¿Podemos medir la velocidad de la luz en una dirección?

Question

Lo siento si esta es una pregunta tonta. Hace poco me enteré de que es imposible que podamos medir la velocidad de la luz en una dirección. Sólo podemos medirla en dos direcciones y asumimos que su velocidad es la misma en ambas direcciones por convención.

https://en.wikipedia.org/wiki/One-way_speed_of_light

Pero hemos podido observar directamente los efectos de la velocidad finita de la luz desde el año 1600, cuando los astrónomos trataron de utilizar a Io como una forma de medir el tiempo sin un reloj y encontraron que parecía orbitar ligeramente más rápido mientras la Tierra se movía hacia ella y ligeramente más lento mientras se alejaba de ella, para una discrepancia máxima total de 16 minutos. Este retraso no se debe a que la luz rebote en la superficie de Io, ya que lo hace en ambas situaciones. El retraso se debe únicamente a que la luz tiene que viajar 186 millones de millas más entre las dos mediciones.

Así que mi pregunta es, ¿es este segundo ejemplo una medición real de la velocidad de la luz en una dirección? No veo por qué una fuente dice que no podemos medir la luz en una dirección mientras que la segunda fuente sugiere que sí podemos. Por favor, ayúdenme a aclarar esta contradicción.

Answer 1

Sí, a menudo se asume que Rømer midió la velocidad de la luz en una dirección. Puede parecer trance, pero la velocidad de Rømer es también la velocidad obtenida bajo la suposición tácita de la igualdad de las velocidades de la luz en direcciones opuestas. El hecho es que Rømer y Cassini estaban especulando sobre el movimiento de los satélites de Júpiter, asumiendo automáticamente que el espacio de los observadores era isotrópico.

El físico estonio - australiano Leo Karlov demostró que Rømer midió realmente la velocidad de la luz haciendo implícita la suposición de la igualdad de las velocidades de la luz de ida y vuelta.

L. Karlov, "¿Ofrece el método de Roemer una velocidad unidireccional de la luz?" Australian Journal of Physics 23, 243-258 (1970)

También:

L. Karlov "Fact and Illusion in the speed of light determination of the Roemer type" American Journal of Physics, 49, 64-66 (1981)

Algunas reflexiones sobre la velocidad unidireccional de la luz están aquí.

Otro método interesante para medir la velocidad de la luz de una manera que usted puede descubrir pronto o más tarde era tan - llamada rueda dentada de Fizeau doble. Se trata de dos ruedas dentadas unidas a lados opuestos de un eje giratorio largo y un haz de luz entre los dientes. Este método fue empleado (probablemente sin la debida diligencia) por S. Marinov y M. D. Farid Ahmet.

Sin embargo, Herbert Ives en su artículo de 1939 "Theory of Double Fizeau toothed wheel" predijo que el resultado de la medición será exactamente c debido al giro relativista del eje giratorio.

Answer 2

Con dos relojes atómicos modernos en montañas bien separadas, un observador podría registrar el momento en que un pulso corto pasara por su reloj, y el segundo observador podría registrar el momento en que llegara al suyo. Se podría sincronizar los relojes en un punto medio, y situarlos a la misma altitud.

Answer 3

Tuve una idea para medir la velocidad de la luz en una dirección que no se vio afectada por las razones presentadas en Veritasiums vídeo. Coloca una cadena de materiales sensibles a la luz, a igual distancia, a lo largo de la trayectoria del láser. Cuando esos materiales son alcanzados por el láser, se disparan otros dos láseres, uno de ellos dirigido al siguiente material sensible a la luz de la cadena, y el otro con una ráfaga de milisegundos hacia un puesto de observación. (Para obtener medidas más fiables, el puesto de observación debe estar en el punto inicial o final del experimento para que toda la luz recorra el mismo camino).

Ahora todo lo que tienes que hacer es cronometrar el retraso entre los pulsos del segundo láser. Ahora, repite el experimento disparando un láser en la dirección opuesta, y si hay una diferencia en la velocidad de la luz, en cualquier dirección, el 2º láser lo mostrará llegando más cerca o más lejos.

Para asegurarse de que la prueba es lo más precisa posible, utilice relojes en cada estación láser sólo para medir el tiempo que transcurre desde que se recibe el láser de la estación anterior hasta que se dispara el láser de esa estación. Y para asegurarse de que ambos láseres de la estación se dispararon exactamente al mismo tiempo. Ajustar los cálculos si ese fuera el caso.

Esto eliminaría la necesidad de dos relojes (uno en cada extremo), espejos o cualquier otra cosa que las grandes distancias puedan distorsionar.

Answer 4

La velocidad de la luz nunca se ha medido en una sola dirección, sino siempre utilizando un medio reflejado. Por tanto, c es constante en ese método.

En referencia a esto presento un video del YouTuber Veritasium https://youtu.be/pTn6Ewhb27k

También sugiero el siguiente experimento, Usando un emisor de fotones con un reloj, apuntar a un segundo emisor de fotones con un reloj.

El emisor pulsa fotones a ráfagas de 1 ms y cada una registra el fotón recibido. Haga que la prueba se ejecute durante 10 minutos varias veces, una al amanecer, otra al mediodía y otra al atardecer, esto dará los datos correspondientes a la ubicación de la prueba, su dirección y la del sol.

También propongo que se hagan pruebas adicionales en el apogeo terrestre y en el apogeo lunar para añadir esos datos. Esto también dará información adicional con respecto a la atracción gravitacional de esos cuerpos que nos afectan más.

Si la luz es constante, los datos lo demostrarán, si no, tendremos más preguntas.

Answer 5

La velocidad de la luz es de 299 792 458 metros por segundo, por lo que en 1 nano segundo la luz recorre unos 30 centímetros. Así que con un led y un emisor de frecuencia que genere un cuadrado de 0,5 10-9 podemos detectar al otro lado del banco con un fotosensor la caída de la señal y adaptar la distancia hasta que esté en fase con el emisor y podamos medir +-30 cm entre el emisor y el sensor... pero sin ninguna precisión . Toda la cuestión al hablar de la velocidad de la luz reside hoy en día en el número de dígitos que puede alcanzar una medición.

Por otro lado, la constante universal C ha sido definida como 299 792 458 metros por segundo en 1983 en la conferencia internacional del IBWM, Oficina Internacional de Pesos y Medidas y se supone que es la velocidad de la luz y de las ondas electromagnéticas en el vacío. Todavía hay investigaciones que se centran en la verificación y la mejora de este valor, pero C, es una constante definida y no debe confundirse con la velocidad física de las luces que se puede medir. El valor de C puede cambiar en el futuro, por ejemplo, si las mediciones de la velocidad de la luz en el vacío mejoran el número de dígitos significativos.

Las mediciones de la velocidad de la luz y de las ondas electromagnéticas seguirán siendo un campo de investigación ya que permiten estudiar aspectos fundamentales de las teorías físicas, la física del cosmos y también porque las ingenierías necesitan mediciones precisas en el aire y en medios refractarios para todas las longitudes de onda.

El artículo Determinación de la velocidad de la luz (1676-1983): Un estudio internalista de la sociología de la ciencia de Dominique RAYNAUD, ofrece un bello resumen de las principales investigaciones y resultados obtenidos hasta 2014.