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El universo siempre parecerá homogéneo

El universo siempre parecerá homogéneo

Si la velocidad de la luz no fuera siempre constante, causaría efectos de relatividad anisotrópica en la dilatación del tiempo y en la expansión cósmica, pero el Universo siempre parecerá homogéneo.

Brian Koberlein (*).

La relatividad especial es una de las teorías más fuertemente validadas que la humanidad haya ideado. Es fundamental para todo, desde los viajes espaciales y el GPS, hasta nuestra red de energía eléctrica.

Para la relatividad es fundamental el hecho de que la velocidad de la luz en el vacío es una constante absoluta. El problema es que ese hecho nunca ha sido probado.

Cuando Einstein propuso la teoría de la relatividad, fue para explicar por qué la luz siempre tenía la misma velocidad.

A finales del siglo XIX se pensaba que, dado que la luz viaja como una onda, debe ser transportada por algún tipo de material invisible conocido como éter luminífero.

El razonamiento fue que las ondas requieren un medio, como el sonido en el aire o las ondas del agua en el agua. Pero si existe el éter, entonces la velocidad observada de la luz debe cambiar a medida que la Tierra se mueve a través del éter.

Mediciones nulas

Pero las mediciones para observar la deriva del éter han resultado nulas. La velocidad de la luz parecía constante.

Einstein descubrió que el problema estaba en suponer que el espacio y el tiempo eran absolutos y que la velocidad de la luz podía variar.

En cambio, si la velocidad de la luz era absoluta, el espacio y el tiempo deben verse afectados por el movimiento relativo. Es una idea radical, pero está respaldada por cada medida de la velocidad constante de la luz.

Pero varios físicos han señalado que, si bien la relatividad asume que la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, también muestra que la velocidad nunca puede medirse.

Específicamente, la relatividad prohíbe medir el tiempo que tarda la luz en viajar desde el punto A al punto B.

Sincronización imposible

Para medir la velocidad de la luz en una dirección, necesitaría un cronómetro sincronizado en cada extremo, pero el movimiento relativo afecta a la velocidad de sus cronómetros en relación con la velocidad de la luz.

Por lo tanto, esos cronómetros no se pueden sincronizar sin conocer la velocidad de la luz, que no puede conocer sin ser medida.

Lo que se puede hacer entonces es usar un solo cronómetro para medir el tiempo de ida y vuelta de A a B de regreso a A, y esto es lo que hace cada medición de la velocidad de la luz.

Dado que todas las mediciones de la velocidad de ida y vuelta de la luz dan un resultado constantes, se puede pensar que se puede dividir el tiempo entre dos y medirlo. Esto es exactamente lo que hizo Einstein.

Él asumió el tiempo de ida y vuelta era el mismo. Nuestros experimentos están de acuerdo con esa suposición, pero también están de acuerdo con la idea de que la velocidad de la luz que viene hacia nosotros es diez veces más rápida que la velocidad que se aleja de nosotros.

Velocidad media

La luz no tiene que tener una velocidad constante en todas las direcciones, solo tiene que tener una velocidad constante de ida y vuelta «promedio». La relatividad aún se mantiene si la velocidad de la luz es anisotrópica (varía según la dirección en la que es medida).

Si la velocidad de la luz varía con su dirección de movimiento, entonces veríamos el universo de una manera diferente. Cuando miramos galaxias distantes, estamos mirando hacia atrás en el tiempo porque la luz tarda en llegar a nosotros.

Si la luz distante nos alcanzara rápidamente en alguna dirección, veríamos el universo en esa dirección como más viejo y expandido. Cuanto más rápido nos llegue la luz, menos «retroceso en el tiempo» veríamos.

Dado que observamos un cosmos uniforme en todas las direcciones, seguramente eso muestra que la velocidad de la luz es constante.

No del todo

Bueno, no del todo, como muestra un nuevo estudio. Resulta que, si la velocidad de la luz varía con la dirección, también lo hace la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo.

El equipo consideró los efectos de la luz anisotrópica en un modelo relativista simple conocido como el universo de Milne. Es básicamente un universo de juguete similar en estructura al observado, pero sin toda la materia y la energía.

Descubrió que el anisotrópico de la luz causaría efectos de relatividad anisotrópica en la dilatación del tiempo y en la expansión cósmica. Estos efectos cancelarían los aspectos observables de una velocidad de luz variable.

En otras palabras, incluso si el universo fuera anisotrópico debido a la variación de la velocidad de la luz, aún parecería homogéneo.

Entonces, parece que la cosmología simple tampoco puede probar la suposición de Einstein sobre la velocidad de la luz. A veces, las ideas más básicas de la ciencia son las más difíciles de probar.

 

(*) Brian koberlein es astrofísico y escritor. Este artículo se publicó originalmente en su blog personal bajo el título Going My Way. Se reproduce con autorización.

 

Referencia

The One-Way Speed of Light and the Milne Universe. Geraint F. Lewis, Luke A. Barnes. ArXiv preprint arXiv: 2012.12037 (2020).

 

Foto: ESA / XMM-Newton (rayos X); CFHT-LS (óptico); Encuesta XXL

Firma invitada

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