Invarianta vitezei luminii in fizica clasica

 Viteza luminii este invariantă în fizica clasică. Teoria relativității nu este necesară

Viteza luminii în vid este invariabilă, adică este aceeași pentru toți observatorii, indiferent de mișcarea lor relativă sau de mișcarea sursei de lumină. Acesta este un postulat fundamental al teoriei relativității speciale a lui Einstein, dar apreciez că nu are însă nicio legătură cu aceasta. Are legătură în schimb cu fizica clasică, în care lumina este o undă care se propagă în eter, și cu efectul Doppler-Fizeauclasic, care arată cum se modifică frecvența și lungimea de undă a luminii ca urmare a mișcării relative dintre observator și sursă.

Mai exact, dacă frecvența observată f’ crește, lungimea de undă observată λ’ scade (blueshift), și viceversa, dacă frecvența scade, lungimea de undă crește (redshift). Această ajustare face ca viteza undei, care este dată de ecuația undei v = f’·λ’, adică de produsul frecvenței și lungimii de undă observate, să rămână constantă sau invariabilă pentru toți observatorii care măsoară doar o frecvență și lungime de undă diferite (cu excepția cazului când se deplasează cu aceeași viteză în aceeași direcție, când efectul Doppler dispare).

Asta înseamnă că postulatul relativ al lui Einstein nu este tocmai un postulat, ci este în fapt un lucru demonstrabil cu fizica clasică; prin urmare nu trebuia postulat ca ceva separat de aceasta, în cadrul unei teorii relative alternative. Chiar dacă enunțul postulatului este corect, faptul că l-a postulat, și nu l-a demonstrat, arată că Einstein nu a înțeles care este de fapt cauza invarianței, care este una cât se poate de simplă și clasică. Și pentru că nu a înțeles cauza, el a încercat să explice invarianța în mod forțat și eronat prin artificii matematice precum dilatarea timpului și contractarea lungimii, pe care le-a preluat din teoria eterului a lui Lorentz. Pentru că teoria relativității speciale a lui Einstein este de fapt teoria lui Lorentz despre eter, dar fără eter.

Dar de ce fizicienii aceștia geniali precum Lorentz sau Einstein nu au înțeles acest lucru simplu și banal, care arată de ce viteza luminii e invariantă în fizica clasică?

Pentru că, se pare, erau genii doar la matematică, nu și la fizică (Einstein, de exemplu, își imagina că o undă poate să se propage în nimic), și nu prea au înțeles cum se calculează viteza undei în fizica clasică, în care lumina e o undă în eter. Și nu doar ei, ci toți fizicienii care se așteptau ca viteza luminii să varieze în funcție de mișcarea sursei sau a observatorului, compunând viteza luminii cu viteza acestora. Pentru că mai toți aplicau în mod greșit relativitatea lui Galilei undelor.

Dar de ce este greșit acest lucru?

Pentru că în fizica clasică, viteza unei unde, indiferent că ne referim la sunet sau lumină, depinde doar de mediul în care se propagă unda, nu de viteza sursei sau a observatorului. Din acest motiv, viteza undei nu se combină sau compune cu viteza acestora.

De exemplu, dacă o mașină merge cu 100 km/h, sunetul emis de boxele mașinii nu capătă o viteză mai mare cu 100 km/h, 1234 + 100 = 1334 km/h, față de un observator staționar. Ci se propaga tot cu viteza sunetului, care e determinata strict de proprietatile mediului in care se propaga unda, si doar frecventa si lungimea de unda se schimba fata de observator. De aceea viteza sunetului variaza in functie de mediul de propagare, si de exemplu in apa sunetul se propaga mai repede decat in aer.  

În același sens, dacă mașina isi aprinde farurile in timp ce merge cu 100 km/h, viteza luminii emisa de farurile masinii nu se aduna cu viteza mașinii, si nu devine c+100 km/h față de acelasi observator. Indiferent de viteza sursei, viteza luminii ramane neschimbata, sau constanta, pentru ca e determinata numai de proprietatile mediului de propagare, si doar frecventa si lungimea de unda se schimba fata de observator. La fel ca si in cazul sunetului, viteza luminii variaza numai in functie de mediul in care se propaga unda, cu mentiunea ca spre deosebire de sunet, lumina se propaga mai repede in medii mai putin dense (mai repede in gaze decat in lichide). 

Dar ce se intampla daca masina sau sursa sta pe loc si observatorul se misca ?

Dacă observatorul se mișcă cu viteza de 100 km/h către o sursa staționară, sunetul emis de sursa nu își schimbă viteza de propagare, iar observatorul nu înregistrează o viteză a sunetului mai mare cu 100 km/h, si evident nici o viteza a luminii mai mare. Ci înregistrează o frecvență aparentă mai mare, respectiv o lungime de undă aparentă mai mică, dacă se mișcă înspre sursă, sau o frecvență mai mică și o lungime de undă mai mare, dacă se mișcă în direcția opusă. (lungimea de unda aparenta λ’ se schimba invers proportional cu frecventa aparenta f’, pentru ca   v=λ’f’)

Acesta este efectul Doppler clasic, care în fizica clasică se aplică în mod identic oricărei unde, atât sunetului cât și luminii și undelor electromagnetice în general. Motiv pentru care Doppler a și prezis efectul omonim pentru lumină în 1842, care ulterior a fost descoperit independent de Fizeau în 1848. Acesta a demonstrat că lungimea de undă a luminii emise de stele se schimbă în funcție de mișcarea stelei sursă și de mișcarea Pământului (observatorului), folosind aceleași ecuații pe care Doppler le-a aplicat în cazul sunetului:

f’ = f·(c − vo)/(c − vs)
λ’ = λ·(c − vs)/(c −vo)

unde c= viteza luminii în vid, vo = viteza observatorului față de mediu și vs = viteza sursei față de mediu.

Și din fericire nu trebuie să fim matematicieni ca să vedem că dacă înmulțim frecvența și lungimea de undă schimbate, măsurate de observator, produsul f’·λ’ este intotdeauna egal cu f·λ, care este viteza undei în mediu. 

Prin urmare viteza luminii, la fel cu cea a sunetului, este constantă pentru toți observatorii în fizica clasică, adică invariabilă, și nu variabilă cum se așteptau fizicienii care calculau în mod greșit viteza undei prin compunerea vitezelor.

Aceștia au făcut o greșeală fundamentală, aplicând relativitatea lui Galilei undelor, dar care nu se poate aplica acestora, pentru că, spre deosebire de particule, undele au un cadru de referință preferențial, cel al mediului lor de propagare (care NU poate fi substituit cu cadrul sursei sau observatorului), iar viteza undelor depinde doar de proprietățile mediului: densitate și elasticitate în cazul undelor mecanice sau permitivitate și permeabilitate în cazul undelor electromagnetice (deși Maxwell a folosit cu succes ecuația lui Newton pentru viteza sunetului pentru a calcula viteza luminii în funcție de densitatea și elasticitatea eterului). Din acest motiv viteza lor nu se schimbă în funcție de mișcarea sursei sau a observatorului, pentru că proprietățile mediului nu se schimbă atunci când sursa sau observatorul se mișcă.

Relativitatea lui Galilei functioneaza perfect in cazul particulelor, pentru ca acestea nu au un cadru de referinta preferential si viteza lor variaza in functie de cadrul de referinta ales, dar in mod evident nu functioneaza in cazul undelor, care au un cadru de referinta preferential si o viteza de propagare fixata in mediu care este stabilita numai in raport fata de acest cadru, si nu de alte cadre aleatoriu alese (care nu pot tine loc de mediu, si nu afecteaza cu nimic viteza undei in mediu). Relativitatea lui Galilei trateaza toate cadrele de referinta ca fiind egale, ori asta intra in conflict direct cu fizica undelor, care au un cadru preferential, ce nu poate fi substituit de alte cadre.

Si tocmai pentru că aplicau în mod haotic relativitatea galileeană undelor, schimband cadrul de referinta al undei dupa cum batea vantul (de eter, desigur) si compunand vitezele la fel ca in cazul particulelor, fizicienii se așteptau ca viteza luminii să varieze la fel ca in cazul particulelor, in functie de cadrul de referinta ales, în loc să fie invariabilă. Dacă nu ar fi făcut această greșeală fundamentală și ar fi calculat corect viteza undei măsurate de un observator aflat în mișcare, cu ecuația undei, respectiv produsul dintre frecvența schimbată observată și lungimea de undă schimbată observată, ar fi realizat că viteza undei este de fapt invariabilă pentru toți observatorii în fizica clasică!

Adică ar fi înțeles de ce toți observatorii măsoară aceeași viteză a luminii și nu ar mai fi fost șocați de acest lucru. Și nu ar mai fi fost nevoiți să inventeze o metafizică alternativă, bazată pe concepte ad-hoc și metafizice gen contracția lungimii sau dilatarea timpului, care să înlocuiască fizica clasică, cum au făcut Lorentz, Fitzgerald sau Einstein, care a eliminat mediul de propagare al undelor electromagnetice, înlocuindu-l cu o struțo-cămilă matematică numită spațiu-timp. Pentru că singurul motiv pentru care aceștia au inventat transformările acelea relative era ca să explice de ce viteza luminii era invariabilă în experimente, precum cel făcut de Michelson-Morley, și nu variabilă cum se așteptau ei.

În mod ironic, invarianța dovedită experimental a vitezei luminii este întocmai ceea ce rezultă din fizica clasică a undelor (în care lumina este o undă propagată în eter), care însă a fost greșit înțeleasă și interpretată de toți acești fizicieni pentru a prezice variația în loc de invarianță, o eroare fundamentală care i-a condus la o concluzie fundamental greșită: că fizica clasică trebuie să fie greșită și că e nevoie de o metafizică relativă nouă care să-i ia locul pentru a explica această invarianță „neașteptată” și „șocantă”. Prin urmare relativitatea specială a lui Einstein pur și simplu nu este necesară pentru a explica invarianța vitezei luminii, care apare ca o consecință directă a fizicii clasice a undelor și a efectului Doppler, fără a dilata timpul și a contracta spațiul (adică fără transformările Lorentz). În consecință, nu eterul sau fizica clasică trebuie abandonate, ci relativitatea specială, care este o știință falsă, adică o pseudo-știință.

Pentru că viteza luminii era deja invariabilă în fizica clasică în care lumina este o undă în eter, iar prin urmare nu era nevoie să postuleze Einstein acest lucru și să inventeze o nouă teorie ca să explice invarianța fara eter. Deci postulatul lui relativ special- ca viteza luminii e constanta indiferent de miscarea sursei sau observatorilor, nu este absolut deloc special, si nici relativ, ci absolut clasic. Faptul ca viteza luminii ramane constanta cand sursa sau observatorul se misca nu este un fenomen relativ special si nu contrazice in nici un fel fizica clasica, asa cum sustin fizicienii relativisti, ci doar o confirma.

Teoria relativității speciale, care a înlocuit, în opinia mea si a lui Tesla (un critic la fel de infocat al relativitatii), în mod pseudo-științific teoria clasică a luminii ca unda in eter, acesta din urma fiind considerat nenecesar de catre Einstein, este ea insasi complet nenecesară pentru a explica acest fenomen, care dupa cum spuneam e unul cât se poate de clasic și banal. Nu e un fenomen relativ și special care dilată timpul și contractă spațiul când sursa sau observatorul se mișcă pentru a pastra viteza luminii constanta, acest lucru se intampla in mod natural pentru ca frecvența/perioada undei se modifică și lungimea de undă observată se contractă sau dilată în consecință.*

Transformările lui Lorentz, care au fost dezvoltate de acesta pentru a explica rezultatul nul al experimentului Michelson-Morley și „a salva” eterul (și care au fost folosite ulterior de Einstein în relativitatea specială) nu sunt decât niște scamatorii matematice și metafizice introduse pentru a produce invarianța în mod forțat și nenatural, prin contractarea lungimii sau dilatarea timpului, care sunt niște concepte complet artificiale și trase de păr.

După cum am arătat, invarianța poate fi simplu explicată cu fizica clasică, fără a inventa concepte ad-hoc dubioase, doar prin înțelegerea și aplicarea corectă a fizicii existente. Aceasta fiind cea mai simplă și logică explicație, care nu necesită presupuneri suplimentare pentru a explica același fenomen fizic, lama lui Occam ne obligă să tăiem aceste presupuneri complicate și nenecesare inventate de Lorentz și preluate de Einstein - și deci să abandonăm relativitatea specială cu totul (și implicit și pe cea generală).

* Această schimbare a frecvenței provoacă o modificare a frecvenței ceasurilor atomice aflate în mișcare, care sunt calibrate prin intermediul unor microunde a căror frecvență va fi schimbată de mișcarea relativă dintre ceasuri. Deci nu din cauza că „se dilată timpul” ceasurile vor fi desincronizate, ci din cauza că frecvența și lungimea de undă a undei de calibrare se schimbă conform efectului Doppler-Fizeau în funcție de mișcarea ceasurilor (la care se adaugă efectul Zeeman care modifică frecvența de rezonanță a atomilor în funcție de viteza ceasului atomic și de intensitatea câmpului magnetic al Pământului, care variază pe altitudine, longitudine și latitudine).