1r ciclo Aceleración de la luz

[chmv]

Hola a todos, no sabía muy bien donde colocar este tema, lo dejo aquí pues.

Llevo unos días con una duda, me preguntaba cuál es la aceleración de la luz visible (aqui mismo en la tierra al aire libre y no en vacío) entre el instante en que empieza a emitirse la radiación desde cualquier foco emisor (una bombilla p.ej) hasta que se estabiliza. Pensé que no puede ser algo instantáneo y aunque sea infinita debe tener un proceso transitorio de aceleración, tal vez exponencial o asintótico, pero no tengo ni idea del tema... tal vez podáis sacarme de la duda.

Y otra cosa, este proceso transitorio ¿variaría en el seno de campos gravitatorios distintos?

Saludos!
Y gracias de antemano.

[Afisionado]

Re: Aceleración de la luz

Los fotones no se aceleran; se emiten en forma de paquetes o cuantos de energía que tienen como velocidad, siempre, la constante c. Entre otras cosas, aun si lo consideráramos mediante la mecánica clásica, para acelerar algo ese algo debe tener una masa ($a = \frac{F}{m}$) y la masa del fotón es cero patatero con lo que, matemáticamente, la aceleración sería infinita.

Te copio un texto extraido de la wikipedia (la única referencia seria que he encontrado) en el que hablando de la imposibilidad de superar la velocidad de la luz dice:

Sin embargo, de acuerdo a la Relatividad Especial, lo que medimos como velocidad de la luz en el vacío es en realidad la constante física c. Esto significa que todos los observadores, sin importar su aceleración o velocidad relativa, siempre verán que las partículas de masa cero (como el fotón o el gravitón) viajan a velocidad c. Esto significa que las medidas de tiempo y velocidad en distintos marcos ya no se relacionan por constantes, sino por las Transformaciones de Poincaré, lo que a su vez implica que:

• Para acelerar un objeto de masa distinta a cero hasta que tienda a c se necesitaría tiempo infinito con aceleración finita, o aceleración infinita con tiempo finito
• De cualquier manera, tal aceleración requiere energía infinita. Ir más allá de la luz en un espacio homogéneo entonces requeriría más que infinita energía, lo cual es una noción irracional

Saludos.

[chmv]

Re: Aceleración de la luz

De acuerdo, aunque si conocía lo de la ausencia de masa del fotón me imaginaba el proceso de emisión como acelerativo. Aceleración es pues una noción usada estrictamente en física clásica... ¿cierto?

Entonces, según relatividad especial, la luz en un medio homogéneo determinado siempre posee la misma velocidad incluyendo el instante de emisión ¿no?

Un saludo,

[Afisionado]

Re: Aceleración de la luz

De acuerdo, aunque si conocía lo de la ausencia de masa del fotón me imaginaba el proceso de emisión como acelerativo. Aceleración es pues una noción usada estrictamente en física clásica... ¿cierto?

Einstein introdujo la relatividad general precisamente porque la relatividad especial no tenía en cuenta la aceleración (recuerda que, según el principio de equivalencia, la aceleración que sufre un cuerpo es indistinguible de la gravedad que sufre si está sometido a un campo gravitatorio).

Entonces, según relatividad especial, la luz en un medio homogéneo determinado siempre posee la misma velocidad incluyendo el instante de emisión ¿no?

Un saludo,

Se me olvidó decir en el post anterior una cuestión importante y es la diferencia entre velocidad de los propios fotones (que es lo que se entiende por velocidad de la luz en el vacío, sin colisiones de los fotones con otras partículas) y velocidad de la luz en un medio distinto del vacío que quizá debería llamarse "velocidad de propagación de la energía lumínica en un medio distinto al vacio". Esto es así porque en medios distintos al vacío los fotones son constantemente absorbidos y reemitidos por las partículas de la materia por la que viajan, siendo este proceso de absorción/reemisión el que marca lo que conocemos como "velocidad de la luz en un medio distinto al vacío.

Por otro lado, aunque no soy un experto en el tema (aún ) cada día estoy más convencido de que hay que cambiar el chip cuando se trata con cosas como la velocidad de la luz. Me refiero a que hay que tener en cuenta de que al hacerlo estamos situándonos en uno de los límites del universo, el de la velocidad frontera, donde nuestras nociones intuitivas y nuestra forma mecanicista de pensar fallan en sus previsiones. Pasa lo mismo cuando hablamos del cero absoluto donde los materiales comienzan a hacer cosas raras, la gravedad extrema de los agujeros negros, etc. Así, fallan cosas como sumar velocidades (2 y 2 ya no son 4), velocidades relativas entre los cuerpos (el que se mueve a velocidad de la luz es la luz respecto a todo lo demás; no se puede decir, por ejemplo, que nosotros nos movemos a velocidad de la luz respecto a la luz), etc.

Espero haber acertado en algo y que te sirva de ayuda
Saludos.

[chap]

Re: Aceleración de la luz

Hola a todos. Para chmv : Lo que te han explicado los compañeros es lo que necesitas saber como etudiante, si es ese tu caso. Si no lo es y simplemente deseas poner a prueba tu intento de razonar con lógica, hay algunos detalles para comentar.

1. Tal como te han explicado en las notas previas, la velocidad es distinta de C cuando el medio no es el vacío.

2. Lo que sigue debería ser siempre cierto, pero se comprueba mejor con emisiones muy potentes que con emisiones de potencia moderada o baja. Si el emisor irradia mucha potencia (a lo bestia), en la cercanía del emisor tienes mucha energía concentrada en poco volumen. Eso modifica en una cuantía no despreciable la permitividad eléctrica $\epsilon$ y la permeabilidad magnética $\mu$ confiriéndoles valores que se apartan de $\epsilon_0$ y la de $\mu_0$ . El resultado es una velocidad de propagación menor que C y cuanto más cerca del emisor, menor es la velocidad.

3. Podríamos llevar esto al extremo imaginando una fuente de radiación puntual. Aunque emita una potencia moderada, la región muy próxima a la fuente tiene un volumen muy pequeño y la densidad de energía es muy grande. A una distancia infinitesimal de la fuente la densidad tiende a infinito y la velocidad de propagación es infinitesimal. No puede ser directamente igual a cero, pues en ese caso la onda nunca abandonaría el entorno inmediato de la fuente. Pero conceptualmente corresponde pensar que la onda empieza con velocidad muy, muy pequeña en el entorno inmediato y cuando se aleja gradualmente aumenta su velocidad.

4. La onda es portadora de energía y esa energía comienza moviéndose lentamente para aumentar gradualmente la velocidad. Se estabilizará en el valor C cuando se encuentre a distancia infinita de la fuente y la densidad de energía de la propagación sea igual a cero. Este razonamiento estaría indicando que ninguna onda real viaja con la velocidad límite C , pues nunca se aleja infinitamente de su fuente ni de otras fuentes de radiación que contribuyen a la densidad de energía en todas las regiones de universo. Es decir ninguna medición de la velocidad de la luz puede dar el valor exacto de la constante C de la relatividad restringida. Se requieren otras maneras de determinar esa constante, aprovechando que

$C=\dfrac{1}{\sqrt{\mu_0\epsilon_0}}$

5. Te aviso que ningún físico práctico pierde noches de sueño por esos asuntos, pues a no mucha distancia de la fuente la diferencia entre C y la velocidad que alcanza una onda en la práctica es demasiado pequeña como para medirla. Si esa diferencia adquiriese importancia sería en algún tipo de acontecimiento fundamental del cosmos, donde se concentran brutalmente la propiedades físicas conservativas. Fuera de eso el mejor esquema para resolver asuntos de física es justamente lo que te han comentado en las otras notas. Mi mejor saludo.

[pod]

Re: Aceleración de la luz

Aceleración es pues una noción usada estrictamente en física clásica... ¿cierto?

Primero, la relatividad es una teoría clásica (en el sentido de que no es cuántica).

Segundo, la aceleración es un concepto totalmente válido tanto en relatividad como en cuántica.

Lo único que ocurre es que los fotones (y en general cualquier partícula de masa cero) es incapaz de sufrir aceleraciones, por que es incapaz de sufrir ninguna interacción sin ser destruido (este es el sentido de que la aceleración se haga infinita cuando la masa tiende a cero). Eso es lo que pasa, por ejemplo, cuando un fotón interacciona con un átomo tal y como ya se ha mencionado ya en el hilo: el fotón desaparece durante un breve periodo de tiempo para ser reconstruido poco más tarde.

Entonces, según relatividad especial, la luz en un medio homogéneo determinado siempre posee la misma velocidad incluyendo el instante de emisión ¿no?

La transmisión de la luz por un medio que no sea el vacío es algo muy complicado de estudiar. Como la velocidad efectiva ya no es "c", entonces tampoco es un invariante. Es decir, cuando la luz va en un medio, su velocidad es relativa al observador; como si fuera arrastrada por el movimiento del medio. La causa microscópica de todo esto es lo que ya hemos comentado: la luz se "entretiene" siendo destruida y recontruida por los átomos con los que choca.

En definitiva, para entender las cosas, mejor que te olvides de los medios por el momento. El vacío es lo más sencillo y didáctico.

Einstein introdujo la relatividad general precisamente porque la relatividad especial no tenía en cuenta la aceleración (recuerda que, según el principio de equivalencia, la aceleración que sufre un cuerpo es indistinguible de la gravedad que sufre si está sometido a un campo gravitatorio).

Lo siento, pero no es así. La relatividad especial es perfectamente capaz de estudiar el movimiento acelerado de cualquier partícula (con la salvedad de las partículas sin masa, que pueden sufrir aceleraciones). Eso siempre y cuando el estudio se haga desde un sistema de referencia inercial.

Es decir, lo que no puede estar acelerado es el sistema de referencia. Y es precisamente la aceleración del SR la que es equivalente a un campo gravitatorio en RG.

Si la relatividad especial no fuera capaz de estudiar movimiento acelerados, entonces no sería válida para construir y estudiar los aceleradores de partículas. Ni el campo electromagnético (por que cualquier campo electromagnético provoca aceleración sobre las cargas).

2. Lo que sigue debería ser siempre cierto, pero se comprueba mejor con emisiones muy potentes que con emisiones de potencia moderada o baja. Si el emisor irradia mucha potencia (a lo bestia), en la cercanía del emisor tienes mucha energía concentrada en poco volumen. Eso modifica en una cuantía no despreciable la permitividad eléctrica $\epsilon$ y la permeabilidad magnética $\mu$ confiriéndoles valores que se apartan de $\epsilon_0$ y la de $\mu_0$ . El resultado es una velocidad de propagación menor que C y cuanto más cerca del emisor, menor es la velocidad.

Los valores de la permitividad y permeabilidad dependen únicamente del medio, no de la cantidad de radiación que allí haya, más abajo lo argumentaré un poco más.

La potencia de la "antena", no tiene nada que ver con esto. No me despistes a la gente.

4. La onda es portadora de energía y esa energía comienza moviéndose lentamente para aumentar gradualmente la velocidad. Se estabilizará en el valor C cuando se encuentre a distancia infinita de la fuente y la densidad de energía de la propagación sea igual a cero.

Esto es mentira. Cualquier onda o pulso electromagnético debe cumplir la ecuación de ondas, y en consecuencia se desplaza a la velocidad de la luz desde el primer instante.

Ten en cuenta que una onda electromagnética siempre es causada por el cambio en el estado de movimiento de una carga eléctrica. Como la partícula está en otro sitio, y se mueve a otra velocidad, el campo eléctrico y magnético deben "actualizarse". Pues bien, esa actualización se hace a la velocidad de la luz, y se percibe como una onda electromagnética.

Si este es el origen, ¿que sentido tiene que dicha actualización del campo se produzca a velocidad diferente dependiendo de la cantidad de actualizaciones que estén pasando (i.e, de la cantidad de radiación)?

Es más, como sabes, el primer principio de Newton dice que cualquier cosa se mueve a velocidad constante a no ser que haya algo que le fuerce a cambiar su velocidad. Si tu "teoría" fuera correcta, significa que uan vez emitida, hay "algo" que empuja la luz para que su velocidad sea cada vez más alta, llegando a la velocidad de la luz en tiempo infinito.

Simplemente, no tiene sentido, chap. Por muy bien que te suene algo, no quiere decir que sea cierto. Piensa un poco antes de publicar según que mensajes.

5. Te aviso que ningún físico práctico pierde noches de sueño por esos asuntos, pues a no mucha distancia de la fuente la diferencia entre C y la velocidad que alcanza una onda en la práctica es demasiado pequeña como para medirla.

O quizá ningún físico práctico pierde el tiempo pensando en esto por que simplemente es mentira...

[chap]

Re: Aceleración de la luz

Hola a todos. Solamente para ilustrar la complejidad de los fenómenos de la zona cercana al emisor, complejidad que no disminuye en el vacío, pongo como ejemplos los enlaces siguientes. Juro solemnemente, por las barbas de Maxwell, que los he hallado rápidamente con ayuda de Google y que no es mentira que así los he hallado. Mi mejor saludo.

http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecn.../apuntes_3.pdf (página 10)

http://redshift.vif.com/JournalFiles...F/V15N4KHO.pdf (en inglés)

http://ceta.mit.edu/PIER/pier56/05.0505121.Sten.H.pdf (en inglés)

[pod]

Re: Aceleración de la luz

Hola a todos. Solamente para ilustrar la complejidad de los fenómenos de la zona cercana al emisor, complejidad que no disminuye en el vacío, pongo como ejemplos los enlaces siguientes. Juro solemnemente, por las barbas de Maxwell, que los he hallado rápidamente con ayuda de Google y que no es mentira que así los he hallado. Mi mejor saludo.

http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecn.../apuntes_3.pdf (página 10)

http://redshift.vif.com/JournalFiles...F/V15N4KHO.pdf (en inglés)

http://ceta.mit.edu/PIER/pier56/05.0505121.Sten.H.pdf (en inglés)

Chap, no hagas búsquedas en google para intentar enmascarar el hecho de que te has tirado a la piscina y no había agua

[chap]

Re: Aceleración de la luz

Mientras llamas a la emergencia médica para que me rescate, vivo si es posible, descárgalos y léemelos. La espera de la ambulancia me parecerá más corta. Mi mejor saludo.