Efectos de arrastre de luz

En la física del siglo XIX , existían varias situaciones en las que se podía decir que el movimiento de la materia arrastraba la luz . Esta hipótesis del arrastre del éter fue un intento de la física clásica por explicar la aberración estelar y el experimento de Fizeau , pero fue descartada cuando Albert Einstein introdujo su teoría de la relatividad. A pesar de ello, la expresión «arrastre de la luz» se ha mantenido en uso, como se analiza en esta página.

En el modelo simplificado de la relatividad especial , Einstein supone que no existen efectos de arrastre de la luz y que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad del cuerpo emisor. Sin embargo, la teoría especial de la relatividad no considera los efectos de la materia particulada ni los efectos gravitacionales , ni proporciona una descripción relativista completa de la aceleración . Al asumir supuestos más realistas (que los objetos reales están compuestos de materia particulada y poseen propiedades gravitacionales), en el modelo más sofisticado de la relatividad general , las descripciones resultantes incluyen los efectos de arrastre de la luz.

La teoría de la relatividad especial de Einstein proporciona la solución al experimento de Fizeau , que demuestra el efecto denominado arrastre de Fresnel, por el cual la velocidad de la luz se modifica al viajar a través de un medio en movimiento. Einstein demostró cómo se calcula la velocidad de la luz en un medio en movimiento, mediante la fórmula de suma de velocidades de la relatividad especial.

La teoría de la relatividad general de Einstein ofrece la solución a los demás efectos de arrastre de la luz, en los que la velocidad de la luz se modifica por el movimiento o la rotación de masas cercanas. Todos estos efectos tienen una propiedad en común: dependen de la velocidad, ya sea que esta sea de movimiento rectilíneo (lo que provoca el arrastre del marco de referencia ) o de movimiento rotacional (lo que provoca el arrastre rotacional ).

La relatividad especial predice que la velocidad de la luz se modifica al viajar a través de un medio en movimiento .

• Para un cuerpo particulado en movimiento , se sabe que la luz que se mueve a través de su estructura se desplaza más rápido en la dirección de su movimiento que en la dirección opuesta ( experimento de Fizeau ). Este efecto fue predicho originalmente por las teorías del éter arrastrado ( véase, por ejemplo, Fresnel ). También se observa que la luz que se dirige transversalmente a través de un cuerpo transparente en movimiento se desplaza en la dirección de su movimiento (RV Jones, J.Phys A 4 L1-L3 (1971)).

La relatividad general predice que la aceleración de un cuerpo en línea recta provocará que la luz se arrastre, un efecto conocido como arrastre de marco (o gravitoelectromagnetismo ).

• Para una fuente de gravedad en movimiento, el campo gravitatorio puede considerarse una extensión del objeto, y transporta inercia y momento. Dado que una colisión directa con el objeto en movimiento puede transferir momento a una partícula externa, la interacción con el campo gravitatorio del objeto también debería permitir un intercambio de momento. En consecuencia, un campo gravitatorio en movimiento arrastra la luz y la materia. Este efecto general es utilizado por la NASA para acelerar sondas espaciales mediante el efecto de honda gravitatoria .

Según la relatividad general, la rotación de un cuerpo le confiere una atracción gravitatoria adicional debido a su energía cinética ; y la luz es atraída (hasta cierto punto) por la rotación ( efecto Lense-Thirring ).

• En el caso de la rotación , bajo la relatividad general observamos un efecto de arrastre dependiente de la velocidad, ya que, para un cuerpo en rotación, la tendencia del objeto a arrastrar cosas consigo se puede explicar por el hecho de que la parte que se aleja del objeto tira con más fuerza que la parte que se acerca.

• RW Ditchburn, Luz, (3.ª ed.), Vol. 2 (Academic Press, Londres, 1976) - la luz y el movimiento de los medios particulados
• Kip Thorne, Agujeros negros y distorsiones temporales: El legado escandaloso de Einstein (Norton, Nueva York, 1995) - Recorriendo agujeros negros mediante la distorsión temporal

• arrastre de éter
• principio democrático
• Ecuaciones de Einstein-Infeld-Hoffmann