1r ciclo duda con la velocidad de la luz

[rubenpm]

Hola a todos. Resulta que hacía tiempo que no daba nada de relatividad y me he puesto a repasar mis apuntes para recordar cosas y me han surgido unas dudas.
En mis apuntes (y algún libro que he revisado) dice que la rapidez de la luz en el VACÍO es la misma en todos los marcos inerciales y que es imposible que un observador inercial viaje a una rapidez igual o mayor que la rapidez de la luz en el vacío. Así que:

1) si no estamos en el vacío se sigue cumpliendo esto? quiero decir, digamos que estamos en un medio en el que la rapidez de la luz es 200mil km/s, en ese medio seguirías viendo la luz ir a 300mil km/s?

2) Parece como que lo que no está permitido es ir a 300mil km/s o más así que nada te impide ir, por ejemplo, a 250mil km/s verdad? entonces en este medio en el que la luz va a 200 mil, tú podrías ir más rápido que la luz?

[Ulises7]

Re: duda con la velocidad de la luz

1. No, la velocidad de la luz en un medio material depende del índice de refracción n del medio:

$n = \dfrac{c}{v}$

Donde v es la velocidad de la luz en el medio y c la de la luz en el vacío, que es una constante universal.

Por tanto si la luz va a 200.000 km/s la verias ir a 200.000 km/s.

2. Correcto, lo que está prohibido por la relatividad especial es que las partículas con masa no nula puedan igualar o superar c (surge de ver que el trabajo necesario para acelerar una partícula de masa m a c es infinito, hay una asíntota vertical en el diagrama E—v, energía—velocidad. Porque el factor de Lorentz da infinito en ese dominio).

En ciertas situaciones se puede ir más rápido que la luz y se dan fenómenos curiosos como la radiación de Cherenkov.

Me imagino que tus dudas radican en el tema absorción luz—materia, a ver si luego encuentro un vídeo del Fermi Lab donde explican esto:

[Alriga]

Re: duda con la velocidad de la luz

... entonces en este medio en el que la luz va a 200 mil, tú podrías ir más rápido que la luz? ...

Sí, es habitual encontrar partículas que se desplazan más rápido que la luz en un medio material, (por ejemplo agua o aire) Entonces se produce (como bien te explica Ulises7) el Efecto Cherenkov

Existen grandes telescopios para detectar la luz de Cherenkov que generan los rayos cósmicos al penetrar en la atmósfera terrestre: Cherenkov Telescope Array

Saludos.

[rubenpm]

Re: duda con la velocidad de la luz

Muchas gracias a los dos.

- - - Actualizado - - -

me ha surgido otra duda:

tenemos por un lado que en este medio la luz la vemos siempre a 200mil km/s y por otro que no está prohibido ir, por ejemplo, a 250mil km/s no? Entonces imaginate esta situación:
una persona en reposo en este medio ve un a un rayo de luz ir a 200mil km/s en una cierta dirección, y además ve a una persona en una nave ir en esa dirección a 250mil km/s (nada lo prohibe no?). Pregunta: la persona en la nave también vería al rayo de luz ir a 200mil km/s?

No entiendo esto. Supongamos que la nave va por delante del rayo, entonces cómo es posible que la persona en reposo vea a la nave alejándose del rayo de luz (la nave va más rápida y por tanto cada vez le va sacando más distancia al rayo no?) y que por otro lado la persona en la nave (desde su punto de vista), al ver el rayo a 200mil km/s, vea como el rayo se va acercando a él.
Me estoy equivocando en algo?

[Richard R Richard]

Re: duda con la velocidad de la luz

Ojo, estas idealizando mucho la situación no se puede ir en el aire a 250,000 kilometros por segundo porque arderías como una bola de fuego tal cual lo de sucede a los asteroides al entrar a la atmósfera Y eso que van a menor velocidad .el rozamiento contra el aire sería impresionante una cosa es la luz que no tiene masa y otra una partícula material de tu cuerpo o de la nave viajando en un fluido viscoso
Pero yendo al grano de la pregunta salvo pequeñas correcciones relativista la persona que van la nave vería alejarse al rayo a cerca de 50000 kilómetros por segundo hacia atrás de su nave Recuerda que lo único que está prohibido es superar el valor de c en el vacío no nada que ver con la velocidad de la luz en un medio material

[rubenpm]

Re: duda con la velocidad de la luz

Ojo, estas idealizando mucho la situación no se puede ir en el aire a 250,000 kilometros por segundo porque arderías como una bola de fuego tal cual lo de sucede a los asteroides al entrar a la atmósfera Y eso que van a menor velocidad .el rozamiento contra el aire sería impresionante una cosa es la luz que no tiene masa y otra una partícula material de tu cuerpo o de la nave viajando en un fluido viscoso
Pero yendo al grano de la pregunta salvo pequeñas correcciones relativista la persona que van la nave vería alejarse al rayo a cerca de 50000 kilómetros por segundo hacia atrás de su nave Recuerda que lo único que está prohibido es superar el valor de c en el vacío no nada que ver con la velocidad de la luz en un medio material

pero entonces la persona en la nave no vería a la luz ir a 200mil km/s y se supone que todos los observadores deben ver a la luz ir a la misma velocidad no?

[pod]

Re: duda con la velocidad de la luz

se supone que todos los observadores deben ver a la luz ir a la misma velocidad no?

Ésto sólo es cierto en el vacío.

De hecho, cuando un rayo de luz pasa por un medio es absorvido y reemitido por los átomos numerosas veces, y por eso "parece" que se mueva más lento (esto es una simplificación, pero puede ser útil para entender). Si pudieramos observar el rayo de luz en su recorrido entre átomos, entonces veríamos que se mueve a la velocidad habitual y no habría nada raro.

De hecho, la medición de la velocidad de la luz en un medio denso fue uno de los experimentos que dieron forma a la relatividad, reconocido por el propio Einstein. Fue el conocido experimento de Fizeau. El tratamiento relativista es bastante simple, debido a la interacción con el medio la luz se comporta como cualquier otro cuerpo móvil que viaja a una velocidad v < c. Las leyes de invariancia y del límite de velocidad se aplican a luz que se propaga de forma libre.

[rubenpm]

Re: duda con la velocidad de la luz

Muchas gracias por responder.

Ésto sólo es cierto en el vacío.

De hecho, cuando un rayo de luz pasa por un medio es absorvido y reemitido por los átomos numerosas veces, y por eso "parece" que se mueva más lento (esto es una simplificación, pero puede ser útil para entender). Si pudieramos observar el rayo de luz en su recorrido entre átomos, entonces veríamos que se mueve a la velocidad habitual y no habría nada raro.

Pues en el video que ha pasado Ulises7 dice justo que eso es lo que no pasa, que la luz va más lenta porque hace vibrar a los electrones los cuales generan su propio campo variable y la luz que vemos en el medio sería la onda original + la onda generada por lo electrones y esta nueva onda tiene velocidad menor.
Igual me has dicho eso para que me hiciera una idea aunque realmente no sea así del todo (como cuando se dice que los electrones giran alrededor del núcleo) si es así no he dicho nada

El tratamiento relativista es bastante simple, debido a la interacción con el medio la luz se comporta como cualquier otro cuerpo móvil que viaja a una velocidad v < c. Las leyes de invariancia y del límite de velocidad se aplican a luz que se propaga de forma libre.

En el aire la luz se trata como cualquier otro cuerpo? si estás en el vacío y empiezas a poner átomos poco a poco, lo de que todos los observadores ven a la luz con la misma velocidad se deja de cumplir poco a poco? o se deja de cumplir de golpe? si se deja de cumplir de golpe, lo hace en el momento que interactúa con un átomo de materia no? o cómo va? (perdón por tantas preguntas, pero a ver si me aclaras las dudas)

[pod]

Re: duda con la velocidad de la luz

Muchas gracias por responder.

Pues en el video que ha pasado Ulises7 dice justo que eso es lo que no pasa, que la luz va más lenta porque hace vibrar a los electrones los cuales generan su propio campo variable y la luz que vemos en el medio sería la onda original + la onda generada por lo electrones y esta nueva onda tiene velocidad menor.
Igual me has dicho eso para que me hiciera una idea aunque realmente no sea así del todo (como cuando se dice que los electrones giran alrededor del núcleo) si es así no he dicho nada

Ya te dije que era una simplificación. Lo que comentas es otra simplificación, aunque probablemente menos simple. Está bien que entiendas las dos: Una es una forma más corpuscular de verlo; la otra más ondulatoria. Se puede hablar mucho de este tema, es apasionante y complejo, pero seria para otro hilo, mejor nos centramos en el tema de éste. Lo importante es que entiendas que la luz que se propaga por un medio, de alguna forma, no es la misma luz que entró a ese medio, sino que es el resultado de la interacción de la luz original con el medio; los puedes entender como que ha sido absorvida-reemitida muchas veces, o como que es el resultado de la interferencia de muchas fuentes de luz secundarias. Las dos explicaciones tienen parte de razón, pero son simplificaciones de un proceso bastante complicado.

En el aire la luz se trata como cualquier otro cuerpo?

Al final, depende de la precisión y características de tu experimento. Para la mayor parte de situaciones cotidianas el coeficiente de refracción del aire se puede considerar 1. En la vida cotidiana probablemente no tenga ningún efecto. Sin embargo, sigue siendo un poquito mayor a uno y, por lo tanto, en el aire se pueden producir fenómenos característicos de medios donde la luz va (de forma efectiva) a menor velocidad que c. Por ejemplo, la radiación de Cherenkov que se produce cuando los rayos cósmicos colisionan con la atmósfera: se producen partículas tan energéticas que se mueven a mayor velocidad que la luz efectiva en el aire. Como comentó Alriga, se construyen aparatos de medida específicos para detectar esa radiación de Cherenkov y estudiar indirectamente los rayos cósmicos.

Por otro lado, cuando decía que se "trata como cualquier otro cuerpo" me refería a efectos de la adición de velocidades. Obviamente, en otros aspectos sigue siendo sumamente diferente a un cuerpo material. P.ej, no puedes ejercer una fuerza sobre la luz, no tiene masa, etc.

si estás en el vacío y empiezas a poner átomos poco a poco, lo de que todos los observadores ven a la luz con la misma velocidad se deja de cumplir poco a poco? o se deja de cumplir de golpe? si se deja de cumplir de golpe, lo hace en el momento que interactúa con un átomo de materia no? o cómo va? (perdón por tantas preguntas, pero a ver si me aclaras las dudas)

A mi me parece que ésto ya es complicarse de forma innecesaria. Veamos: lo que los principio de la relatividad nos dicen es que si tu observas un rayo de luz (o un frente de ondas si te gusta la versión ondulatoria) que se propaga de forma libre, entonces irá a velocidad c para todos los observadores inerciales. Luego, si esa luz interacciona con materia, independientemente de la cantidad de materia que haya, entonces ya no es una propagación libre. Desde este punto de vista, es una custión bastante binaria.

Otra cosa es que haya tan poca materia que puedas hacer la aproximación de despreciar la materia y considerar propagación en vacío.

En Física, uno de los conceptos más importantes es entender és que a menudo la realidad es tan compleja que nos vemos forzados a hacer aproximaciones. Y siempre es importante saber ver en qué condiciones la aproximación deja de ser válida. Muchas veces es obvio detectar si es válida o no es válida en límites exajerados: por ejemplo, si tenemos apenas un par de protones por metro cúbico como en el espacio intergaláctico, entonces está claro que la aproximación de vacío será válida. Dentro de una pieza de plomo, obviamente no lo será. ¿En qué punto deja de ser válido? Pues eso es una zona gris donde no hay respuesta clara. Probablemente dependa de la precisión con la que mides. Pero esa no es una cuestión de principio; el principio habla de vacío, únicamente.