Cuando se usa el término ' la velocidad de la luz ', a veces es necesario hacer la distinción entre su velocidad unidireccional y su velocidad bidireccional. La velocidad "unidireccional" de la luz , desde una fuente hasta un detector, no se puede medir independientemente de una convención sobre cómo sincronizar los relojes en la fuente y el detector . Sin embargo, lo que se puede medir experimentalmente es la velocidad de ida y vuelta (o velocidad "bidireccional" de la luz ) desde la fuente hasta el detector y viceversa. Albert Einstein eligió una convención de sincronización (ver sincronización de Einstein) que hizo que la velocidad unidireccional fuera igual a la velocidad bidireccional. La constancia de la velocidad unidireccional en cualquier marco inercial dado es la base de su teoría especial de la relatividad , aunque todas las predicciones verificables experimentalmente de esta teoría no dependen de esa convención. [1] [2]
Se han propuesto experimentos que intentan sondear directamente la velocidad unidireccional de la luz independientemente de la sincronización, pero ninguno lo ha logrado. [3] Esos experimentos establecen directamente que la sincronización con el transporte de reloj lento es equivalente a la sincronización de Einstein, que es una característica importante de la relatividad especial. Sin embargo, esos experimentos no pueden establecer directamente la isotropía de la velocidad unidireccional de la luz, ya que se ha demostrado que el transporte lento del reloj, las leyes del movimiento y la forma en que se definen los marcos de referencia inerciales ya implican la suposición de isotrópicos unidireccionales. velocidades y, por tanto, son igualmente convencionales. [4] En general, se demostró que estos experimentos son consistentes con la velocidad de la luz anisotrópica unidireccional siempre que la velocidad de la luz bidireccional sea isotrópica. [1] [5]
La 'velocidad de la luz' en este artículo se refiere a la velocidad de toda la radiación electromagnética en el vacío .
La velocidad bidireccional
La velocidad bidireccional de la luz es la velocidad media de la luz desde un punto, como una fuente, hasta un espejo y viceversa. Debido a que la luz comienza y termina en el mismo lugar, solo se necesita un reloj para medir el tiempo total; por lo tanto, esta velocidad se puede determinar experimentalmente independientemente de cualquier esquema de sincronización de reloj. Cualquier medida en la que la luz siga una trayectoria cerrada se considera una medida de velocidad bidireccional.
Muchas pruebas de relatividad especial , como el experimento de Michelson-Morley y el de Kennedy-Thorndike, han demostrado, dentro de límites estrictos, que en un marco inercial la velocidad bidireccional de la luz es isótropa e independiente de la trayectoria cerrada considerada. Los experimentos de isotropía del tipo Michelson-Morley no utilizan un reloj externo para medir directamente la velocidad de la luz, sino que comparan dos frecuencias internas o relojes. Por lo tanto, tales experimentos a veces se denominan "experimentos de anisotropía de reloj", ya que cada brazo de un interferómetro de Michelson puede verse como un reloj de luz que tiene una frecuencia específica, cuyas dependencias de orientación relativa pueden probarse. [6]
Desde 1983, el metro se ha definido como la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1 ⁄ 299,792,458 de segundo . [7] Esto significa que la velocidad de la luz ya no puede medirse experimentalmente en unidades SI, pero la longitud de un metro puede compararse experimentalmente con algún otro estándar de longitud.
La velocidad unidireccional
Aunque se puede medir la velocidad promedio en una ruta de dos vías, la velocidad de una vía en una dirección u otra no está definida (y no simplemente se desconoce), a menos que se pueda definir qué es "el mismo tiempo" en dos ubicaciones diferentes. Para medir el tiempo que ha tardado la luz en viajar de un lugar a otro, es necesario conocer los tiempos de inicio y finalización medidos en la misma escala de tiempo. Esto requiere dos relojes sincronizados, uno al principio y otro al final, o algún medio para enviar una señal instantáneamente desde el principio hasta el final. No se conoce ningún medio instantáneo de transmisión de información. Por tanto, el valor medido de la velocidad unidireccional media depende del método utilizado para sincronizar los relojes de salida y llegada. Es una cuestión de convención. La transformación de Lorentz se define de manera que la velocidad unidireccional de la luz se medirá para que sea independiente del marco inercial elegido. [8]
Algunos autores como Mansouri y Sexl (1977) [9] [10] así como Will (1992) [11] argumentaron que este problema no afecta las mediciones de la isotropía de la velocidad unidireccional de la luz, por ejemplo, debido a cambios dependientes de la dirección en relación con un marco "preferido" (éter) Σ. Basaron su análisis en una interpretación específica de la teoría de prueba RMS en relación con experimentos en los que la luz sigue un camino unidireccional y con experimentos de transporte de reloj lento . Will estuvo de acuerdo en que es imposible medir la velocidad unidireccional entre dos relojes usando un método de tiempo de vuelo sin un esquema de sincronización, aunque argumentó: "... una prueba de la isotropía de la velocidad entre los mismos dos relojes que la orientación de la ruta de propagación varía en relación con Σ no debería depender de cómo se sincronizaron ... " . Añadió que las teorías del éter solo pueden ser consistentes con la relatividad mediante la introducción de hipótesis ad hoc . [11] En artículos más recientes (2005, 2006) Will se refirió a esos experimentos como la medición de la " isotropía de la velocidad de la luz mediante la propagación unidireccional ". [6] [12]
Sin embargo, otros como Zhang (1995, 1997) [1] [13] y Anderson et al . (1998) [2] mostró que esta interpretación es incorrecta. Por ejemplo, Anderson et al. señaló que la convencionalidad de la simultaneidad ya debe considerarse en el marco preferido, por lo que todas las suposiciones relativas a la isotropía de la velocidad unidireccional de la luz y otras velocidades en este marco también son convencionales. Por lo tanto, RMS sigue siendo una teoría de prueba útil para analizar las pruebas de invariancia de Lorentz y la velocidad bidireccional de la luz, aunque no de la velocidad unidireccional de la luz. Concluyeron: " ... uno no puede esperar siquiera probar la isotropía de la velocidad de la luz sin, en el curso del mismo experimento, derivar un valor numérico unidireccional al menos en principio, que entonces contradiría la convencionalidad de la sincronía . " [2] Utilizando generalizaciones de transformaciones de Lorentz con velocidades anisotrópicas unidireccionales , Zhang y Anderson señalaron que todos los eventos y resultados experimentales compatibles con la transformación de Lorentz y la velocidad isotrópica unidireccional de la luz también deben ser compatibles con las transformaciones que conservan dos Constancia e isotropía de la velocidad de la luz en el camino, mientras que permite velocidades unidireccionales anisótropas.
Convenciones de sincronización
La forma en que se sincronizan los relojes distantes puede afectar a todas las mediciones relacionadas con el tiempo a lo largo de la distancia, como las mediciones de velocidad o aceleración. En los experimentos de isotropía, las convenciones de simultaneidad a menudo no se establecen explícitamente, pero están implícitamente presentes en la forma en que se definen las coordenadas o en las leyes de la física empleadas. [2]
Convención de Einstein
Este método sincroniza relojes distantes de tal manera que la velocidad unidireccional de la luz se vuelve igual a la velocidad bidireccional de la luz. Si una señal enviada desde A en el momento está llegando a B a la hora y volviendo a A a la vez , entonces se aplica la siguiente convención:
- .
Los detalles de este método y las condiciones que aseguran su consistencia se discuten en la sincronización de Einstein .
Transporte lento del reloj
Se demuestra fácilmente que si dos relojes se juntan y sincronizan, entonces un reloj se aleja rápidamente y retrocede nuevamente, los dos relojes ya no estarán sincronizados. Este efecto se debe a la dilatación del tiempo . Esto se midió en una variedad de pruebas y está relacionado con la paradoja de los gemelos . [14] [15]
Sin embargo, si un reloj se aleja lentamente en el cuadro S y se devuelve, los dos relojes estarán casi sincronizados cuando vuelvan a estar juntos. Los relojes pueden permanecer sincronizados con una precisión arbitraria moviéndolos lo suficientemente lento. Si se toma que, si se mueve lentamente, los relojes permanecen sincronizados en todo momento, incluso cuando están separados, este método se puede utilizar para sincronizar dos relojes separados espacialmente. En el límite cuando la velocidad de transporte tiende a cero, este método es experimental y teóricamente equivalente a la convención de Einstein. [4] Aunque el efecto de la dilatación del tiempo en esos relojes ya no puede pasarse por alto cuando se analiza en otro marco S 'relativamente en movimiento. Esto explica por qué los relojes permanecen sincronizados en S, mientras que desde el punto de vista de S 'ya no están sincronizados, estableciendo una relatividad de simultaneidad de acuerdo con la sincronización de Einstein. [16] Por lo tanto, probar la equivalencia entre estos esquemas de sincronización de reloj es importante para la relatividad especial, y algunos experimentos en los que la luz sigue un camino unidireccional han demostrado esta equivalencia con alta precisión.
Sincronizaciones no estándar
Como demostraron Hans Reichenbach y Adolf Grünbaum , la sincronización de Einstein es solo un caso especial de un esquema de sincronización más amplio, que deja invariable la velocidad bidireccional de la luz, pero permite diferentes velocidades unidireccionales. La fórmula para la sincronización de Einstein se modifica reemplazando ½ con ε: [4]
ε puede tener valores entre 0 y 1. Se demostró que este esquema se puede utilizar para reformulaciones observacionalmente equivalentes de la transformación de Lorentz; consulte Generalizaciones de transformaciones de Lorentz con velocidades anisotrópicas unidireccionales .
Como lo requiere la equivalencia probada experimentalmente entre la sincronización de Einstein y la sincronización lenta de transporte de reloj, que requiere conocimiento de la dilatación del tiempo de los relojes en movimiento, las mismas sincronizaciones no estándar también deben afectar la dilatación del tiempo. De hecho, se señaló que la dilatación del tiempo de los relojes en movimiento depende de la convención para las velocidades unidireccionales utilizadas en su fórmula. [17] Es decir, la dilatación del tiempo se puede medir sincronizando dos relojes estacionarios A y B, y luego las lecturas de un reloj C en movimiento se comparan con ellos. Cambiar la convención de sincronización para A y B hace que el valor de la dilatación del tiempo (como la velocidad unidireccional de la luz) dependa de la dirección. La misma convencionalidad también se aplica a la influencia de la dilatación del tiempo en el efecto Doppler . [18] Sólo cuando la dilatación del tiempo se mide en trayectorias cerradas, no es convencional y puede medirse inequívocamente como la velocidad bidireccional de la luz. La dilatación del tiempo en caminos cerrados se midió en el experimento de Hafele-Keating y en experimentos sobre la dilatación del tiempo de partículas en movimiento como Bailey et al . (1977). [19] Así, la llamada paradoja de los gemelos ocurre en todas las transformaciones preservando la constancia de la velocidad bidireccional de la luz.
Marcos inerciales y dinámica
Se argumentó contra la convencionalidad de la velocidad unidireccional de la luz que este concepto está estrechamente relacionado con la dinámica , las leyes del movimiento y los marcos de referencia inerciales . [4] Salmon describió algunas variaciones de este argumento utilizando la conservación del momento , de lo que se sigue que dos cuerpos iguales en el mismo lugar que son igualmente acelerados en direcciones opuestas, deben moverse con la misma velocidad unidireccional. [20] De manera similar, Ohanian argumentó que los marcos de referencia inerciales se definen de modo que las leyes del movimiento de Newton se mantengan en primera aproximación. Por lo tanto, dado que las leyes del movimiento predicen velocidades isotrópicas unidireccionales de cuerpos en movimiento con igual aceleración, y debido a los experimentos que demuestran la equivalencia entre la sincronización de Einstein y la sincronización lenta del transporte de reloj, parece ser necesario y medido directamente que el La velocidad de la luz es isotrópica en marcos inerciales. De lo contrario, tanto el concepto de marcos de referencia inerciales como las leyes del movimiento deben ser reemplazados por otros mucho más complicados que involucran coordenadas anisotrópicas. [21] [22]
Sin embargo, otros demostraron que esto no contradice principalmente la convencionalidad de la velocidad unidireccional de la luz. [4] Salmon argumentó que la conservación del momento en su forma estándar asume una velocidad isotrópica unidireccional de los cuerpos en movimiento desde el principio. Por lo tanto, involucra prácticamente la misma convención que en el caso de la velocidad de la luz isotrópica unidireccional, por lo que usar esto como un argumento en contra de la convencionalidad de la velocidad de la luz sería circular. [20] Y en respuesta a Ohanian, tanto Macdonald como Martínez argumentaron que aunque las leyes de la física se vuelven más complicadas con la sincronía no estándar, siguen siendo una forma consistente de describir los fenómenos. También argumentaron que no es necesario definir los marcos inerciales en términos de las leyes de movimiento de Newton, porque también son posibles otros métodos. [23] [24] Además, Iyer y Prabhu distinguieron entre "marcos inerciales isotrópicos" con sincronía estándar y "marcos inerciales anisotrópicos" con sincronía no estándar. [25]
Experimentos que parecen medir la velocidad unidireccional de la luz.
Experimentos que afirmaron utilizar una señal luminosa unidireccional
El experimento de Greaves, Rodríguez y Ruiz-Camacho
En la edición de octubre de 2009 del American Journal of Physics Greaves, Rodríguez y Ruiz-Camacho propusieron un nuevo método de medición de la velocidad unidireccional de la luz. [26] En la edición de junio de 2013 del American Journal of Physics Hankins, Rackson y Kim repitieron el libro Greaves et al. experimento con la intención de obtener con mayor precisión la velocidad unidireccional de la luz. [27] Este experimento supuso que la ruta de retorno de la señal al dispositivo de medición tiene un retraso constante, independiente del punto final de la trayectoria de vuelo de la luz, lo que permite medir el tiempo de vuelo en una sola dirección.
J. Finkelstein demostró que Greaves et al. En realidad, el experimento mide la velocidad de ida y vuelta (bidireccional) de la luz. [28]
Experimentos en los que la luz sigue un camino unidireccional
Se han realizado (y ocasionalmente todavía se realizan) muchos experimentos destinados a medir la velocidad unidireccional de la luz, o su variación con la dirección, en los que la luz sigue una trayectoria unidireccional. [29] Se ha afirmado que esos experimentos han medido la velocidad unidireccional de la luz independientemente de cualquier convención de sincronización de reloj, pero se ha demostrado que todos miden realmente la velocidad bidireccional, porque son consistentes con las transformaciones de Lorentz generalizadas que incluyen sincronizaciones con diferentes velocidades unidireccionales sobre la base de la velocidad isotrópica bidireccional de la luz (véanse las secciones sobre la velocidad unidireccional y las transformaciones de Lorentz generalizadas ). [1]
Estos experimentos también confirman la concordancia entre la sincronización del reloj por transporte lento y la sincronización de Einstein. [2] Aunque algunos autores argumentaron que esto es suficiente para demostrar la isotropía de la velocidad unidireccional de la luz, [10] [11] se ha demostrado que tales experimentos no pueden, de ninguna manera significativa, medir la (an) isotropía de la velocidad unidireccional de la luz, a menos que los marcos inerciales y las coordenadas se definan desde el principio, de modo que las coordenadas de espacio y tiempo, así como el transporte lento del reloj, se describan de forma isotrópica [2] (ver secciones marcos inerciales y dinámica y la velocidad unidireccional ). Independientemente de esas diferentes interpretaciones, la concordancia observada entre esos esquemas de sincronización es una predicción importante de la relatividad especial, porque esto requiere que los relojes transportados experimenten una dilatación del tiempo (que a su vez depende de la sincronización) cuando se ven desde otro marco (ver secciones Transporte lento de reloj y Sincronizaciones no estándar ).
El experimento JPL
Este experimento, llevado a cabo en 1990 por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA , midió el tiempo de vuelo de las señales luminosas a través de un enlace de fibra óptica entre dos relojes máser de hidrógeno. [30] En 1992, Clifford Will analizó los resultados experimentales y concluyó que el experimento realmente midió la velocidad unidireccional de la luz. [11]
En 1997, Zhang volvió a analizar el experimento y demostró que, de hecho, solo se había medido la velocidad bidireccional. [31]
Medida de Rømer
Ole Christensen Rømer realizó la primera determinación experimental de la velocidad de la luz . Puede parecer que este experimento mide el tiempo que tarda la luz en atravesar parte de la órbita de la Tierra y, por lo tanto, determina su velocidad unidireccional, sin embargo, este experimento fue analizado cuidadosamente por Zhang, quien demostró que la medición no mide la velocidad de forma independiente. de un esquema de sincronización de reloj, pero en realidad usó el sistema de Júpiter como un reloj de transporte lento para medir los tiempos de tránsito de la luz. [32]
El físico australiano Karlov también demostró que Rømer en realidad midió la velocidad de la luz asumiendo implícitamente la igualdad de las velocidades de la luz hacia adelante y hacia atrás. [33]
Otros experimentos que comparan la sincronización de Einstein con la sincronización de transporte de reloj lento
Experimentos | Año | ||
---|---|---|---|
Experimentos con rotor Moessbauer | 1960 | La radiación gamma se envió desde la parte trasera de un disco giratorio hacia su centro. Se esperaba que la anisotropía de la velocidad de la luz condujera a cambios Doppler. | |
Vessot y col . [34] | 1980 | Comparando el vuelo Los tiempos de la señal de uplink- y descendente de la Sonda de Gravedad Una . | |
Riis y col . [35] | 1988 | Comparación de la frecuencia de absorción de dos fotones en un haz de partículas rápidas, cuya dirección cambió con respecto a las estrellas fijas, con la frecuencia de un absorbedor en reposo. | |
Nelson y col . [36] | 1992 | Comparación de las frecuencias de un reloj de máser de hidrógeno y pulsos de luz láser. La longitud del camino fue de 26 km. | |
Wolf y Petit [37] | 1997 | Comparaciones de relojes entre relojes máser de hidrógeno en tierra y relojes de cesio y rubidio a bordo de 25 satélites GPS . |
Experimentos que se pueden realizar con la velocidad unidireccional de la luz
Aunque no se pueden realizar experimentos en los que la velocidad unidireccional de la luz se mida independientemente de cualquier esquema de sincronización de reloj, es posible realizar experimentos que midan un cambio en la velocidad unidireccional de la luz debido, por ejemplo, al movimiento. de la fuente. Tales experimentos son el experimento de la estrella doble De Sitter (1913), repetido de manera concluyente en el espectro de rayos X por K. Brecher en 1977; [38] o el experimento terrestre de Alväger, et al . (1963); [39] muestran que, cuando se mide en un marco inercial, la velocidad unidireccional de la luz es independiente del movimiento de la fuente dentro de los límites de la precisión experimental. En tales experimentos, los relojes pueden sincronizarse de cualquier manera conveniente, ya que sólo se mide un cambio de velocidad.
Las observaciones de la llegada de radiación de eventos astronómicos distantes han demostrado que la velocidad unidireccional de la luz no varía con la frecuencia, es decir, no hay dispersión de luz en el vacío . [40] De manera similar, las diferencias en la propagación unidireccional entre los fotones izquierdos y derechos, que conducen a la birrefringencia en el vacío , fueron excluidas mediante la observación de la llegada simultánea de la luz de las estrellas distantes. [41] Para conocer los límites actuales de ambos efectos, que a menudo se analizan con la Extensión del modelo estándar , consulte Dispersión de vacío y Birrefringencia de vacío .
Experimentos en velocidades bidireccionales y unidireccionales utilizando la Extensión de modelo estándar
Si bien los experimentos anteriores se analizaron utilizando transformaciones de Lorentz generalizadas como en la teoría de prueba de Robertson-Mansouri-Sexl , muchas pruebas modernas se basan en la Extensión del modelo estándar (SME). Esta teoría de prueba incluye todas las posibles violaciones de Lorentz no solo de la relatividad especial, sino también del Modelo Estándar y la Relatividad General . Con respecto a la isotropía de la velocidad de la luz, tanto los límites bidireccionales como unidireccionales se describen mediante coeficientes (matrices 3x3): [42]
- representando cambios anisotrópicos en la velocidad bidireccional de la luz, [43] [44]
- que representan diferencias anisotrópicas en la velocidad unidireccional de los haces contrapropagantes a lo largo de un eje, [43] [44]
- que representan cambios isotrópicos (independientes de la orientación) en la velocidad de fase unidireccional de la luz. [45]
Desde 2002 se han realizado (y se siguen realizando) una serie de experimentos que prueban todos esos coeficientes utilizando, por ejemplo, resonadores ópticos simétricos y asimétricos . No se han observado violaciones de Lorentz a partir de 2013, lo que proporciona los límites superiores actuales para las violaciones de Lorentz:, , y . Para obtener detalles y fuentes, consulte Búsquedas modernas para violación de Lorentz # Velocidad de la luz .
Sin embargo, el carácter parcialmente convencional de esas cantidades fue demostrado por Kostelecky et al , señalando que tales variaciones en la velocidad de la luz pueden eliminarse mediante transformaciones de coordenadas adecuadas y redefiniciones de campo. Aunque esto no elimina la violación de Lorentz per se , ya que tal redefinición solo transfiere la violación de Lorentz del sector de fotones al sector de materia de SME, por lo tanto, esos experimentos siguen siendo pruebas válidas de violación de la invariancia de Lorentz. [42] Hay coeficientes unidireccionales del SME que no se pueden redefinir en otros sectores, ya que diferentes rayos de luz de la misma ubicación de distancia se comparan directamente entre sí, ver la sección anterior.
Teorías en las que la velocidad unidireccional de la luz no es igual a la velocidad bidireccional
Teorías equivalentes a la relatividad especial
Teoría del éter de Lorentz
En 1904 y 1905, Hendrik Lorentz y Henri Poincaré propusieron una teoría que explicaba que este resultado se debía al efecto del movimiento a través del éter sobre la longitud de los objetos físicos y la velocidad a la que funcionaban los relojes. Debido al movimiento a través del éter, los objetos se encogerían en la dirección del movimiento y los relojes se ralentizarían. Así, en esta teoría, los relojes transportados lentamente no permanecen, en general, sincronizados aunque no se puede observar este efecto. Las ecuaciones que describen esta teoría se conocen como transformaciones de Lorentz . En 1905, estas transformaciones se convirtieron en las ecuaciones básicas de la teoría de la relatividad especial de Einstein, que proponía los mismos resultados sin referencia a un éter.
En la teoría, la velocidad unidireccional de la luz es principalmente solo igual a la velocidad bidireccional en el marco del éter, aunque no en otros marcos debido al movimiento del observador a través del éter. Sin embargo, la diferencia entre las velocidades de la luz unidireccionales y bidireccionales nunca se puede observar debido a la acción del éter en los relojes y longitudes. Por lo tanto, la convención de Poincaré-Einstein también se emplea en este modelo, lo que hace que la velocidad unidireccional de la luz sea isótropa en todos los marcos de referencia.
Aunque esta teoría es experimentalmente indistinguible de la relatividad especial, la teoría de Lorentz ya no se usa por razones de preferencia filosófica y debido al desarrollo de la relatividad general .
Generalizaciones de transformaciones de Lorentz con velocidades unidireccionales anisotrópicas
Un esquema de sincronización propuesto por Reichenbach y Grünbaum, al que llamaron ε-sincronización, fue desarrollado por autores como Edwards (1963), [46] Winnie (1970), [17] Anderson y Stedman (1977), quienes reformularon el Lorentz transformación sin cambiar sus predicciones físicas. [1] [2] Por ejemplo, Edwards reemplazó el postulado de Einstein de que la velocidad unidireccional de la luz es constante cuando se mide en un marco inercial con el postulado:
La velocidad bidireccional de la luz en el vacío, medida en dos sistemas de coordenadas (inerciales) que se mueven con velocidad relativa constante, es la misma independientemente de cualquier suposición con respecto a la velocidad unidireccional . [46]
Entonces, la velocidad promedio para el viaje de ida y vuelta sigue siendo la velocidad bidireccional verificable experimentalmente, mientras que se permite que la velocidad unidireccional de la luz adopte la forma en direcciones opuestas:
κ puede tener valores entre 0 y 1. En el extremo cuando κ se acerca a 1, la luz podría propagarse en una dirección instantáneamente, siempre que se requiera todo el tiempo de ida y vuelta para viajar en la dirección opuesta. Siguiendo a Edwards y Winnie, Anderson et al. formuló transformaciones de Lorentz generalizadas para aumentos arbitrarios de la forma: [2]
(siendo κ y κ 'los vectores de sincronía en los marcos S y S', respectivamente). Esta transformación indica que la velocidad unidireccional de la luz es convencional en todos los fotogramas, dejando invariante la velocidad bidireccional. κ = 0 significa sincronización de Einstein que da como resultado la transformación de Lorentz estándar. Como lo muestran Edwards, Winnie y Mansouri-Sexl, mediante la reordenación adecuada de los parámetros de sincronía se puede lograr incluso algún tipo de "simultaneidad absoluta" para simular el supuesto básico de la teoría del éter de Lorentz. Es decir, en un cuadro, la velocidad de la luz en un sentido se elige para que sea isótropa, mientras que todos los demás cuadros toman los valores de este cuadro "preferido" mediante "sincronización externa". [9]
Todas las predicciones derivadas de tal transformación son experimentalmente indistinguibles de las de la transformación de Lorentz estándar; la diferencia es solo que la hora definida del reloj varía de la de Einstein según la distancia en una dirección específica. [47]
Teorías no equivalentes a la relatividad especial
Prueba teorías
Se han desarrollado varias teorías para permitir la evaluación del grado en que los resultados experimentales difieren de las predicciones de la relatividad. Estas se conocen como teorías de prueba e incluyen las teorías de Robertson y Mansouri-Sexl [9] (RMS). Hasta la fecha, todos los resultados experimentales concuerdan con la relatividad especial dentro de la incertidumbre experimental.
Otra teoría de prueba es la Extensión del modelo estándar (SME). Emplea una amplia variedad de coeficientes que indican violaciones de la simetría de Lorentz en relatividad especial, relatividad general y el modelo estándar . Algunos de esos parámetros indican anisotropías de la velocidad de la luz bidireccional y unidireccional. Sin embargo, se señaló que tales variaciones en la velocidad de la luz pueden eliminarse mediante redefiniciones adecuadas de las coordenadas y los campos empleados. Aunque esto no elimina las violaciones de Lorentz per se , solo cambia su apariencia del sector de fotones al sector de materia de SME (ver Experimentos anteriores sobre velocidades bidireccionales y unidireccionales utilizando la Extensión del modelo estándar . [42]
Referencias
- ↑ a b c d e Yuan-Zhong Zhang (1997). La relatividad especial y sus fundamentos experimentales . World Scientific . ISBN 978-981-02-2749-4.
- ^ a b c d e f g h Anderson, R .; Vetharaniam, I .; Stedman, GE (1998), "Convencionalidad de sincronización, dependencia de gauge y teorías de prueba de la relatividad", Physics Reports , 295 (3-4): 93-180, Bibcode : 1998PhR ... 295 ... 93A , doi : 10.1016 / S0370-1573 (97) 00051-3
- ^ Michael Tooley (2000). Tiempo, tiempo y causalidad . Prensa de la Universidad de Oxford . pag. 350. ISBN 978-0-19-825074-6.
- ^ a b c d e Janis, Allen (2010). "Convencionalidad de la Simultaneidad" . En Zalta, Edward N. (ed.). Enciclopedia de Filosofía de Stanford .
- ^ Jong-Ping Hsu; Yuan-Zhong Zhang (2001). Invarianza de Lorentz y Poincaré: 100 años de relatividad . World Scientific . ISBN 978-981-02-4721-8.
- ^ a b Will, CM (2005). "Relatividad especial: una perspectiva centenaria". En T. Damour; O. Darrigol; B. Duplantier; V. Rivasseau (eds.). Seminario de Poincaré 2005 . Basilea: Birkhauser (publicado en 2006). pp. 33 -58. arXiv : gr-qc / 0504085 . Bibcode : 2006eins.book ... 33W . doi : 10.1007 / 3-7643-7436-5_2 . ISBN 978-3-7643-7435-8. S2CID 17329576 .
- ^ XVII Conferencia General sobre Pesos y Medidas (1983), Resolución 1,
- ↑ Zhang (1997), p 24
- ^ a b c Mansouri R .; Sexl RU (1977). "Una teoría de prueba de la relatividad especial. I: Simultaneidad y sincronización de reloj". Gen. Rel. Gravit . 8 (7): 497–513. Código Bibliográfico : 1977GReGr ... 8..497M . doi : 10.1007 / BF00762634 . S2CID 67852594 .
- ^ a b Mansouri R .; Sexl RU (1977). "Una teoría de la prueba de la relatividad especial: II. Pruebas de primer orden". Gen. Rel. Gravit . 8 (7): 515–524. Código bibliográfico : 1977GReGr ... 8..515M . doi : 10.1007 / BF00762635 . S2CID 121525782 .
- ^ a b c d Will, Clifford M. (1992). "Sincronización de reloj e isotropía de la velocidad unidireccional de la luz". Physical Review D . 45 (2): 403–411. Código Bibliográfico : 1992PhRvD..45..403W . doi : 10.1103 / PhysRevD.45.403 . PMID 10014389 .
- ^ Will, CM (2006). "El enfrentamiento entre la relatividad general y el experimento" . Rev. Viviente Relativ . 9 (1): 12. arXiv : gr-qc / 0510072 . Bibcode : 2006LRR ..... 9 .... 3W . doi : 10.12942 / lrr-2006-3 . PMC 5256066 . PMID 28179873 .
- ^ Zhang, Yuan Zhong (1995). "Prueba de las teorías de la relatividad especial". Relatividad general y gravitación . 27 (5): 475–493. Código Bibliográfico : 1995GReGr..27..475Z . doi : 10.1007 / BF02105074 . S2CID 121455464 .
- ^ Hafele, JC ; Keating, RE (14 de julio de 1972). "Relojes atómicos alrededor del mundo: ganancias de tiempo relativistas pronosticadas" . Ciencia . 177 (4044): 166–168. Código Bibliográfico : 1972Sci ... 177..166H . doi : 10.1126 / science.177.4044.166 . PMID 17779917 . S2CID 10067969 .
- ^ CO Alley, en NASA Goddard Space Flight Center, Proc. de la 13th Ann. Tiempo preciso e intervalo de tiempo (PTTI) Appl. y reunión de planificación, pág. 687-724, 1981, disponible en línea Archivado el 27 de julio de 2011en Wayback Machine .
- ^ Giulini, Domenico (2005). "Sincronización por transporte lento de reloj". Relatividad especial: un primer encuentro. 100 años desde Einstein . Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 0191620866. Relatividad especial: un primer encuentro en Google Books
- ^ a b Winnie, JAA (1970). "Relatividad especial sin supuestos de velocidad unidireccional". Filosofía de la ciencia . 37 (2): 81–99, 223–38. doi : 10.1086 / 288296 . JSTOR 186029 . S2CID 224835703 .
- ^ Debs, Talal A .; Pelirrojo, Michael LG (1996). "La" paradoja de los gemelos "y la convencionalidad de la simultaneidad". Revista estadounidense de física . 64 (4): 384–392. Código Bibliográfico : 1996AmJPh..64..384D . doi : 10.1119 / 1.18252 .
- ^ Muralla exterior; et al. (1977). "Medidas de dilatación del tiempo relativista para muones positivos y negativos en una órbita circular". Naturaleza . 268 (5618): 301-305. Código Bibliográfico : 1977Natur.268..301B . doi : 10.1038 / 268301a0 . S2CID 4173884 .
- ^ a b Wesley C. Salmon (1977). "El significado filosófico de la velocidad de la luz unidireccional". Noûs . 11 (3): 253-292. doi : 10.2307 / 2214765 . JSTOR 221476 .
- ^ Ohanian, Hans C. (2004). "El papel de la dinámica en el problema de la sincronización". Revista estadounidense de física . 72 (2): 141-148. Código bibliográfico : 2004AmJPh..72..141O . doi : 10.1119 / 1.1596191 .
- ^ Ohanian, Hans C. (2005). "Responder a" Comentario (s) sobre 'El papel de la dinámica en el problema de sincronización', "de A. Macdonald y AA Martínez". Revista estadounidense de física . 73 (5): 456–457. Código bibliográfico : 2005AmJPh..73..456O . doi : 10.1119 / 1.1858449 .
- ^ Martínez, Alberto A. (2005). "Convenciones y marcos de referencia inerciales" (PDF) . Revista estadounidense de física . 73 (5): 452–454. Código bibliográfico : 2005AmJPh..73..452M . doi : 10.1119 / 1.1858446 . Archivado desde el original (PDF) el 2012-09-02.
- ^ MacDonald, Alan (2004). "Comentario sobre" El papel de la dinámica en el problema de la sincronización ", de Hans C. Ohanian" (PDF) . Revista estadounidense de física . 73 (5): 454–455. Código Bibliográfico : 2005AmJPh..73..454M . doi : 10.1119 / 1.1858448 .
- ^ Iyer, Chandru; Prabhu, GM (2010). "Una formulación constructiva de la velocidad unidireccional de la luz". Revista estadounidense de física . 78 (2): 195-203. arXiv : 1001.2375 . Código bibliográfico : 2010AmJPh..78..195I . doi : 10.1119 / 1.3266969 . S2CID 119218000 .
- ^ Chicharrones, ED; Rodríguez, An Michel; Ruiz-Camacho, J. (2009), "A one-way speed of light experiment", American Journal of Physics , 77 (10): 894–896, Bibcode : 2009AmJPh..77..894G , doi : 10.1119 / 1.3160665
- ^ Hankins A .; Rackson C .; Kim WJ (2013), "Experimento de carga de fotones", Am. J. Phys. , 81 (6): 436–441, Bibcode : 2013AmJPh..81..436H , doi : 10.1119 / 1.4793593
- ^ Finkelstein, J. (2010), "One-way speed of light?", American Journal of Physics , 78 (8): 877, arXiv : 0911.3616 , Bibcode : 2009arXiv0911.3616F , doi : 10.1119 / 1.3364868
- ^ Roberts, Schleif (2006): Preguntas frecuentes sobre relatividad, pruebas unidireccionales de isotropía de la velocidad de la luz
- ^ Krisher; et al. (1990). "Prueba de la isotropía de la velocidad unidireccional de la luz utilizando estándares de frecuencia de máser de hidrógeno". Physical Review D . 42 (2): 731–734. Código Bibliográfico : 1990PhRvD..42..731K . doi : 10.1103 / PhysRevD.42.731 . PMID 10012893 .
- ^ Zhang (1997), págs. 148-150
- ^ Zhang (1997), págs. 91-94
- ^ Karlov L. (1970). "¿El método de Römer produce una velocidad unidireccional de la luz?". Revista australiana de física . 23 : 243-253. Código Bibliográfico : 1970AuJPh..23..243K . doi : 10.1071 / PH700243 (inactivo el 31 de mayo de 2021).Mantenimiento de CS1: DOI inactivo a partir de mayo de 2021 ( enlace )
- ^ Vessot; et al. (1980). "Prueba de gravitación relativista con un máser de hidrógeno espacial". Cartas de revisión física . 45 (29): 2081-2084. Código Bibliográfico : 1980PhRvL..45.2081V . doi : 10.1103 / PhysRevLett.45.2081 .
- ^ Riis; et al. (1988). "Prueba de la isotropía de la velocidad de la luz mediante espectroscopia láser de haz rápido". Cartas de revisión física . 60 (11): 81–84. Código Bibliográfico : 1988PhRvL..60 ... 81R . doi : 10.1103 / PhysRevLett.60.81 . PMID 10038204 .
- ^ Nelson; et al. (1992). "Comparación experimental de técnicas de sincronización de tiempo mediante señales luminosas y transporte de reloj en la tierra giratoria" (PDF) . Actas de la 24ª Reunión PTTI . 24 : 87-104. Código Bibliográfico : 1993ptti.meet ... 87N .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Wolf, Peter; Petit, Gérard (1997). "Prueba de satélite de la relatividad especial utilizando el sistema de posicionamiento global". Physical Review A . 56 (6): 4405–4409. Código Bibliográfico : 1997PhRvA..56.4405W . doi : 10.1103 / PhysRevA.56.4405 .
- ^ Brecher, K. (1977), "¿Es la velocidad de la luz independiente de la velocidad de la fuente" , Physical Review Letters , 39 (17): 1051-1054, Bibcode : 1977PhRvL..39.1051B , doi : 10.1103 / PhysRevLett. 39.1051 , S2CID 26217047 .
- ^ Alväger, T .; Nilsson, A .; Kjellman, J. (1963), "Una prueba terrestre directa del segundo postulado de la relatividad especial", Nature , 197 (4873): 1191, Bibcode : 1963 Natur.197.1191A , doi : 10.1038 / 1971191a0 , S2CID 4190242
- ^ Amelino-Camelia, G (2009). "Astrofísica: Ráfaga de apoyo a la relatividad". Naturaleza . 462 (7271): 291–292. Código Bibliográfico : 2009Natur.462..291A . doi : 10.1038 / 462291a . PMID 19924200 . S2CID 205051022 . Resumen Lay - Nature (19 de noviembre de 2009).
- ^ Laurent; et al. (2011). "Restricciones en la violación de la invariancia de Lorentz utilizando observaciones integrales / IBIS de GRB041219A". Physical Review D . 83 (12): 121301. arXiv : 1106.1068 . Código bibliográfico : 2011PhRvD..83l1301L . doi : 10.1103 / PhysRevD.83.121301 . S2CID 53603505 .
- ^ a b c Kostelecký, V. Alan; Mewes, Matthew (2002). "Señales de violación de Lorentz en electrodinámica". Physical Review D . 66 (5): 056005. arXiv : hep-ph / 0205211 . Código Bibliográfico : 2002PhRvD..66e6005K . doi : 10.1103 / PhysRevD.66.056005 . S2CID 21309077 .
- ^ a b Hohensee; et al. (2010). "Restricciones mejoradas en el desplazamiento isotrópico y anisotropías de la velocidad de la luz utilizando osciladores de zafiro criogénicos giratorios". Physical Review D . 82 (7): 076001. arXiv : 1006.1376 . Código Bibliográfico : 2010PhRvD..82g6001H . doi : 10.1103 / PhysRevD.82.076001 . S2CID 2612817 .
- ^ a b Hohensee; et al. (2010). "Cuantización covariante del electromagnetismo de violación de Lorentz". arXiv : 1210.2683 . Código bibliográfico : 2012arXiv1210.2683H . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ); Versión autónoma del trabajo incluido en el Ph.D. Tesis de MA Hohensee. - ^ Al bar; et al. (2005). "Nuevos métodos de prueba de violación de Lorentz en electrodinámica". Physical Review D . 71 (2): 025004. arXiv : hep-ph / 0408006 . Código Bibliográfico : 2005PhRvD..71b5004T . doi : 10.1103 / PhysRevD.71.025004 .
- ^ a b Edwards, WF (1963). "Relatividad especial en el espacio anisotrópico". Revista estadounidense de física . 31 (7): 482–489. Código Bibliográfico : 1963AmJPh..31..482E . doi : 10.1119 / 1.1969607 .
- ^ Zhang (1997), págs. 75-101
Otras lecturas
- Janis, Allen (2010). "Convencionalidad de la Simultaneidad" . En Zalta, Edward N. (ed.). Enciclopedia de Filosofía de Stanford .
- Mathpages: sabiduría convencional , viajes de ida y vuelta y velocidades unidireccionales , enseñanza de la relatividad especial
- Rizzi, Guido; Ruggiero, Matteo Luca; Serafini, Alessio (2005). "Calibradores de sincronización y los principios de la relatividad especial". Fundamentos de la Física . 34 (12): 1835–1887. arXiv : gr-qc / 0409105 . Bibcode : 2004FoPh ... 34.1835R . doi : 10.1007 / s10701-004-1624-3 . S2CID 9772999 .
- Sonego, Sebastiano; Pin, Massimo (2009). "Fundamentos de la mecánica relativista anisotrópica". Revista de Física Matemática . 50 (4): 042902-1–042902-28. arXiv : 0812.1294 . Código bibliográfico : 2009JMP .... 50d2902S . doi : 10.1063 / 1.3104065 . S2CID 8701336 .