El principio de invariancia de la velocidad de la luz.

El principio de la invariancia de la velocidad de la luz se deriva del principio de la relatividad [1] (que establece que todas las leyes físicas son invariantes con respecto a la elección del marco de referencia inercial ) y es la encarnación de la invariancia de Lorentz de la electrodinámica . De manera más general, podemos decir que la velocidad máxima de propagación de la interacción (señal), llamada velocidad de la luz [2] , debería ser la misma en todos los marcos de referencia inerciales.

Esta declaración es muy inusual para nuestra experiencia diaria. Entendemos que las velocidades (y las distancias) cambian a medida que pasamos de un sistema en reposo a uno en movimiento, mientras creemos intuitivamente que el tiempo es absoluto. Sin embargo, el principio de la invariancia de la velocidad de la luz y el carácter absoluto del tiempo son incompatibles. Si la velocidad máxima posible es invariable, entonces el tiempo transcurre de manera diferente para los observadores que se mueven entre sí. Además, los eventos que son simultáneos en un marco de referencia no lo serán en otro.

Antes de los experimentos de Michelson-Morley en 1887 (los primeros resultados los obtuvo Albert Michelson allá por 1881 ), había tres opiniones con respecto al modelo del éter :

A. Michelson se dispuso a confirmar o refutar la teoría del "éter no arrastrado" con la ayuda de experimentos ópticos. J.K. Maxwell señaló la imposibilidad de identificar efectos de primer orden (con respecto a ) independientemente de la teoría del éter aplicada. Cuando un rayo de luz se mueve de un lado a otro, el rayo de luz tarda el mismo tiempo total, independientemente de la suma de la velocidad de la luz a la velocidad de la fuente. Para las observaciones de posibles efectos ópticos de segundo orden (relativamente ) asociados con la teoría del "éter no arrastrado", Michelson preparó un experimento con un interferómetro . Los resultados del experimento mostraron la insignificancia de los efectos ópticos de segundo orden asociados con el movimiento orbital y galáctico de la Tierra . No se encontró la influencia del "viento etéreo" sobre los efectos ópticos de segundo orden en el rango de más de 6 km/s, se puso en duda la teoría del éter inmóvil. Los resultados y métodos de cálculo del experimento de Michelson fueron el fruto de sus inventos originales relacionados con la complejidad de la física del éter arrastrado, y las leyes de reflexión de los espejos en movimiento complicaron enormemente sus cálculos [3] . Los modelos restantes del éter, debido a desacuerdos e intentos de construir un modelo "mecánico" con las contradicciones obvias resultantes ("éter superduro"), no pudieron desarrollarse hasta una forma final.

En 1905, Albert Einstein en su obra "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" postula el principio de la relatividad y la invariancia de la velocidad de la luz en marcos de referencia inerciales. Con base en los "experimentos mentales" dados en su trabajo, deriva transformaciones entre marcos de referencia inerciales en movimiento y en reposo, matemáticamente similares a las transformaciones de Lorentz . Con el tiempo, el concepto mismo de espacio y tiempo cambió y, de acuerdo con él, la mecánica se volvió tan invariante de Lorentz como la óptica y la electrodinámica. Las transformaciones clásicas de Galileo son aproximadas y válidas para velocidades pequeñas (en comparación con la velocidad de la luz). En el caso general, es necesario aplicar las transformaciones relativistas de Lorentz, que formaron la base de la teoría especial de la relatividad de Einstein .

En las décadas de 1960 y 1970, las revistas de resúmenes a menudo encontraban referencias a trabajos extranjeros que consideraban variantes de la teoría especial de la relatividad, basadas en el supuesto de que las velocidades de la luz en direcciones opuestas no eran iguales. Estas opciones se denominaron ε-SRT y describieron de manera consistente todo lo que describe SRT. Es cierto que la mayoría de ellos eran más "pesados" y menos convenientes que la versión de Einstein, ya que violaban el requisito de que la forma matemática de escribir las leyes en diferentes marcos de referencia no cambiara. La mayoría de los trabajos de estos autores no estaban dirigidos contra la versión de Einstein, pero mostraban la consistencia del enfoque no tradicional. Los autores de estos trabajos buscaron romper la belleza matemática de SRT, revelar su contenido físico y revelar el enigma de la velocidad de la luz en una dirección [4] .

No es raro decir que Römer midió la velocidad de la luz en una dirección . Sin embargo, la velocidad de Roemer también es una velocidad obtenida bajo la suposición implícita de que las velocidades de la luz en la dirección opuesta son iguales. El hecho es que Roemer y Cassini discutieron el movimiento de los satélites de Júpiter, asumiendo a sabiendas que el espacio de los observadores es isotrópico. El físico austríaco Karlov [5] demostró que Römer realmente midió la velocidad de la luz, suponiendo implícitamente que la velocidad de la luz es igual de un lado a otro .

La invariancia de la velocidad de la luz en un laboratorio en reposo en relación con la superficie de la Tierra ahora se ha establecido firmemente experimentalmente. De interés es la búsqueda de posibles pequeñas desviaciones de esta ley [6] .

Notas

  1. ↑ En una formulación más débil, el principio de la relatividad afirma tal invariancia de solo los fenómenos observados, y no de las leyes, pero en la práctica esto lleva al hecho de que las mismas leyes pueden usarse igualmente para predecir fenómenos independientemente del marco de referencia, lo que lleva en general a una redacción más fuerte utilizada en el texto principal.
  2. ↑ Hay varias formas de interpretación y jerarquías de postulados. En una de las posibles formas de construir una teoría relativista se postula inicialmente la velocidad máxima de la luz, mientras que en otras se postula inicialmente sólo su invariancia.
  3. ↑ S.I. Vavilov v.4 "La experiencia de Michelson, sus repeticiones y analogías"
  4. ↑ Edwards, WF Relatividad especial en el espacio anisotrópico // American Journal of Physics. - 1963. - Nº 31 (7) . — S. 482–489 .
  5. ↑ L. Karlov. Revista australiana de física. - 1970. - Nº 23 . - S. 243-253 .
  6. ↑ Anisotropía de la velocidad de la luz // "UFN", Volumen 177, No. 2, 2007 Copia de archivo con fecha del 27 de noviembre de 2011 en Wayback Machine , preimpresión (inglés) Copia de archivo con fecha del 8 de octubre de 2018 en Wayback Machine