Velocidad de la luz

[Guest]

Alshain, tu respuesta me hincha de orgullo. Está dando fruto, lo por estos foros aprendido, buena parte gracias a tí.

Saludos del Abuelo.

[alshain]

Tras repensar este asunto, buscando y consultando referencias, concluyo que mi comentario anterior queda intacto con un matiz. Lo que denomino velocidad de la luz en el vacío ha de ser sustituido por otro término que podríamos denominar velocidad invariante c.

La existencia de una velocidad invariante es una característica que está íntimamente ligada a la relatividad especial y con ella las transformaciones de Lorentz y la relación entre sistemas de referencia inerciales. Tal velocidad determina la estructura causal del espacio-tiempo plano de la relatividad especial y nos proporciona una medida de cómo el espacio y el tiempo quedan relacionados en esa entidad que denominamos espacio-tiempo.

La variación del tal constante fundamental carece de sentido. La razón son los argumentos dados en mi post anterior, concrétamente, que esto es debido a que es una constante dimensional y la variación realmente medible es aquella de las constantes adimensionales.

Asumamos por tanto una teoría en la que c permanece constante por definición y distingamos explícitamente esta velocidad invariante c de la velocidad de la luz en el vacío. El vacío en la teoría cuántica de campos es el estado de ausencia de partículas reales y campos clásicos en el marco de la geometría plana del espacio-tiempo de la relatividad especial. Tal estado viene determinado, además, por la ruptura de simetría electrodébil por decaimiento del campo de Higgs, ya que a altas energías y con la simetría del campo de Higgs restaurada el vacío es diferente y el espectro de partículas diferente.

La velocidad de la luz en el vacío depende por tanto de la definición de vacío y, para el caso del vacío mencionado, es decir, para el vacío tras la ruptura electrodébil y con ausencia de partículas reales y campos clásicos en el marco del espacio-tiempo plano, tal velocidad coincide con la velocidad invariante c. Tomemos este vacío como nuestro punto de partida o referencia.

Ahora bien, ocurre que si tal vacío es modificado, la luz pasará a propagarse por él con velocidad diferente que c. Tal resultado se puede entender ya clásicamente en las ecuaciones de Maxwel, viendo que la velocidad de la luz depende esencialmente de las propiedades del vacío, en concreto de su permitividad y permeabilidad del vacío.

La teoría cuántica de campos proporciona además una explicación física para tal variación. Para entender la idea conviene entender primero el concepto de propagador. Esto es una función que nos determina la probabilidad de encontrar una partícula en un punto un instante de tiempo determinados, habiéndola localizado en un instante de tiempo anterior en otro punto determinado.

Esta función tiene una forma diferente dependiendo de si la teoría considera interacciones o no. Esto se puede entender intuitivamente por medio de diagramas de Feynman. Primero, podemos considerar un fotón libre en una supuesta teoría que no contempla la interacción del campo electromagnético con el campo que da lugar a fermiones elementales de carga eléctrica no nula. Esto es la línea 1 de la figura de abajo:



El fotón se propaga sin más a velocidad c a través del vacío que hemos tomado como referencia. Segundo, podemos podemos considerar un fotón en una supuesta teoría que contempla la interacción del campo electromagnético con el campo que da lugar a fermiones elementales de carga eléctrica no nula. En el caso de interacciones el propagador es corregido por efectos cuánticos. Estas interacciones se modelan como partículas virtuales, que son lineas internas en los diagramas (lineas que no tienen un extremo libre).

Los efectos cuánticos pueden considerarse como una expansión en serie de diferentes formas. Una de ellas es en función del número de lazos (loops). El diagrama 2 de la figura de arriba nos muestra la corrección de un lazo al propagador del fotón y considera las correcciones de dos lazos como despreciables. El significado físico de ese diagrama es que el fotón, mientras se propaga, se convierte en un par electrón-positrón, los cuales se aniquilan luego en un fotón, que sigue propagándose.

A este fenómeno se lo conoce con el nombre de polarización del vacío. Para ilustrarlo y entender mejor sus consecuencias físicas podemos notar que el propagador vale no sólo para partículas reales, sino en general también para partículas virtuales. Estas partículas modelan las interacciones en la teoría cuántica de campos. Se puede mostrar que la propagación de fotones virtuales según el primer propagador (1) modelando una interacción da lugar al potencial de Coulomb que varia con 1/r². No obstante, la propagación de fotones virtuales según el segundo propagador (2) modelando una interacción da lugar una modificación del potencial de Coulomb dentro de un átomo de hidrógeno, que explica fenómenos como el desplazamiento de Lamb.

Volvamos con el fotón real. En un vacío real con interacciones existe una corrección a su propagador que en primer órden equivale al diagrama 2. En nuestro vacío de referencia tal corrección no rompe la invarianza de Lorentz y resulta por tanto en una velocidad de propagación es c. Sin embargo, tal corrección abre una puerta a que la propagación sea a diferente velocidad en diferentes vacíos. Sobre el par electrón-positrón pueden actuar diferentes modificaciones del vacío, como por ejemplo un campo magnético externo. También otras como un campo gravitatorio o una cavidad dando lugar a un vacío de Casimir.

Todas estas modificaciones tienen algo en común y es que cambian la energía del vacío que tomamos como referencia en nuestro vacío de referencia. Esto da lugar a que el segundo propagador quede modificado por una corrección adicional que tiene el efecto de dotar de masa a la partícula, en este caso el fotón. Es decir, la velocidad de la luz en el vacío depende en general de la energía del vacío. Para vacíos de mayor energía es de esperar que la luz se propague a velocidad menor que c, y para vacío de menor energía es de esperar que la luz se propague a velocidad mayor que c.

Este segundo caso es el que se da en un vacío de Casimir. Entre las placas del experimento de Casimir existen menos modos de oscilación que fuera debido a que sólo pueden existir ondas estacionarias. Esto hace al vacío menos energético. El fenómeno de propagación superlumínica en un vacío de Casimir se denomina efecto Scharnhorst. Por varias razones se piensa que esto no tiene consecuencias para la causalidad, pero esa es otra historia porque esto se empieza a hacer demasiado largo.

El resultado que la velocidad de la luz en el vacío depende en general de la energía del vacío es una conclusión del siguiente papel:

SPEED OF LIGHT IN NON–TRIVIAL VACUA. J.I. Latorre, P. Pascual, R. Tarrach

El autor José Ignacio Latorre es de la universidad de Barcelona y he visto que internet no es un mundo ajeno a él ya que tiene un blog: partículas elementales. Quizás se animaría a explicarnos él mismo las consecuencias de su investigación, así que para que no quede por intentarlo voy a mandarle un mail.

Un saludo.

[Guest]

Lamentaríamos alshain, los foreros de AAH (hablo por todos), que para satisfacernos con las respuestas solicitadas, te robáramos un tiempo destinable a menesteres tuyos más propicios.

Sin embargo, tu decisión de consultar a J.I. Latorre, la aplaudo, por cuanto es evidente que a tí te atenderá.
No fue así para conmigo, al intentar contactar con Rof Tarrach, catedrático de Física de la Universidad de Barcelona, hace unos años , que por motivos de sus múltiples viajes en convenciones, no pude conocer personalmente, pero me dolió, que me ignorara a su regreso a pesar de haberle dejado constancia de mi solicitud.

No se trata de creerme merecedor de tal atención, (un ignorado visitante) por no ser alumno suyo, sino que no me creo que un Físico, con altos cargos como le concedieron posteriormente, tenga el acoso de inumerables fans, como los cómicos y políticos. Por lo cual, una respuesta de ....."no puedo atenderle".....máxime le hubiera costado 60 pts en su momento, y me hubiera llenado de satisfacción.
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Reemprendo el tema actual: He pensado que efectivamente, reafirmas que la velocidad c intrínseca, es invariable y luego las variaciones que hallemos según las referencias en vacíos distintos, obedecerán las leyes contempladas en cuántica y relatividad.

Pregunto (otra más) :
En la Era de expansión superlumínica, Los fotones que emitiría la materia en su desplazamiento, ¿se desprenderían de las partículas emisoras, o permanecerían con ellas sin desprenderse?.

De ser lo último, lo que ahora veríamos, sería una concentración de la luz (densificación) llegada de aquél tiempo y perduraría durante el mismo tiempo que duró la superexpansión.

Pasado tal tiempo, la intensidad mermaría drásticamente, no por haberse alejado los objetos emisores,(que también) sino por corresponder la expansión a velocidad infralumínica, como actualmente vemos.En definitiva viaje de luz con intensidad ondulante.

Saludos del Abuelo.

[franc]

La teoría ondulatoria implica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.

El fotón tiene masa invariable igual a cero, y se mueve en el vacío a la velocidad constante c. En presencia de materia la partícula puede ser absorbida, transfiriendo energía y momento proporcional a su frecuencia.
Como todos los cuantos, el fotón se comporta como onda y como partícula, fenómeno que se ha dado en llamar dualidad onda-partícula.

Carlos, a la espera de que Alsahín ilumine varios puntos por lo por ti expuesto, y a sabiendas que me expongo a un gran batacazo, me atrevo a observar que, si el fotón se comporta como onda y como partícula, por lógica, se desprendería de la matería como onda, y permanecería unido a la materia como partícula. saludos

[Guest]

Muy bien franc, pero lo que pregunto es si durante la inflación, se emitirían fotones caso de hacerlo a c, cuando las partículas en expansión lo harían a velocidad superior.

Estoy intentando una construcción gráfica relativa a los movimientos habidos en las distintas Eras, y se complica bastante. Idealmente, resulta más fácil, que aplicando valores.

Saludos del Abuelo.

[franc]

También por lógica, creo que si la materia en ese periodo de la inflación emitiera fotones, estos al desprenderse de la misma, lo harían con su velocidad intrínseca, independientemente de la velocidad de la materia que lo desprendió, cuya velocidad en ese momento sería mayor.

De todas formas creo que aquí, si no estoy equivocado, se puede aplicar el principio de incertidumbre o indeterminación de Heisemberg.

El principio de indeterminación es un resultado teórico entre magnitudes conjugadas (posición - momento, energía-tiempo, etcétera).

El principio de incertidumbre nos dice que no podemos medir simultáneamente y con infinita precisión un par de magnitudes conjugadas.

Es decir, nada impide que midamos con precisión infinita la posición de una partícula, pero al hacerlo tenemos infinita incertidumbre sobre su momento.

Por otra parte, las partículas en física cuántica no siguen trayectorias bien definidas. No es posible conocer el valor de las magnitudes físicas que describen a la partícula antes de ser medidas. Por lo tanto es falso asignarle una trayectoria a una partícula. Todo lo más que podemos es decir que hay una determinada probabilidad de que la partícula se encuentre en una posición más o menos determinada.

La mecánica cuántica es determinista en sí misma, ( Stephen Hawking ) y es posible que el error consista en que tal vez no existan posiciones y velocidades de partículas, sino sólo ondas. Se trata simplemente de que intentamos ajustar las ondas a nuestras ideas preconcebidas de posiciones y velocidades. El mal emparejamiento sería, entonces, la causa de la aparente impredictibilidad. saludos

[Guest]

Continuo insistiendo franc,que no es lo que interpretas. Los que tenemos incertidumbre, efectivamente somos nosotros. Máxime yo ignoro si en tal Era circulaban los fotones pero si lo hacían mi pregunta era si quedaban arrastrados por las propias partículas en expansión, o si se desprendían de ellas viajando por tanto con el retraso correspondiente. En este último caso, sin importar en que lugar se hallaran los fotones por nuestra incrertidumbre, aquellos que tuvieran a bien seguir a sus padres, lo harían con un retraso de millones de años según la duración de tal Era.

Ya ves pues, que lo que hace falta saber es:

1 ) - Si se emitían.

2 ) - Si viajaban a c.

3 ) - Si eran arrastrados a >c.

Y el Espacio, debería llenarse en todas direcciones, con lo que en esto, no hay incertidumbre.

Saludos del Abuelo.

[franc]

En cuyo caso, ¿ es lo mismo que decir que cuando observamos una estrella, observamos el pasado de la misma en proporción a los años luz que esté de nosotros?

[Guest]

Aún peor franc. Por eso al intentar grafiarlo, con valores simbólicos, ya que no precisos por desconocidos, el galimatías me obnubuliza.

Cuando llega a nosotros un fotón de un objeto celeste, dependiendo de su lejanía, habrá circulado por una, o, varias Eras, por las cuales habrá circulado en la velocidad c, o su transformación de Lorents.
Además en unas Eras lo habrá hecho circulando el tiempo que le corresponde por la materia a velocidad >c y por otra Era que la expansión fue a velocidad c, y la última actual de expansión no constante a velocidad <c.
Y las distancias recorridas en cada Era, hay que integrarlas entre su valor inicio de la Era hasta su final, ya que no espero cambios de velocidad expansiva bruscos, sino continuos. Y más cosas a tener en cuenta.

Supongo que esta simplificación que te apunto, te dará una idea de la realidad muy compleja y que de momento no logro plasmar en un gráfico esquemático convincente.

Saludos del Abuelo.

[alshain]

Muy bien franc, pero lo que pregunto es si durante la inflación, se emitirían fotones caso de hacerlo a c, cuando las partículas en expansión lo harían a velocidad superior.

Dejando de lado los posibles efectos de un vacío de características diferentes a las actuales, los fotones siempre se mueven a la misma velocidad c por el vacío, independiéntemente de la expansión del espacio o del principio de incertidumbre.

Un saludo.