Teoría de emisiones - Emission theory

Este artículo trata sobre la teoría de la relatividad de las emisiones. Para conocer la teoría de emisión de la visión, consulte Teoría de emisión (visión) .

La teoría de las emisiones , también llamada teoría del emisor o teoría balística de la luz , era una teoría que competía con la teoría especial de la relatividad y explicaba los resultados del experimento de Michelson-Morley de 1887. Las teorías de las emisiones obedecen al principio de la relatividad al no tener un marco preferido para la luz transmisión, pero digamos que la luz se emite a una velocidad "c" relativa a su fuente en lugar de aplicar el postulado de invariancia. Por lo tanto, la teoría del emisor combina la electrodinámica y la mecánica con una teoría newtoniana simple. Aunque todavía hay defensores de esta teoría fuera de la corriente científica principal , la mayoría de los científicos considera que esta teoría ha sido desacreditada de manera concluyente.

Historia

Artículo principal: teoría balística de Ritz

El nombre más asociado con la teoría de las emisiones es Isaac Newton . En su teoría corpuscular, Newton visualizó "corpúsculos" de luz lanzados desde cuerpos calientes a una velocidad nominal de c con respecto al objeto emisor, y obedeciendo las leyes usuales de la mecánica newtoniana, y luego esperamos que la luz se mueva hacia nosotros con una velocidad que se compensa con la velocidad del emisor distante ( c  ±  v ).

En el siglo XX, Albert Einstein creó la relatividad especial para resolver el aparente conflicto entre la electrodinámica y el principio de relatividad . La simplicidad geométrica de la teoría fue persuasiva y la mayoría de los científicos aceptaron la relatividad en 1911. Sin embargo, algunos científicos rechazaron el segundo postulado básico de la relatividad: la constancia de la velocidad de la luz en todos los marcos inerciales . Entonces, se propusieron diferentes tipos de teorías de emisión donde la velocidad de la luz depende de la velocidad de la fuente, y se usa la transformación de Galileo en lugar de la transformación de Lorentz . Todos ellos pueden explicar el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley , ya que la velocidad de la luz es constante con respecto al interferómetro en todos los marcos de referencia. Algunas de esas teorías fueron:

  • La luz retiene a lo largo de todo su recorrido el componente de velocidad que obtuvo de su fuente en movimiento original, y después de la reflexión, la luz se esparce en forma esférica alrededor de un centro que se mueve con la misma velocidad que la fuente original. (Propuesto por Walter Ritz en 1908). Este modelo se consideró la teoría de emisiones más completa. (En realidad, Ritz estaba modelando la electrodinámica de Maxwell-Lorentz. En un artículo posterior, Ritz dijo que las partículas de emisión en su teoría deberían sufrir interacciones con cargas a lo largo de su trayectoria y, por lo tanto, las ondas (producidas por ellas) no retendrían sus velocidades de emisión originales indefinidamente).
  • La parte excitada de un espejo reflectante actúa como una nueva fuente de luz y la luz reflejada tiene la misma velocidad c con respecto al espejo que la luz original con respecto a su fuente. (Propuesto por Richard Chase Tolman en 1910, aunque era partidario de la relatividad especial).
  • La luz reflejada por un espejo adquiere un componente de velocidad igual a la velocidad de la imagen especular de la fuente original (propuesto por Oscar M. Stewart en 1911).
  • JG Fox (1965) introdujo una modificación de la teoría de Ritz-Tolman . Argumentó que se debe considerar el teorema de la extinción (es decir, la regeneración de la luz dentro del medio atravesado). En el aire, la distancia de extinción sería de solo 0,2 cm, es decir, después de recorrer esta distancia la velocidad de la luz sería constante con respecto al medio, no a la fuente de luz inicial. (El propio Fox era, sin embargo, un partidario de la relatividad especial).

Se supone que Albert Einstein trabajó en su propia teoría de emisiones antes de abandonarla en favor de su teoría especial de la relatividad . Muchos años después, RS Shankland informa que Einstein dijo que la teoría de Ritz había sido "muy mala" en algunos lugares y que él mismo finalmente había descartado la teoría de las emisiones porque no podía pensar en ninguna forma de ecuación diferencial que la describiera, ya que conduce a las ondas de la luz se vuelve "toda mezclada".

Refutaciones de la teoría de las emisiones

De Sitter introdujo el siguiente esquema para probar las teorías de emisiones:

donde c es la velocidad de la luz, v la de la fuente, c ' la velocidad resultante de la luz yk una constante que denota el grado de dependencia de la fuente que puede alcanzar valores entre 0 y 1. Según la relatividad especial y el éter estacionario, k = 0, mientras que las teorías de emisión permiten valores de hasta 1. Se han realizado numerosos experimentos terrestres, en distancias muy cortas, donde no podrían entrar en juego efectos de "arrastre de luz" o extinción, y nuevamente los resultados confirman que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente, descartando de manera concluyente las teorías de emisión.

Fuentes astronómicas

Argumento de de Sitter contra la teoría de las emisiones.
Animación del argumento de De Sitter.
El argumento de Willem de Sitter contra la teoría de las emisiones. Según la teoría de la emisión simple, la luz se mueve a una velocidad de c con respecto al objeto emisor. Si esto fuera cierto, la luz emitida por una estrella en un sistema de estrellas dobles desde diferentes partes de la trayectoria orbital viajaría hacia nosotros a diferentes velocidades. Para ciertas combinaciones de velocidad orbital, distancia e inclinación, la luz "rápida" emitida durante la aproximación superaría la luz "lenta" emitida durante una parte recesiva de la órbita de la estrella. Se verían muchos efectos extraños, incluyendo (a) como se ilustra, curvas de luz de estrellas variables con formas inusuales como nunca se han visto, (b) cambios extremos de Doppler rojo y azul en fase con las curvas de luz, lo que implica una alta no kepleriana órbitas, y (c) división de las líneas espectrales (observe la llegada simultánea de luz azul y roja al objetivo).

En 1910 Daniel Frost Comstock y en 1913 Willem de Sitter escribieron que para el caso de un sistema de doble estrella visto de canto, se podría esperar que la luz de la estrella que se aproxima viajara más rápido que la luz de su compañera que se aleja y la supere. Si la distancia era lo suficientemente grande como para que la señal "rápida" de una estrella que se aproximaba alcanzara y superara la luz "lenta" que había emitido antes cuando se alejaba, entonces la imagen del sistema estelar debería aparecer completamente revuelta. De Sitter argumentó que ninguno de los sistemas estelares que había estudiado mostraba el comportamiento de efecto óptico extremo, y esto se consideró la sentencia de muerte para la teoría de Ritzian y la teoría de emisiones en general, con .

El efecto de la extinción en el experimento de De Sitter ha sido considerado en detalle por Fox, y posiblemente socava la fuerza de la evidencia del tipo de De Sitter basada en estrellas binarias. Sin embargo, observaciones similares se han hecho más recientemente en el espectro de rayos X por Brecher (1977), que tienen una distancia de extinción lo suficientemente larga como para no afectar los resultados. Las observaciones confirman que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente, con .

Hans Thirring argumentó en 1926 que un átomo que se acelera durante el proceso de emisión por colisiones térmicas en el sol, está emitiendo rayos de luz con diferentes velocidades en sus puntos de inicio y final. Así, un extremo del rayo de luz alcanzaría a las partes precedentes, y en consecuencia la distancia entre los extremos se alargaría hasta 500 km hasta llegar a la Tierra, de modo que la mera existencia de líneas espectrales agudas en la radiación solar, desmiente el modelo balístico. .

Fuentes terrestres

Tales experimentos incluyen el de Sadeh (1963) quien usó una técnica de tiempo de vuelo para medir las diferencias de velocidad de los fotones que viajan en dirección opuesta, que fueron producidas por la aniquilación de positrones. Otro experimento fue realizado por Alväger et al. (1963), quien comparó el tiempo de vuelo de los rayos gamma de fuentes en movimiento y en reposo. Ambos experimentos no encontraron diferencias, de acuerdo con la relatividad.

Filippas y Fox (1964) no consideraron que Sadeh (1963) y Alväger (1963) hubieran controlado suficientemente los efectos de la extinción. Así que llevaron a cabo un experimento utilizando una configuración diseñada específicamente para dar cuenta de la extinción. Los datos recolectados de varias distancias detector-objetivo fueron consistentes con que no hay dependencia de la velocidad de la luz en la velocidad de la fuente, y fueron inconsistentes con el comportamiento modelado asumiendo c ± v con y sin extinción.

Continuando con sus investigaciones anteriores, Alväger et al. (1964) observaron π 0 - mesones que se descomponen en fotones al 99,9% de la velocidad de la luz. El experimento mostró que los fotones no alcanzaron la velocidad de sus fuentes y aún viajaron a la velocidad de la luz, con . La investigación de los medios que fueron cruzados por los fotones mostró que el cambio de extinción no fue suficiente para distorsionar el resultado de manera significativa.

También se han realizado mediciones de la velocidad de los neutrinos . Se utilizaron como fuentes mesones que viajaban casi a la velocidad de la luz. Dado que los neutrinos solo participan en la interacción electrodébil , la extinción no juega ningún papel. Las mediciones terrestres proporcionaron límites superiores de .

Interferometria

El efecto Sagnac demuestra que un rayo en una plataforma giratoria cubre menos distancia que el otro rayo, lo que crea el cambio en el patrón de interferencia. Se ha demostrado que el experimento original de Georges Sagnac sufre efectos de extinción, pero desde entonces, también se ha demostrado que el efecto Sagnac ocurre en el vacío, donde la extinción no juega ningún papel.

Las predicciones de la versión de Ritz de la teoría de la emisión eran consistentes con casi todas las pruebas interferométricas terrestres, salvo las que implican la propagación de la luz en medios móviles, y Ritz no consideró insuperables las dificultades presentadas por pruebas como el experimento de Fizeau . Tolman, sin embargo, señaló que un experimento de Michelson-Morley utilizando una fuente de luz extraterrestre podría proporcionar una prueba decisiva de la hipótesis de Ritz. En 1924, Rudolf Tomaschek realizó un experimento de Michelson-Morley modificado utilizando la luz de las estrellas, mientras que Dayton Miller utilizó la luz solar. Ambos experimentos fueron inconsistentes con la hipótesis de Ritz.

Babcock y Bergman (1964) colocaron placas de vidrio giratorias entre los espejos de un interferómetro de camino común configurado en una configuración estática de Sagnac . Si las placas de vidrio se comportan como nuevas fuentes de luz de modo que la velocidad total de la luz que emerge de sus superficies es c  +  v , se esperaría un cambio en el patrón de interferencia. Sin embargo, no hubo tal efecto que nuevamente confirma la relatividad especial y que nuevamente demuestra la independencia de la fuente de la velocidad de la luz. Este experimento se ejecutó en el vacío, por lo que los efectos de extinción no deberían jugar ningún papel.

Albert Abraham Michelson (1913) y Quirino Majorana (1918/9) realizaron experimentos de interferómetro con fuentes en reposo y espejos en movimiento (y viceversa), y demostraron que no hay dependencia de la fuente de la velocidad de la luz en el aire. El arreglo de Michelson se diseñó para distinguir entre tres posibles interacciones de los espejos en movimiento con la luz: (1) "los corpúsculos de luz se reflejan como proyectiles de una pared elástica", (2) "la superficie del espejo actúa como una nueva fuente", (3) "la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente". Sus resultados fueron consistentes con la independencia de la fuente de la velocidad de la luz. Majorana analizó la luz de fuentes en movimiento y espejos utilizando un interferómetro Michelson de brazo desigual que era extremadamente sensible a los cambios de longitud de onda. La teoría de las emisiones afirma que el desplazamiento Doppler de la luz de una fuente en movimiento representa un desplazamiento de frecuencia sin desplazamiento de longitud de onda. En cambio, Majorana detectó cambios de longitud de onda incompatibles con la teoría de las emisiones.

Beckmann y Mandics (1965) repitieron los experimentos de espejos móviles de Michelson (1913) y Majorana (1918) en alto vacío, encontrando que k era menor que 0.09. Aunque el vacío empleado fue insuficiente para descartar definitivamente la extinción como la razón de sus resultados negativos, fue suficiente para hacer que la extinción fuera altamente improbable. La luz del espejo móvil pasó a través de un interferómetro de Lloyd , parte del rayo viajando en un camino directo a la película fotográfica, reflejándose en parte en el espejo de Lloyd. El experimento comparó la velocidad de la luz viajando hipotéticamente en c + v desde los espejos en movimiento, versus la luz reflejada viajando hipotéticamente en c desde el espejo de Lloyd.

Otras refutaciones

Las teorías de las emisiones utilizan la transformación galileana, según la cual las coordenadas de tiempo son invariantes cuando se cambian los fotogramas ("tiempo absoluto"). Así, el experimento de Ives-Stilwell , que confirma la dilatación del tiempo relativista , también refuta la teoría de la emisión de luz. Como lo muestra Howard Percy Robertson , la transformación de Lorentz completa se puede derivar cuando se considera el experimento de Ives-Stillwell junto con el experimento de Michelson-Morley y el experimento de Kennedy-Thorndike .

Además, la electrodinámica cuántica coloca la propagación de la luz en un contexto completamente diferente, pero aún relativista, que es completamente incompatible con cualquier teoría que postule una velocidad de la luz que se ve afectada por la velocidad de la fuente.

Ver también

Referencias

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