M-M).

Así que la velocidad de la luz debe ser la misma en todos los SRI. Este fue uno de los indicios que hizo pensar que había que buscar una nueva mecánica donde la velocidad de la luz fuera absoluta. Y sale de la conjunción del principio de relatividad (que ya existía desde Galileo, pero ahora se extiende a los fenómenos electromagnéticos) y la observación experimental que la velocidad de la luz no depende del movimiento del objeto que la emite.

Si se hubieran pensado que la luz era una partícula, como una pelota, el resultado de M-M no hubiera sido nada raro. Hubiera sido el esperado, según las transformaciones de Galileo. A lo mejor fue una suerte que el efecto fotoeléctrico no fuera explicado hasta poco después de tener M-M.

En cualquier caso, no esta mal reiterar que esa era la situación hace 105 años. Ahora tenemos una cantidad inmensa de carga experimental que apoya la teoría de la relatividad (especial y general).

[Blasco]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Muchas gracias pod, creo que está mas o menos claro.
El problema sigue siendo para mí siempre el mismo, la falta de intuición cuando nos topamos con la relatividad.
Pero que le vamos a hacer, la intuición y la belleza de la física, bajo mi punto de vista y con perdón, se perdieron cuando llegó la relatividad, antes estaba al alcance de muchos y hoy pienso que de solo unos pocos. (O al menos ellos dicen que alcanzan a comprenderla)

Un saludos

[pablotrive]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

No se puede usar transformaciones galileanas porque la relatividad usa lorentzianas, nada puede viajar mas rapido que la luz porque la teoria asi lo exige, como la velocidad de la luz tiene caracter absoluto todas las demas coordenadas se acomodan, por lo tanto mi ejemplo usando transformaciones galileanas y sentido comun no sirve, lo que me queda de todo esto es que la relatividad se basa en la relatividad. La TGR es un sofisma entonces?

[guibix]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

¿Porqué debería ser una falacia la TRG?

Creo que aquí está bastante bien explicado, que por cierto, la serie "Universo Mecánico" es de lo mejorcito que he visto en física divulgativa.

http://www.youtube.com/watch?v=GOurIDhUd_I

[bertolet]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

No se puede usar transformaciones galileanas porque la relatividad usa lorentzianas, nada puede viajar mas rapido que la luz porque la teoria asi lo exige, como la velocidad de la luz tiene caracter absoluto todas las demas coordenadas se acomodan, por lo tanto mi ejemplo usando transformaciones galileanas y sentido comun no sirve, lo que me queda de todo esto es que la relatividad se basa en la relatividad. La TGR es un sofisma entonces?

La relatividad se basa en la experiencia, no en sí misma. Aunque no sea en la experiencia cotidiana. Saludos.

[pablotrive]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

En el experimento M-M, suponiendo de la naturaleza dual de la luz, solamente el aspecto corpuscular, sea que dos partículas, que se mueven paralelamente una respecto a la otra a una velocidad v1 (respecto al "sistema universal de referncia"), caen en dicho dispositivo, el cual se mueve a una velocidad V (respecto a ese mismo sistema), aquí v1>V. Entonces tenemos la velocidad v1-V respecto al dispositivo. Después del reflejo, en el centro del dispositivo la partícula 1 se moverá en la dirección perpendicular con esa misma (en módulo) velocidad v1-V respecto al dispositivo. Las partículas se reflejarán en los extremos de los brazos al mismo tiempo. Así, ellas alcanzarán al mismo tiempo tanto el punto O como el punto O1. No se observará ninguna diferencia de velocidades entre estas dos partículas para dos direcciones mutuamente perpendiculares, independientemenete de las velocidades v1 y V. De esta manera, si consideramos a la luz como un flujo de partículas, entonces los experimentos de Michelson-Morley (Kennedy-Thorndike, Tomashek, Bonch-Bruevich y Molchanov y otros) no pudieron dar ningún resultado positivo.

Suponiendo ahora la naturaleza ondulatoria de la luz. En este caso la velocidad de la luz puede depender sólo de las propiedades del medio (el éter o el vacío) y/o de las características internas de la misma luz en transmisión. Si aceptamos la hipótesis sobre la existencia del éter entonces la velocidad de la luz depende de las propiedades de este medio (por analogía con el sonido). Es obvio entonces que la velocidad de la luz no puede sumarse a la velocidad de movimiento de la fuente (el ruido de un avión supersónico se transmite a una velocidad constante, fijada por el medio y, como resultado, el avión se adelanta al sonido). También es evidente que, puesto que la luz interactúa tanto con la materia (se absorbe o se dispersa) como con el éter (de transmite en él), entonces deberá observase también una interacción entre el éter y la materia. Y en el experimento de Michelson-Morley se suponía algo improbable: el "amarre" sólido de la luz al éter junto con la absoluta interacción de éste con los cuerpos (sin interesarse por la Tierra, por el dispositivo).

Si la luz representa una onda entonces la velocidad de la fuente cambia sólo la frecuencia. De esta manera, la velocidad de la luz c(w) no depende de la velocidad de la fuente para la frecuencia w dada. Las ondas de luz de una misma frecuencia son idénticas una a la otra. Y si percibimos la luz de frecuencia w entonces es completamente indiferente que ésta se hubiese emitido por la primera fuente inmediatamente con esta misma frecuencia w o que se haya emitido con la frecuencia w1 y que a consecuencia del movimiento de la fuente la frecuencia haya cambiado w1 -> w (el efecto Doppler). En ambos casos el valor medido para w será el mismo.

Teniendo en cuenta que la luz incidente, la que pasó a través de la placa delgada y la que se reflejó en el espejo tienen la misma frecuencia en un mismo sistema de observación entonces la velocidad de la luz c(w) permanecia constante para dos direcciones mutuamente perpendiculares y los experimentos no pudieron descubrir nada. El experimento de Tauson con dos laseres idénticos tampoco pudo descubrir nada ya que al fusionar los dos rayos en una misma imagen (en una misma dirección) la frecuencia se vuelve igual y no se observarán ningunas pulsaciones regulares. De este modo, el intento de buscar los cambios en la velocidad de la luz en los experimentos con una frecuencia fija no es correcto en su escencia. La única dependencia que se puede intentar hallar es c(w), todas las demás dependencias pueden entrar sólo indirectamente, a través del efecto Doppler.

Cuando se parte desde " el punto de vista clásico" del éter inmóvil entonces, para el calculo de la diferencia del tiempo de recorrido de los rayos, en el interferómetro de Michelson comúnmente se diduja un extraño esquema para el cual no funciona la ley de reflexión: el ángulo de incidencia no es igual al ángulo de reflexión.






Esto contradice a los experimentos. Entonces es necesario al menos explicar el mecanismo de tal anomalía y determinar su influencia sobre el experimento (esto se podría hacer si se presupone la suma de la velocidad de la luz con la velocidad del espejo del interferómetro según las leyes clásicas). Tampoco está claro como se adivina el ángulo que provee la interferencia de un mismo rayo. Puesto que todos los datos son registrados por el observador, que se mueve junto con el interferómetro, en realidad hay que analizar el experimento precísamente desde el punto de vista de este observador.

La sincronización del tiempo segín el método de Einstein trae limitaciones artificiales incluso para las ideas de los experimentos. Evidentemente, en virtud de la reversibilidad del movimiento relativo -v+v=0, puede existir sólo un efecto impar para la dependencia de la velocidad de la luz respecto a la velocidad de movimiento del sistema. Empero, se intenta determinar la velocidad de la luz como una velocidad promedio para dos direcciones mutuamente contrarias (en un camino cerrado). Por consiguente, la única dependencia clásica lineal de la velocidad de movimiento del sistema se autoexcluye. Así, tal enfoque sustituye al postulado de la constancia de la velocidad de la luz, el cual había que comprobar experimetalmente.

[Entro]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

La constancia de la velocidad tiene varios aspectos:

a) Uno lo toma como postulado, y entonces recupera la relatividad especial. La relatividad especial tiene por lo tanto esta base y entonces desarrollamos la teoría y verificamos sus predicciones experimentales en un experimento. Si el experimento es positivo respecto a la teoría la mantenemos y si es negativo la descartamos. En los últimos 100 aprox. ningún experimento ha puesto de manifiesto una contradicción con la teoría de la relatividad especial.

b) Uno intenta explicar la constancia de la velocidad de la luz.

Entonces ocurre lo siguiente:

¿Qué es más básico que el postulado de la velocidad de la luz?

Lo que es más básico que la velocidad de la luz es la presunción lícita de que todos los observadores inereciales han de ver la misma física.

Esto supone un problema, porque si estamos en la relatividad galileana, uno puede distinguir entre sistemas inerciales simplemente mirando a las ondas electromagnéticas (la velocidad de la luz variaría de unos a otros). Sin embargo, las ondas electromagnéticas tienen una velocidad (derivadas de las ecuaciones de Maxwell a través de una simetría muy fuerte) que únicamente dependen de la estructura del vacío. Pero está claro que el vacío es el mismo para todos en una situación ausente de gravedad y de observadores inerciales. Por tanto la velocidad de la luz ha de ser la misma para todos los observadores inerciales.

Por lo tanto llegamos a una contradicción muy fuerte aquí, la única forma posible de escapar de esto es asumir que c es constante (y eso depende de la presunción de que todos los observadores inerciales vean la misma física, que es bastante razonable). Y de aquí se deduce que la relatividad no puede ser galileana (es decir que la suma de velocidades no puede ser la que aplicamos en la vida usual, sino que hay que encontrar una nueva forma de "sumar" velocidades consistente con una simetría que hace que las ondas electromagnéticas preserven su estructura para todos los observadores inerciales.

Ahora bien, ahora nos planteamos poner en duda esto. ¿Cuales son las consecuencias?

Las consecuencias son tremendas algunas de las cuales son:

1.- Todo el modelo estándar de partículas sería erróneo.
2.- Todos los sistemas de sincronización y de relojería de precisión ya no serían válidos.

Tal vez esto te parezca utilitarista, pero es lo que hay. Te has planteado cuestionar un principio elemental (lo cual me parece genial por otro lado), pero es que hay dos cosas que recordar.

Los principio elementales identifican características absolutas de nuestro universo, y por tanto no se pueden deducir de principios más básicos. Simplemente es una identificación a partir de la cual seguimos adelante y construimos teorías que únicamente son valiosas por sus predicciones y por los exámenes experimentales que va superando. Así que recurrir al éxito experimental de una teoría no sólo es válido en física sino que es absolutamente necesario.

Desgraciadamente en física no tenemos un sistema de teoremas absoluto como en matemáticas, pero tampoco hemos de olvidar que en matemática también hemos de empezar por un sistema de aximoas que no tienen demostración.

Si te das cuenta, todo lo que he dicho anteriormente, y que he repetido en este foro en varias ocasiones, el argumento que he puesto es ciertamente circular.

a) La velocidad de la luz es constante para todo observador inercial independiente de su movimiento (y el movimiento de la fuente).

b) El vacío de todos los observadores inerciales es el mismo.

Estos dos postulados se pueden tomar como princpio fundamental y el uno implica al otro. La construcción histórica de la teoría empezó con el a) y derivamos el b). Pero es perfectamente lógico y consistente empezar por el b) y deducir el a).

Lo hagamos como lo hagamos, lo que se nos exige es que abandonemos la teoría galileana y vayamos a la teoría de la relatividad especial basada en el grupo de simetría de Lorentz y esto obliga a cambiar la forma de componer velocidades. Lo absolutamente maravilloso es que entendemos que cuando las velocidades son pequeñas comparadas con c, recuperamos el grupo de Galileo y la composición de velocidades es la suma usual de las mismas. Es decir, que relatividad especial contiene de la forma adecuada la relatividad de Galileo para velocidades pequeñas.

Si te empeñas en conocer el por qué de esto, entonces ya no hay respuestas válidas. Nuestro universo es así y lo describimos así, y por el momento con bastante éxito.

También nos podemos preguntar por qué la constante de Planck no es nula, por qué G hace que la gravedad sea tan débil, etc...

[Entro]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Hola ,queria saber si alguien me puede sacar una duda, y es la siguiente: en que se basa experimentalmente Einstein para asegurar que la velocidad de la luz es absoluta y que por mas que nos movamos a velocidades cercanas a ella no rigen las transformaciones galileanas?

He leido que en el 2do supuesto de la Teoria de la Relatividad Especial, dice

" 1) Sobre la base de la experiencia no existen ondas de luz estacionarias.
2) Tampoco existen tales fenómenos sobre la base de las ecuaciones de Maxwell.

Yo debo de haberme perdido algo pero creía que las ondas estacionarias de luz (o de ondas electromagnéticas en general) era el fundamento de las cavidades ópticas, por poner un ejemplo. Así como estas ondas estacionarias se usaban en el confinamiento de plasmas o en el enfriamiento de átomos.

Basta una simple búsqueda en google de los términos "standing light wave" o "standing electromagnetic wave" para cerciorarse de que existen y se usan tales ondas.

Además de que tiene que ser así, puesto que la interferencia es un elemento identificativo de las ondas y base de la estacionariedad de las mismas. Si las ondas electromagnéticas no presentaran estos procesos sería díficil denominarlas ondas.

Así que no entiendo que quieres decir con eso de que no existen ondas electromagnéticas estacionarias.

[pablotrive]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Así que no entiendo que quieres decir con eso de que no existen ondas electromagnéticas estacionarias.

Hola Entro, no, no te perdiste, lo que paso es que me olvide de citar la fuente respecto a ese párrafo:

"La génesis de la teoría especial de la relatividad" - Adolf Grünbaum

[Entro]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Pues yo no sé a qué se referirá, pero lo cierto es que las ondas electromagnéticas estacionarias existen y se usan.

[polonio]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Pues yo no sé a qué se referirá, pero lo cierto es que las ondas electromagnéticas estacionarias existen y se usan.

Por ejemplo, en los hornos microondas.

[pablotrive]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Pues yo no sé a qué se referirá, pero lo cierto es que las ondas electromagnéticas estacionarias existen y se usan.

Adolf Grünbaum en una antologia sobre la génesis de la teoria especial de la relatividad cita un texto de A. Einstein:

"...si persigo un rayo de luz con velocidad c (velocidad de la luz en el vacío) vería dicho rayo de luz como un campo electromagnético oscilante en el espacio y en reposo. Sin embargo parece ser que tal cosa no existe, ni sobre la base de la experiencia ni segun las ecuaciones de Maxwell."

A esto me refería, saludos.

[Entro]

Re: Carácter absoluto de la velocidad de la luz (?)

Bueno, pero eso no es una onda estacionaria. Eso es que no te puedes mover a una velocidad tal que ya no veas la onda porque tu velocidad coincide con la de propagación de la onda y solo ves una oscilación. (Todo ello referido a ondas electromagnéticas)