Inicialmente, la velocidad de la luz se encontró como una solución a las ecuaciones de Maxwell en ausencia de términos de origen (es decir, sin cargas o corrientes). La solución está en la forma de una onda de propagación, con una velocidad, c. La velocidad se puede expresar en términos de dos constantes relacionadas con campos eléctricos y magnéticos estáticos; La permitividad y permeabilidad del espacio libre. Estas constantes son solo términos de proporcionalidad que relacionan los campos eléctrico y magnético con sus fuentes de carga y de corriente. Por lo tanto, puede medir el campo y medir la carga o la corriente y luego determinar las dos constantes. En efecto, estas constantes representan propiedades fundamentales del vacío.
Lo extraño de la velocidad de la luz es que parece no actuar como una velocidad, sino como una constante. Esto desconcertó a los científicos en ese momento, porque se esperaba que las velocidades fueran relativas a algo, como lo describe la relatividad galileana.
Se planteó la hipótesis de que la velocidad de la luz se midió en relación con lo que se denominó el “éter luminífero”. Si esto fuera así, entonces la velocidad de la luz debería ser sensible a la dirección en el espacio. La superficie de la Tierra está ciertamente en movimiento al igual que todo el planeta, e incluso el sistema solar, para el caso. Si hubiera un éter, entonces el movimiento combinado podría representarse por una dirección en el espacio. Por lo tanto, se espera que la luz que se propaga en dos direcciones ortogonales exhiba diferentes velocidades. El resultado es que se realizaron experimentos para probar esta hipótesis y no se pudo encontrar. Se llama un experimento nulo, y los dos experimentos más famosos se conocen colectivamente como el experimento de Michelson-Morley.
Por lo tanto, las ecuaciones de Maxwell predijeron que la velocidad de la luz era una constante fundamental. Einstein adoptó esta imagen y la usó como uno de los dos axiomas para la Relatividad Especial. Por lo tanto, la relatividad especial no es más que una consecuencia lógica de que la velocidad de la luz es una constante fundamental.
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Una buena teoría es aquella que puede hacer predicciones y ayudar en el descubrimiento de nuevos fenómenos. Este ha sido el gran éxito de las teorías de la relatividad de Einstein (ambas consecuencias de que la velocidad de la luz sea una constante fundamental). En particular, la Relatividad Especial define lo que se llama simetría del espacio-tiempo, llamada simetría de Lorentz. A menudo, uno se relaciona con la simetría considerando un espejo, conocido como simetría de espejo, donde el reflejo de un objeto es indistinguible del objeto. Bueno, la simetría de Lorentz puede usarse de la misma manera. Paul Dirac lo aplicó de manera más famosa cuando incorporó la simetría de Lorentz a su teoría cuántica del electrón. Encontró dos soluciones a su ecuación, de las cuales solo una era el electrón. El otro era una partícula completamente nueva y aún no descubierta; El anti-electrón o el positrón. Por lo tanto, una consecuencia directa de que la velocidad de la luz sea constante es la existencia de antimateria. Se ha descubierto el espectro completo de antipartículas e incluso se ha producido anti-hidrógeno en el laboratorio. Eso es un respaldo impresionante para la velocidad constante de la luz.
Lo que estoy tratando de transmitir es que la constante velocidad de la luz está ahora tan fundamentalmente arraigada en nuestras teorías modernas que hay muy poco margen de maniobra para dudar de esta propiedad. Como ya se ha señalado, la velocidad constante de la luz ahora se ha establecido como estándar y se utiliza para definir el medidor.
La velocidad de la luz puede ser rápida, pero para los instrumentos modernos, no es increíblemente rápida. En un laboratorio viaja alrededor de 1 metro en 3 nanosegundos. La sincronización en la escala de nanosegundos es bastante rutinaria, por lo que no es gran cosa medir la velocidad de la luz. Sin embargo, ahora es algo tautológico, ya que cualquier medida de la velocidad de la luz es realmente una medida de distancia.
Sospecho que la velocidad constante de la luz molesta a las personas porque lo ven como un límite de velocidad, ya nadie le gusta un límite de velocidad. Sin embargo, en realidad no es un límite de velocidad, porque lo que realmente sucede es que el espacio y el tiempo se barajan para compensar. Si viaja lo suficientemente rápido, el espacio realmente se reducirá en la dirección en la que se está desplazando y el tiempo se reducirá, de modo que podrá hacer un viaje interestelar en muy poco tiempo.
