La singularidad de la luz

[carliños]

Segun tengo entendido, la teoria de la Relatividad no sería la misma, incluso no se hablaria de ella, si no existiera el hecho de que la velocidad de la luz es absoluta.

Y la pregunta es: Porque es asi? que tiene de especial la luz?

saludos

[aLFRe]

Re: La singularidad de la luz

Segun tengo entendido, la teoria de la Relatividad no sería la misma, incluso no se hablaria de ella, si no existiera el hecho de que la velocidad de la luz es absoluta.

Y la pregunta es: Porque es asi? que tiene de especial la luz?

saludos

Primero decirle algo que nos recalcan mucho en la Licenciatura
y es que lo que es constante es la velocidad de la luz en el vacio.
La velocidad de la luz depende el medio a través del que se propaga.

Para describir los fenómenos del Electromagnetismo,
creo que fue Faraday al que primero se le ocurrió el concepto de campo.
En cada punto del espacio existe una magnitud física con un valor determinado.
Estos campos se relacionan entre sí a través de las ecuaciones de Maxwell.
A diferencia de las ecuaciones de Newton,
las de Maxwell no son invariantes en una transformación de Galileo,
un caso de esto es el ejemplo de Sagan ya citado sobre el ciclista que porta una luz.

Imagine Vd. ahora que por una causa, la que sea,
varía el campo en un lugar del espacio.
Esta variación se transmite a una velocidad c, la de la luz,
FINITA. Creo que el hilo sobre el trueno puede aclarar un poco
a lo que me refiero.

La luz es una onda electromagnética.
Esta formada por dos campos, uno electrico el otro magnético
que varían en el tiempo.
A partir de las ecuaciones de Maxwell se puede
obtener, no es muy complicado, la ecuación de ondas
para estos dos campos, donde como en otras ecuaciones de ondas
que he estudiado aparece la velocidad de propagación.

Vd. podría formular todo el electromagnetismo, así se hizo al principio
pensando que las ecuaciones de Maxwell tienen esa forma sólo para
un sistema de referencia inercial especial ( en reposo absoluto )
y para cualquiera que se mueva
respecto de este "especial" una forma diferente.
Esto implicaría que la velocidad de la luz medida desde la Tierra
en direcciones perpendiculares arrojaría valores diferentes.
Es la medida hecha con el interferómetro de Michelson-Morley
y algunas variantes posteriores de ese montaje
que dió resultados negativos

( se buscaron otras explicaciones para este resultado negativo
pero la verdad es que hoy en día la relatividad está aceptada por la mayoría de la comunidad científica
aunque yo he encontrado algunas páginas y textos deliciosos en que se mantiene el sistema de referencia
absoluto, la verdad es que leerlas me hace pensar que tenemos por ciertas algunas cosas que en unos años
pueden ser totalmente falsas )

[pod]

Re: La singularidad de la luz

La mayoría de lo que dice alfredito es correcto, pero creo que no responde la verdadera pregunta de este hilo.

Segun tengo entendido, la teoria de la Relatividad no sería la misma, incluso no se hablaria de ella, si no existiera el hecho de que la velocidad de la luz es absoluta.

Hablamos de la relatividad especial de Einstein, que hay más relatividades

Cuando hablamos de "teoría", hablamos de un conjunto de "principios" (o axiomas, si a uno le gustan las mates) a partir de los cuales se derivan, como consecuencia lógica, el cuerpo de predicciones de la teoría.

El hecho que la velocidad de la luz es absoluta se deriva de los dos principios de la relatividad especial directamente (y es fácil la demostración). Por lo que, claro, si la teoría fuera diferente, de forma que la "absolutez" de la velocidad de la luz ya no fuera cierta, estaríamos hablando de otra teoría diferente...

Es como el dicho popular: si mi abuela tuviera p..., seria mi abuelo.

Y la pregunta es: Porque es asi? que tiene de especial la luz?

En realidad, físicamente nada. Son todo motivos históricos; razonamientos con ondas electromagnéticas (o sea, luz) fue lo que permitió a Einstein llegar a las conclusiones que llegó.

Todo esto está muy ligado al concepto de masa, de la teoría de la relatividad se desprende:

1. Todo objeto con masa siempre se mueve, respecto de cualquier observador, con una velocidad inferior a la de la luz.
2. Todo objeto sin masa se mueve siempre, respecto de cualquier observador, con una velocidad exactamente igual a la de la luz.

Por lo tanto, cuando decimos "la velocidad de la luz", en realidad deberíamos decir "la velocidad de las partículas sin masa". La luz es, simplemente, el primer "objeto sin masa" que se pudo estudiar. Se sigue utilizando la luz como primer ejemplo al hablar de relatividad por: 1) motivos históricos; 2) por que es la partícula sin masa más común y familiar a todo el mundo, haciendo que sea todo más fácil de imaginar; y 3) por que suena bien

De hecho, yo propongo acuñar el término "velocidad máxima de la información", que suena igual de rimbombante y tiene mucho más sentido físico.

[carliños]

Re: La singularidad de la luz

Bien, se entiende bien lo dicho, pero creo que no me he explicado bien en la pregunta.

En el ejemplo de la bicicleta en la que , para un observador sentado en la cuneta, la velocidad de la luz que sale de la linterna que lleva la bici, es exactamente la misma que podria medir el que conduce la bicicleta, a pesar de que , en un pricncipio, se podria sumar las dos velocidades (velocidad de bici mas la de la luz c).

Entonces , la cuestion es: por que a la "velocidad maxima de la informacion" le ocurre esto? Por que a las particuloas sin masa le ocurre esto? Por que a las particulas sin masa no se le puede sumar la velocidad de la bicicleta? Que tienen de especial? Porque Michelson y Morley no pudieron medir diferencias de velocidad segun la posicion de la Tierra (creo que fue así el experimento)?
Porque lo que si esta claro, segun Michelson-Morley , es que eso es una realidad y no una teoria.


Saludos

[carroza]

Re: La singularidad de la luz

En el ejemplo de la bicicleta en la que , para un observador sentado en la cuneta, la velocidad de la luz que sale de la linterna que lleva la bici, es exactamente la misma que podria medir el que conduce la bicicleta, a pesar de que , en un pricncipio, se podria sumar las dos velocidades (velocidad de bici mas la de la luz c).

Entonces , la cuestion es: por que a la "velocidad maxima de la informacion" le ocurre esto? Por que a las particuloas sin masa le ocurre esto? Por que a las particulas sin masa no se le puede sumar la velocidad de la bicicleta? Que tienen de especial?

Saludos

Hola. Creo que vas a disfrutar mucho cuando estudies y entiendas la relatividad especial en detalle.

Mientras tanto, fijate que tu partes de la base de que la velocidad con que un observador parado veria la luz de una bicicleta es la suma de la velocidad de la luz más la velocidad de la bicicleta.

Si te paras a pensar por qué esto es así, veras que es por que uno presupone implicitamente que el tiempo transcurre igual para el observador en la bicicleta como para el observador que esta en la cuneta.

Uno podria argumentar lo siguiente:
1) la velocidad de la luz, vista desde la cuneta, es el espacio recorrido (visto desde la cuneta) dividido por el tiempo empleado (medido desde la cuneta).
2) El tiempo empleado por la luz en ir de un punto a otro es el mismo medido desde la cuneta o medido desde la bicicleta.
3) El espacio recorrido (visto desde la cuneta) es el espacio recorrido por la luz (visto desde la bicicleta) mas el espacio recorrido por la bicicleta (visto desde la cuneta).

Bueno, pues la teoria especial de la relatividad, archicomprobada experimentalmente,
dice que 1) es correcto, pero 2) y 3) son falsos.

La relacion existente entre los tiempos y espacios medidos por distintos observadores vienen dados por unas expresiones, llamadas las transformaciones de Lorentz. Cuando las velocidades son pequeñas, entonces 2) y 3) son aproximadamente validas.

En general, si v es la velocidad de un objeto desde la bicicleta, y u es la velocidad de la bicicleta desde la cuneta, entonces la velocidad v' del objeto desde la cuneta es

$v' = {v + u \over 1 + uv/c^2}$

Esta ley de composicion de velocidades es válida siempre. Fijate que si v=c, entonces v'=c. Pero si v y u son pequeñas, comparadas con c, entonces v'=v+u.

[carliños]

Re: La singularidad de la luz

Hola. Creo que vas a disfrutar mucho cuando estudies y entiendas la relatividad especial en detalle.

Mientras tanto, fijate que tu partes de la base de que la velocidad con que un observador parado veria la luz de una bicicleta es la suma de la velocidad de la luz más la velocidad de la bicicleta.

Si te paras a pensar por qué esto es así, veras que es por que uno presupone implicitamente que el tiempo transcurre igual para el observador en la bicicleta como para el observador que esta en la cuneta.

Uno podria argumentar lo siguiente:
1) la velocidad de la luz, vista desde la cuneta, es el espacio recorrido (visto desde la cuneta) dividido por el tiempo empleado (medido desde la cuneta).
2) El tiempo empleado por la luz en ir de un punto a otro es el mismo medido desde la cuneta o medido desde la bicicleta.
3) El espacio recorrido (visto desde la cuneta) es el espacio recorrido por la luz (visto desde la bicicleta) mas el espacio recorrido por la bicicleta (visto desde la cuneta).

Bueno, pues la teoria especial de la relatividad, archicomprobada experimentalmente,
dice que 1) es correcto, pero 2) y 3) son falsos.

La relacion existente entre los tiempos y espacios medidos por distintos observadores vienen dados por unas expresiones, llamadas las transformaciones de Lorentz. Cuando las velocidades son pequeñas, entonces 2) y 3) son aproximadamente validas.

En general, si v es la velocidad de un objeto desde la bicicleta, y u es la velocidad de la bicicleta desde la cuneta, entonces la velocidad v' del objeto desde la cuneta es

$v' = {v + u \over 1 + uv/c^2}$

Esta ley de composicion de velocidades es válida siempre. Fijate que si v=c, entonces v'=c. Pero si v y u son pequeñas, comparadas con c, entonces v'=v+u.

Gracias, todo lo anterior ya lo tengo mas o menos claro.

Creo que algun forero me ha dejado ya por imposible

Pero, asi y todo, vuelvo a formular la cuestion, de otra forma:

¿Por que la velocidad de la luz, la de las particulas sin masa, la de la "velocidad maxima de la informacion" , es una constante de la naturaleza? ¿ que tiene de especial para serlo?

La velocidad del sonido tambien tiene una valor conocido que se lo ha "dado" la naturaleza, pero Einstein no se fijó en ella (por razones obvias), no es una constante de la naturaleza ( tambien por razones obvias).


A lo mejor es que no tiene respuesta, es asi porque si, y punto.

saludos

[pod]

Re: La singularidad de la luz

Creo que he respondido a la mayor parte de tu pregunta en tu otro hilo sobre el efecto doppler.

La cuestión básica es el problema de la ecuación de ondas, que es la que controla, entre muchas otras cosas, la velocidad de propagación de las ondas. En mecánica newtoniana se utilizan las transformaciones de Galileo para cambiar de un sistema de referencia inercial a otro; pero estas transformaciones no dejan invariantes la ecuación de ondas. Es decir, la ecuación de ondas no es la misma en todos los sistemas de referencia. En el caso de las ondas materiales (las que más se conocían por aquel entonces), esto no era un problema, hay un sistema de referencia privilegiado que es el que debe usarse para estudiar esa onda: el sistema de referencia del material por el cual se transmite la onda.

Pero Michelson-Morley demostraron que la luz no se propaga por ningún medio, o al menos que no hay un sistema de referencia privilegiado. Por lo tanto, la ecuación de ondas debe ser la misma en todos los sistemas de referencia; y eso implica cambiar las transformaciones de Galileo por otras, llamadas de Lorentz, que tengan la propiedad de dejar invariante la ecuación de ondas en todos los sistemas de referencia inerciales.

Todo esto se resume en una frase: "la velocidad de una onda es independiente del movimiento de su fuente", ya te dije que era importante. Para una onda mecánica, "la velocidad de una onda" significa la velocidad medida desde el punto de vista del medio por el que se propaga. Pero para una onda electromagnética, como no hay un medio que proporcione un sistema de referencia privilegiado, esto significa que la velocidad de una onda es independiente del movimiento de su fuente, en todos los sistemas de referencia.

De hecho, con todo esto, ya hemos cubierto los dos principios que la relatividad especial postula:

1. No se puede detectar el movimiento uniforme, absoluto.
2. La velocidad de una onda electromagnética es independiente del movimiento de su fuente.

El primero viene a significar que la física es la misma en todos los sistemas de referencia uniformes. El segundo, es todo lo que hemos estado hablando Toda la relatividad; la invariancia de la velocidad de la luz, $E = m c^2$, etc. viene de esos dos postulados únicamente.

[carliños]

Re: La singularidad de la luz

Bueno bueno, ahora parece que si que lo pillo!!! Me ha costado ehh!!
Si es que, cuando empiezo a ver ecuaciones me voy perdiendo.

A ver, para explicarlo de una forma "bruta", se podria decir:

- Las ondas mecanicas utilizan el propio "medio" por donde se mueven, para poder ser ondas mecanicas. Si no existe el "medio" transportador no pueden existir. Y por ello, siempre habra "algo" de donde tomar referencias.

- A Las ondas electromagnéticas no les hace falta "medio" para transportarse. Ellas mismas ya tiene "algo" (energia supongo), que se "desplaza". Y como no hay "medio" de donde tomar referencia, nos da igual la velocidad de la fuente, pues siempre será la misma la velocidad de desplazamiento.

Y supongo , que , a partir de esto, Einstein , y solo Einstein, empezó a comerse el coco para desarrollar sus teorias. El hecho estaba ahí, pero solo él tuvo la genialidad de percatarse de la trascencencia que ello tenía. Tiene webs la cosa eh!?!?! que tio!!!


Claro, que ahora me asalta otra duda

Tengo entendido que la luz, al viajar por algun medio material, como por ejemplo, el cristal, su velocidad varía.
Imagino que "el porque" de ello es mas complicado.



Ahora voy a leer lo del Efecto Doppler

Muchisimas gracias y saludos

[pod]

Re: La singularidad de la luz

- Las ondas mecanicas utilizan el propio "medio" por donde se mueven, para poder ser ondas mecanicas. Si no existe el "medio" transportador no pueden existir. Y por ello, siempre habra "algo" de donde tomar referencias.

- A Las ondas electromagnéticas no les hace falta "medio" para transportarse. Ellas mismas ya tiene "algo" (energia supongo), que se "desplaza". Y como no hay "medio" de donde tomar referencia, nos da igual la velocidad de la fuente, pues siempre será la misma la velocidad de desplazamiento.

Lo haces sonar hasta esotérico. Todas las ondas, por definición, son la transmisión de la vibración de "algo". En las ondas mecánica, ese algo son las partículas de un medio (el aire en el sonido, el agua en el mar). Si no hay medio, no puede haber onda.

En las ondas magnéticas lo que vibra es el campo electromagnético; y puede haber campo electromagnético independientemente de que haya medio o no.

Y supongo , que , a partir de esto, Einstein , y solo Einstein, empezó a comerse el coco para desarrollar sus teorias. El hecho estaba ahí, pero solo él tuvo la genialidad de percatarse de la trascencencia que ello tenía. Tiene webs la cosa eh!?!?! que tio!!!

A mi no me gusta mitificar. La ciencia había llegado al punto de hacer ese adelanto, y solo era cuestión de tiempo. El año anterior, Poincaré había dicho en una conferencia "hará falta reformular una nueva mecánica donde la velocidad de la luz sea la misma en todos los sistemas de referencia según las transformaciones de Lorentz". Las propias transformaciones de Lorentz son anteriores a la relatividad, sólo que el propio Lorentz les daba otra interpretación, una teoría rarísima sobre el electrón.

Lo que hizo Einstein tubo mérito, claro está. Pero lo habría hecho otro, tarde o temprano.

Tengo entendido que la luz, al viajar por algun medio material, como por ejemplo, el cristal, su velocidad varía.
Imagino que "el porque" de ello es mas complicado.

Es debido a la interacción entre el material y la luz. Un ejemplo cutre: tienes un coche que viaja a una velocidad constante de 100km/h, pero en tu autopista tienes que parar cada 10km un minuto en un peaje. Al final, tu velocidad media total será menor que los 100km/h, ya que has perdido tiempo interactuando con los peajes.

Lo que pasa con la luz claro es más complicado que eso; la luz es parcialmente absorbida por los átomos del material. La mayor parte de la energía absorbida es reemitida con un tiempo de retraso. La onda reemitida y la original interfieren entre si, dando lugar a una onda total que viaja más lento.

[pod]

Re: La singularidad de la luz

Por cierto!

Si es que, cuando empiezo a ver ecuaciones me voy perdiendo.

Si haces tus preguntas en el foro de divulgación, la gente se sentirá menos inclinada a poner ecuaciones

[carliños]

Re: La singularidad de la luz

De acuerdo, lo tendré en cuenta..

[Entro]

Re: La singularidad de la luz

Segun tengo entendido, la teoria de la Relatividad no sería la misma, incluso no se hablaria de ella, si no existiera el hecho de que la velocidad de la luz es absoluta.

Y la pregunta es: Porque es asi? que tiene de especial la luz?

saludos

Como se ha dicho, la luz nada, bla bla bla (todo lo anterior tan excelentemente explicado por los compis)...

Pero creo que la pregunta tiene bastante enjundia y en ver de repetir lo que hay por ahí de relatividad especial se merece un poco de cambiar de perspectiva.

Lo esencial en relatividad especial es la existencia de una velocidad que es constante para todo observador inercial, casualmente y como se ha explicado, es la velocidad de la luz. (El desarrollo histórico ya ha sido esbozado aquí y está en todos los sitios).

Pero volviendo a insistir, el punto clave es que existe una velocidad que es la misma para cualquier observador...

Y esto es asombroso porque impone ciertas restricciones a la conformación del espaciotiempo. Por decirlo de un modo incorrecto y pedestre, si la velocidad constante es c entonces:

$c=\frac{dx}{dt}$

Al cambiar de observador las longitudes y los tiempos de cada uno necesariamente han de cambiar... para mantener c constante. (Dilataciones y contracciones que siempre son explicadas en términos de las transformaciones de Lorentz)

En mi opinión la forma de explicar relatividad especial se debería cambiar desde la perspectiva histórica a una visión más geométrica e imbrincada en la estructura del espaciotiempo.

El que exista esta velocidad (que es un concepto cinemático, es decir puramente expresa una relación entre cantidades geométricas sin atender a la dinámica) constante para todos, está seleccionando una métrica en el espaciotiempo. (la métrica de Minkowski).

Creo que la mejor forma de adquirir estos conceptos en vez de empezar directamente por transformaciones de Lorentz, es la de empezar por diagramas espaciotemporales, lo que se denomina el Cálculo K de Bondi:

http://www.geocities.com/ResearchTri...ondi/intro.htm

[u_maligno]

Re: La singularidad de la luz

Yo lo veo así:

Si el espacio se contrae a medida que un objeto viaja a mayor velocidad, y una determinada longitud tiende a cero a medida que esta velocidad se acerca a la de la luz, entonces la diferencia longitudinal entre cualquier partícula masiva y la de la luz dependerá SÓLO de la velocidad de la partícula masiva (relativa respecto a otros objetos masivos, pero asboluta respecto a la luz).

Como esto no ocurre entre partículas masivas entonces tiene sentido sumar velocidades, porque tiene sentido sumar diferentes longitudes. En cambio respecto a la luz no tiene sentido, porque sumaríamos SIEMPRE una longitud igual a cero, con lo que el resultado siempre será el mismo independientemente de la velocidad relativa entre objetos masivos.

Yo hasta diría que no es la luz la que viaja a velocidad c, sino que todos los objetos masivos viajan a velocidad c respecto a la luz (y que la luz no ocupa espacio, aunque los objetos masivos viajen respecto a ella por él).

Claro que yo estoy medio chalao .

Saludos.

[pod]

Re: La singularidad de la luz

Yo lo veo así:

Si el espacio se contrae a medida que un objeto viaja a mayor velocidad, y una determinada longitud tiende a cero a medida que esta velocidad se acerca a la de la luz, entonces la diferencia longitudinal entre cualquier partícula masiva y la de la luz dependerá SÓLO de la velocidad de la partícula masiva (relativa respecto a otros objetos masivos, pero asboluta respecto a la luz).

Como esto no ocurre entre partículas masivas entonces tiene sentido sumar velocidades, porque tiene sentido sumar diferentes longitudes. En cambio respecto a la luz no tiene sentido, porque sumaríamos SIEMPRE una longitud igual a cero, con lo que el resultado siempre será el mismo independientemente de la velocidad relativa entre objetos masivos.

Yo hasta diría que no es la luz la que viaja a velocidad c, sino que todos los objetos masivos viajan a velocidad c respecto a la luz (y que la luz no ocupa espacio, aunque los objetos masivos viajen respecto a ella por él).

Claro que yo estoy medio chalao .

Saludos.

Hay tantos errores en tu texto que casi no sé ni por donde empezar. Quizá el más grave es utilizar la luz como un observador; eso no es posible. El hecho que las transformaciones de Lorentz se vuelvan singulares a la velocidad de la luz (distancias tienden a cero, tiempos a infinito; entre otras cosas) significa precisamente eso: que no se puede situar un observador en una partícula que viaja a la velocidad de la luz.

Por lo tanto, no se puede decir "la velocidad de una partícula respecto de la luz", ya que la luz no es capaz de observar. Y no podría ser de otra forma; por reducción al absurdo, vemos que al ser la velocidad de la luz la única invariante en todos los sistemas de referencia, si pudiera un observador ir a esa velocidad, sus mediciones serían privilegiadas, absolutas. Y eso va en contra del principio de relatividad: todos los observadores son igual de válidos; no hay absolutos.

[u_maligno]

Re: La singularidad de la luz

Yo al tuyo no le encuentro ninguno. Estoy de acuerdo con todo lo que dices.