VELOCIDAD RELATIVA DE LA LUZ

y

DEMOSTRACIÓN FINAL DE LA LEY DE ALICE

Han Erim
Primera publicación: marzo de 2005

(Del Programa de Física Alice Law Versión 5)

Preparado de nuevo para la web: 23 de agosto de 2011

En la sección anterior vimos que la luz que sale de la lámpara no llega a los vehículos con velocidad “c”. En esta sección veremos con qué velocidad se dirige realmente la luz hacia los vehículos. En secciones posteriores le mostraré, paso a paso, por qué el fotón se comporta de esta manera. En la parte de Relatividad General, el tema del comportamiento del fotón continuará.

Animated Figure 1 – Dado que hemos obtenido el resultado de que la luz (los fotones) llega a los hombres en los vehículos con diferentes velocidades, supongo que le ha venido a la mente la pregunta: «¿Acaso hay algún error en los postulados físicos de Albert Einstein?». Permítame recordarle inmediatamente que la demostración del primer capítulo se basaba en sus postulados. Sin esos postulados, no habría sido posible realizar la demostración del primer capítulo.

Por lo tanto, si afirmamos que sus postulados son incorrectos, eliminamos la base de la demostración y la demostración se vuelve inválida. En esta etapa debemos pensar de forma diferente y, antes que nada, investigar si existe una solución matemática en la que, para cada sistema de referencia, dichos postulados sigan siendo válidos con respecto a ese sistema. Si existe un camino de solución de este tipo, debe ser el camino correcto que nos conduzca a la solución.

PRIMER POSTULADO FÍSICO

Principio de Relatividad: Para todos los sistemas de referencia son válidas las mismas leyes de la electrodinámica y de la óptica, de manera que incluyen las ecuaciones de la física mecánica.

Este postulado físico expresa claramente que acepta todo el conocimiento acumulado de la física hasta ese momento (los postulados se publicaron en 1905). Podemos resumir este acervo de la física bajo el nombre de Leyes de la Física Clásica.

El postulado afirma que estas leyes son invariantes para todos los sistemas de referencia. Además, señala que todas las leyes de la teoría electromagnética deben poseer la misma invariancia para todos los sistemas de referencia, al igual que las leyes de la física clásica.

En lo personal, considero que este postulado tiene una validez lógica absoluta y lo encuentro realmente muy importante. A mi juicio, sin basarse en este postulado no es posible llegar a conclusiones lógicas en física.

SEGUNDO POSTULADO FÍSICO

Velocidad Universal de la Luz: La luz se propaga en el espacio vacío con velocidad c, independientemente de la velocidad de la fuente que la emite.

No es fácil rechazar este postulado. Igual que en el pasado, hoy también disponemos de muchos datos experimentales que lo respaldan. Para la Ley de Alice, este postulado tiene una gran importancia. Gracias a este postulado, la Ley de Alice puede expresarse.

Las dos condiciones principales del postulado son:
1) La velocidad de la luz debe medirse como “c” en el vacío, es decir, como una constante.
2) La velocidad de la luz debe ser independiente de la velocidad de la fuente que la emite.

Animated Figure 2 – En la figura, el vehículo se mueve con velocidad constante. Supongamos que el hombre dentro del vehículo detecta que, en el instante t1, dos señales de luz entran simultáneamente por la parte delantera y trasera, y que, en el instante t2, estas luces lo alcanzan simultáneamente. Según el postulado, si el hombre mide la velocidad de la luz, está obligado a obtener “c”.

Al medir la velocidad de la luz, el hombre utilizará su propio reloj y su propia regla, y realizará el cálculo de acuerdo con la ecuación «velocidad = distancia / tiempo». El resultado de esta medición se ha fijado con precisión experimental. Por ello, medir la velocidad de la luz como “c” es una condición necesaria.

Animated Figure 3 – Unamos ahora la situación del hombre en el vehículo con la primera demostración de la Ley de Alice. El hombre en el vehículo mide la velocidad de la luz como “c”. Sin embargo, al observar desde nuestro sistema de referencia externo, hemos calculado que la velocidad de la luz que va hacia el vehículo no es “c”.

Como propuesta de solución, hagamos el siguiente supuesto: si la velocidad del vehículo es “v”, consideremos que la velocidad del fotón que entra por detrás es (c+v), y que la velocidad del fotón que viene por delante es (c–v).

En este caso, para el observador externo la velocidad de la luz no será “c”, pero el observador dentro del vehículo siempre medirá la velocidad de la luz como “c”, usando su propio reloj y su propia regla. Veremos si este supuesto puede ofrecer una solución sin invalidar los postulados de Einstein.

Animated Figure 4 – Representamos el gráfico distancia–tiempo de un vehículo que se mueve con velocidad constante tal como se muestra arriba. Arrastrando el vehículo hacia arriba y abajo, puede seguir las posiciones de las luces y del vehículo en función del tiempo.

Animated Figure 5 – El mismo gráfico también se puede mostrar invertido. Aquí la línea roja es el gráfico distancia–tiempo de los fotones que salen de la lámpara. Podemos seguir simultáneamente las posiciones de los vehículos y de la luz.

Animated Figure 6 – Desplace el vehículo hacia abajo y, en cada posición, examine los estados de las luces y de los vehículos. Si las luces se encienden cuando los puntos medios de los vehículos coinciden con el eje de simetría:

• En el instante t1, las luces alcanzan los vehículos simultáneamente con velocidades (c+v) y (c−v).
• En el instante t2, las luces llegan simultáneamente al punto medio de los vehículos.
• En el instante t3, las luces abandonan los vehículos.

No olvidemos que los fotones llegan al observador en reposo en la superficie con velocidad “c”, y que esta velocidad se muestra con la línea roja en el gráfico.

Las diferencias de tres casillas en el gráfico representan las rectas distancia–tiempo de las velocidades (c+v) y (c−v). Todas las líneas son rectas porque la velocidad es constante; si el movimiento fuera acelerado, las líneas serían curvas.

Estos gráficos muestran claramente que la luz se mueve de acuerdo con la matemática (c+v), (c−v) y completan de forma visual la «Demostración Final».

Animated Figure 7 – Supongamos que Alice y el Rey Negro son dos sistemas de referencia distintos. Todos los cuerpos tienen su propio CAMPO. Los campos son entidades físicas reales, igual que la masa; sin embargo, hasta hoy no se les ha prestado suficiente atención.

La masa y el campo no pueden separarse. Cuando el cuerpo se mueve, su campo se mueve junto con él.

Animated Figure 8 – En la vida cotidiana no podemos ver los campos. En las regiones que consideramos espacio vacío, en realidad hay campos. Los fenómenos físicos ocurren siempre sobre estos campos. Aquí, ambos sistemas de referencia están en reposo uno respecto del otro, por lo que la velocidad del fotón es “c” en ambos sistemas.

Animated Figure 9 – Si el Rey Negro se mueve, entonces, para Alice, la velocidad del fotón que va hacia el Rey pasa a ser (c+v). Sin embargo, en el propio sistema del Rey, esta velocidad vuelve a ser “c”.

Esto se debe a que el fotón avanza dentro del campo que pertenece al Rey Negro. La velocidad relativa de la luz se determina según el movimiento del campo en el que existe.

Ésta es la lógica fundamental con la que la Ley de Alice explica la relación entre la luz y el campo.