Astronomía

¿Por qué la gente dice que viajar a la velocidad de la luz o más rápido es imposible?

¿Por qué la gente dice que viajar a la velocidad de la luz o más rápido es imposible?

Imposible supone que sabemos todo lo que hay que saber, bueno, todo. Hubo un tiempo en que todo lo que sabía locos decía que viajar más rápido que la velocidad del sonido era imposible. Estos mismos genios dijeron que la velocidad de escape era imposible. Estoy seguro de que antes la gente decía que el vuelo propulsado era imposible. Conocemos partículas teóricas que podrían viajar más rápido que la luz si pudiéramos probar su existencia, como los taquiones, así que ¿no podemos decir que es improbable? Si el espacio, no nuestro universo, es realmente infinito, que es la única conclusión lógica a la que puedo llegar, me parece que nuestras leyes de la física solo se aplicarían a nosotros, en nuestro universo. Es posible que ni siquiera se apliquen aquí si "hiciéramos los cálculos". ¿Recuerdan cuando los científicos dijeron que nada era más pequeño que un átomo, que era imposible tener partículas más pequeñas que eso? ¿Cómo te fue? Todo absoluto de la ciencia parece romperse en algún momento.

Somos una especie MUY joven en el gran esquema de las cosas y siempre me sorprende cómo los humanos ahora, en el año 2012, creen que lo tienen todo resuelto. Estas son las mismas personas que dicen el hecho de que, dado que los extraterrestres no nos han visitado, no pueden existir o no tienen la tecnología para viajar aquí. Lo que supone que quieren. O que simplemente no son tan avanzados. Y luego ves esos videos de ovnis que tiene la Marina. No soy de las teorías de la conspiración, sino de los objetos que viajan más rápido que la velocidad del sonido sin boom sónico: explícalo. O cualquiera de los otros supuestos detalles. Como la velocidad de Mach a 0 y flotando en menos de un segundo. Nada de lo que sepamos en la Tierra hace eso, así que tal vez estén aquí. No tengo idea. Realmente no me importa si lo son, para ser honesto. Me interesa más la física.

Me doy cuenta de la cantidad de energía que se necesita para viajar a la velocidad de la luz, pero eso es lo que nosotros saber de la velocidad de la luz. Y de gravedad. ¿Qué pasa si FTL no utiliza la misma física? ¿Qué pasa si nunca necesita ir a la velocidad de la luz para ir a velocidades FTL? ¿Qué pasa si en el futuro alguien lo resuelve aprovechando la materia oscura o la energía oscura? Si uno o ambos existen en todas partes del universo y, presumiblemente, más allá, y solo necesita aprovecharlo, no realmente "gastarlo" como un combustible, ahí está su fuente de energía.

O tal vez el hombre descubre cómo hacer trampa y usa un agujero de gusano estable si alguna vez se demuestra que es real, o descubre cómo crear uno (Event Horizon). Sé 100% seguro que no sucedería en nuestras vidas, pero ¿cómo puede alguien decir dentro de 2 mil millones de años si el hombre todavía existe, no podrán viajar más rápido que la luz hacia una certeza absoluta? Tal vez se creará tecnología para eliminar la masa de un objeto en el espacio, no lo sé, me parece que si eso fuera posible, la velocidad de la luz sería fácil en ese punto. La mayor parte de lo que sabemos sobre la física del universo son teorías. Al igual que con los agujeros negros, que viola las leyes de la física si se destruye la información, pero como realmente no podemos probar esa teoría, simplemente la seguimos.


No son las personas las que dicen que no podemos viajar a la velocidad de la luz o más rápido, son los modelos teóricos los que lo dicen.

Esos modelos, en particular, la relatividad general, son las mejores teorías disponibles hasta ahora para explicar todo lo que podemos. observar y nada de lo que observamos está en contradicción con esas teorías. En el marco de esos modelos deber llegan a la conclusión de que viajar a la velocidad de la luz o más rápido es imposible.

Por supuesto que ya sabemos, al menos existe la suposición, que la relatividad general en su forma actual no puede ser la imagen completa. Un ejemplo: el modelo matemático subyacente permite singularidades (es decir, valores infinitos para algunas propiedades físicas). El supuesto es que cuando se combinan la Mecánica Cuántica y la Teoría de la Relatividad, surgirá un modelo adecuado sin singularidades. Que este nuevo modelo posiblemente también cuente una nueva historia sobre los viajes a la velocidad de la luz.


El argumento más fuerte en contra de los viajes FTL, o la comunicación, es que permitiría violaciones de causalidad tal como lo haría viajar hacia atrás en el tiempo. Dados los viajes FTL y los diferentes marcos de referencia relativistas, podría cambiar las cosas en el pasado. Y no, eso no significa que las cosas simplemente aparecer retroceder en el tiempo; tendrías marcos de referencia en los que el efecto en realidad precedería a la causa. Este enlace proporciona una explicación detallada.

Entonces, el mismo aspecto de la realidad que parece prohibir retroceder en el tiempo prohíbe los viajes FTL.


Primero, no hay "... cantidad de energía que se necesita para viajar a la velocidad de la luz". Ese es el problema. La cantidad de energía necesaria para acercarse a la velocidad de la luz aumenta asintóticamente, alcanzando el infinito a la velocidad de la luz misma. Este es el problema. No existe una forma convencional de acelerar la masa. a la velocidad del umbral de la luz. Dicho esto, la relatividad no evita que los objetos viajen más rápido que la velocidad de la luz, solo que se aceleren desde abajo hacia arriba de ese umbral.

1: 10-2: 20 es la sección relevante.

SpaceTime, por otro lado, es esencialmente ilimitado en sus velocidades expansivas. La teoría de la inflación comúnmente aceptada postula que todo el Universo se expandió muchas veces la velocidad de la luz durante un breve período justo después del Big Bang. La expansión continúa acelerando las galaxias más allá de la velocidad de la luz de nuestro marco de referencia, siendo z ∼ 1,46 el punto de corte. Nuestra galaxia, desde su perspectiva, también se ha acelerado mucho.

https://cds.cern.ch/record/679214/files/0310808.pdf

Los impulsores warp teorizados, como el Alcubierre Drive, esperan sortear el problema de la aceleración aprovechando el potencial de velocidad de SpaceTime para acelerar la región SpaceTime afectada dentro de la burbuja warp, en relación con la cual el Drive en sí mismo está esencialmente inmóvil, evitando así la velocidad de la luz. barrera por completo.


¿Por qué la gente dice que viajar a la velocidad de la luz o más rápido es imposible? - Astronomía

Dices que nada puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz, pero hay evidencia de que los taquiones viajan más rápido que la luz.

Los taquiones, si existieran, por definición siempre viajarían más rápido que la velocidad de la luz. Pero no hay evidencia observacional de que existan taquiones. La única razón por la que algunas personas han propuesto que tal partícula podría existir es porque las partículas "más rápidas que la luz" satisfarían todas las ecuaciones de relatividad.

Sin embargo, puede que esté usando la palabra "satisfacer" un poco vagamente. Los taquiones tendrían que tener una masa o una energía que es un número imaginario. Se podría argumentar que esta es una idea bastante no física. También tendrían la extraña propiedad de que si le das más energía a un taquión, se ralentizaría (pero nunca se movería tan "lento" como la velocidad de la luz).

Sin embargo, los taquiones tienen un propósito útil. Se invocan con frecuencia en las discusiones sobre viajes en el tiempo en la ciencia ficción. :)

Esta página se actualizó por última vez el 27 de junio de 2015.

Sobre el Autor

Christopher Springob

Chris estudia la estructura a gran escala del universo utilizando las velocidades peculiares de las galaxias. Obtuvo su doctorado en Cornell en 2005 y ahora es profesor asistente de investigación en la Universidad de Australia Occidental.


Las verdaderas razones por las que nada puede ir más rápido que la luz

Era septiembre de 2011 y el físico Antonio Ereditato acababa de conmocionar al mundo.

El anuncio que había hecho prometía cambiar nuestra comprensión del Universo. Si los datos recogidos por 160 científicos que trabajan en el proyecto OPERA eran correctos, se había observado lo impensable.

Partículas y ndash en este caso, neutrinos y ndash habían viajado más rápido que la luz.

Esta vez los científicos se equivocaron

Según las teorías de la relatividad de Einstein, esto no debería haber sido posible. Y las implicaciones para demostrar que había sucedido eran vastas. Es posible que haya que reconsiderar muchos aspectos de la física.

Aunque Ereditato dijo que él y su equipo tenían "mucha confianza" en su resultado, no afirmaron que sabían que era completamente exacto. De hecho, estaban pidiendo a otros científicos que los ayudaran a comprender lo que había sucedido.

Al final, resultó que el resultado de OPERA era incorrecto. Un problema de sincronización había sido causado por un cable mal conectado que debería haber estado transmitiendo señales precisas desde satélites GPS.

Hubo un retraso inesperado en la señal. Como consecuencia, las mediciones de cuánto tardaron los neutrinos en viajar la distancia dada estaban desviadas en unos 73 nanosegundos, lo que hace que parezca que se han movido más rápido de lo que podría haberlo hecho la luz.

A pesar de meses de controles cuidadosos antes del experimento, y de un doble control abundante de los datos después, esta vez los científicos se equivocaron. Ereditato renunció, aunque muchos señalaron que errores como estos ocurren todo el tiempo en la enormemente compleja maquinaria de los aceleradores de partículas.

¿Por qué fue tan importante sugerir & ndash incluso como una posibilidad & ndash de que algo había viajado más rápido que la luz? ¿Y estamos realmente seguros de que nada puede?

Tomemos primero la segunda de esas preguntas. La velocidad de la luz en el vacío es de 299.792,458 km por segundo y apenas por debajo de una agradable cifra redonda de 300.000 km / s. Eso es bastante ágil. El Sol está a 150 millones de kilómetros de la Tierra y la luz tarda solo ocho minutos y 20 segundos en viajar hasta allí.

Necesitaba usar cantidades cada vez mayores de energía adicional para hacer diferencias cada vez más pequeñas en la velocidad.

¿Alguna de nuestras propias creaciones puede competir en una carrera con la luz? Uno de los objetos más rápidos creados por humanos jamás construidos, la sonda espacial New Horizons, pasó por Plutón y Caronte en julio de 2015. Ha alcanzado una velocidad relativa a la Tierra de poco más de 16 km / s, muy por debajo de 300.000 km / s.

Sin embargo, hemos hecho que las partículas diminutas viajen mucho más rápido que eso. A principios de la década de 1960, William Bertozzi, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, experimentó con la aceleración de electrones a velocidades cada vez mayores.

Debido a que los electrones tienen una carga negativa, es posible propulsarlos o, mejor dicho, repelerlos aplicando la misma carga negativa a un material. Cuanta más energía se aplique, más rápido se acelerarán los electrones.

Puede imaginar que solo necesita aumentar la energía aplicada para alcanzar la velocidad requerida de 300,000 km / s, pero resulta que simplemente no es posible que los electrones se muevan tan rápido. Los experimentos de Bertozzi encontraron que el uso de más energía no causaba simplemente un aumento directamente proporcional en la velocidad de los electrones.

A medida que los objetos viajan cada vez más rápido, se vuelven cada vez más pesados

En cambio, necesitaba usar cantidades cada vez mayores de energía adicional para hacer diferencias cada vez más pequeñas en la velocidad a la que se movían los electrones. Se acercaron cada vez más a la velocidad de la luz, pero nunca la alcanzaron.

Imagínese viajar hacia una puerta en una serie de movimientos, en cada uno de los cuales recorre exactamente la mitad de la distancia entre su posición actual y la puerta. Estrictamente hablando, nunca llegarás a la puerta, porque después de cada movimiento que hagas aún te queda algo de distancia por recorrer. Ese es el tipo de problema que Bertozzi encontró con sus electrones.

Pero la luz está formada por partículas llamadas fotones. ¿Por qué estas partículas pueden viajar a la velocidad de la luz cuando las partículas como los electrones no pueden?

"A medida que los objetos viajan cada vez más rápido, se vuelven más y más pesados ​​y cuanto más pesan, más difícil es lograr la aceleración, por lo que nunca se llega a la velocidad de la luz", dice Roger Rassool, físico de la Universidad de Melbourne. Australia.

"Un fotón en realidad no tiene masa", dice. "Si tuviera masa, no podría viajar a la velocidad de la luz".

En su mayor parte, es justo decir que la luz viaja a 300.000 km / s.

Los fotones son bastante especiales. No solo no tienen masa, lo que les da rienda suelta cuando se trata de moverse en vacíos como el espacio, sino que no tienen que acelerar. La energía natural que poseen, viajando como lo hacen en ondas, significa que en el momento en que se crean, ya están a máxima velocidad.

De hecho, de alguna manera tiene más sentido pensar en la luz como energía en lugar de como un flujo de partículas, aunque sinceramente es un poco confuso y ambas cosas.

Aún así, la luz a veces parece viajar más lentamente de lo que podríamos esperar. Aunque a los técnicos de Internet les gusta hablar de las comunicaciones que viajan a "la velocidad de la luz" a través de fibras ópticas, la luz en realidad viaja alrededor de un 40% más lento a través del vidrio de esas fibras que a través del vacío.

En realidad, los fotones todavía viajan a 300.000 km / s, pero se encuentran con una especie de interferencia causada por otros fotones que se liberan de los átomos de vidrio a medida que pasa la onda de luz principal. Es un concepto complicado de entender, pero vale la pena señalarlo.

Aún así, en su mayor parte es justo decir que la luz viaja a 300.000 km / s. Realmente no hemos observado ni creado nada que pueda ir tan rápido, o incluso más rápido. Hay algunos casos especiales, que se mencionan a continuación, pero antes de ellos, abordemos la otra pregunta. ¿Por qué es tan importante que esta regla de la velocidad de la luz sea tan estricta?

Aunque la distancia ha aumentado, las teorías de Einstein insisten en que la luz sigue viajando a la misma velocidad.

La respuesta está, como suele ocurrir en la física, en un hombre llamado Albert Einstein. Su teoría de la relatividad especial explora muchas de las consecuencias de estos límites de velocidad universales.

Uno de los elementos importantes de la teoría es la idea de que la velocidad de la luz es una constante. No importa dónde se encuentre o qué tan rápido viaje, la luz siempre viaja a la misma velocidad.

Pero eso crea algunos problemas conceptuales.

Imagínese iluminar la luz de una antorcha hacia un espejo en el techo de una nave espacial estacionaria. La luz brillará hacia arriba, se reflejará en el espejo y bajará para golpear el piso de la nave espacial. Digamos que la distancia recorrida es de 10 m.

Ahora imaginemos que la nave espacial comienza a viajar a una velocidad espeluznante, muchos miles de kilómetros por segundo.

El tiempo viaja más lento para las personas que viajan en vehículos que se mueven rápidamente

Cuando encienda la antorcha nuevamente, la luz seguirá comportándose como antes: brillará hacia arriba, golpeará el espejo y rebotará para golpear el piso. Pero para hacerlo, la luz tendrá que viajar en diagonal en lugar de solo verticalmente. Después de todo, el espejo ahora se mueve rápidamente junto con la nave espacial.

Por tanto, aumenta la distancia que recorre la luz. Imaginemos que ha aumentado en general en 5 m. Eso es 15 m en total, en lugar de 10 m.

Y, sin embargo, aunque la distancia ha aumentado, las teorías de Einstein insisten en que la luz sigue viajando a la misma velocidad. Dado que la velocidad es la distancia dividida por el tiempo, para que la velocidad sea la misma pero la distancia haya aumentado, el tiempo también debe haber aumentado.

Sí, el tiempo mismo debe haberse estirado. Eso suena loco, pero ha sido probado experimentalmente.

Es un fenómeno conocido como dilatación del tiempo. Significa que el tiempo viaja más lento para las personas que viajan en vehículos que se mueven rápidamente, en comparación con aquellos que están estacionados.

Por ejemplo, el tiempo corre 0,007 segundos más lento para los astronautas en la Estación Espacial Internacional, que se mueve a 7,66 km / s en relación con la Tierra, en comparación con las personas del planeta.

Los muones se generan con tanta energía que se mueven a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz.

Las cosas se ponen interesantes para las partículas, como los electrones mencionados anteriormente, que pueden viajar cerca de la velocidad de la luz. Para estas partículas, el grado de dilatación del tiempo puede ser grande.

Steven Kolthammer, físico experimental de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, señala un ejemplo que involucra partículas llamadas muones.

Los muones son inestables: rápidamente se deshacen en partículas más simples. De hecho, tan rápido que la mayoría de los muones que salen del Sol deberían haberse desintegrado cuando llegan a la Tierra. Pero, en realidad, los muones llegan a la Tierra desde el Sol en grandes cantidades. Esto fue algo que los científicos encontraron difícil de entender durante mucho tiempo.

"La respuesta a este acertijo es que los muones se generan con tanta energía que se mueven a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz", dice Kolthammer. "Así que su sentido del tiempo, por así decirlo, su reloj interno, en realidad va lento".

Los muones se "mantuvieron vivos" más de lo esperado, en relación con nosotros, gracias a una deformación del tiempo real y natural.

Cuando los objetos se mueven rápidamente en relación con otros objetos, su longitud también se contrae. Estas consecuencias, la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud, son ejemplos de cómo el espacio-tiempo cambia en función del movimiento de cosas como tú, yo o una nave espacial que tienen masa.

Hay galaxias en el Universo que se alejan unas de otras a una velocidad mayor que la velocidad de la luz.

Fundamentalmente, como dijo Einstein, la luz no se ve afectada de la misma manera porque no tiene masa. Por eso es tan importante que todos estos principios vayan de la mano. Si las cosas pudieran viajar más rápido que la luz, desobedecerían estas leyes fundamentales que describen cómo funciona el Universo.

Eso resume los principios clave. En este punto, podemos considerar algunas excepciones y advertencias.

Por un lado, aunque nunca se ha observado nada viajando más rápido que la luz, eso no significa que teóricamente no sea posible romper este límite de velocidad en circunstancias muy especiales.

Tomemos, por ejemplo, la expansión del propio Universo. Hay galaxias en el Universo que se alejan unas de otras a una velocidad mayor que la velocidad de la luz.

Existe otra forma posible en la que los viajes más rápidos que la luz son técnicamente posibles

Otra situación interesante se refiere a partículas que parecen expresar las mismas propiedades al mismo tiempo, sin importar qué tan separadas estén.

Esto se llama "entrelazamiento cuántico". En esencia, un fotón se moverá hacia adelante y hacia atrás entre dos estados posibles de forma aleatoria y ndash, pero los giros reflejarán exactamente el giro de otro fotón en algún otro lugar, si los dos están entrelazados.

Por lo tanto, dos científicos que estudien su propio fotón obtendrán los mismos resultados al mismo tiempo, más rápido que la velocidad de la luz.

Sin embargo, en ambos ejemplos es crucial tener en cuenta que ninguna información viaja más rápido que la velocidad de la luz entre dos entidades. Podemos calcular la expansión del Universo, pero no podemos observar ningún objeto más rápido que la luz en él: han desaparecido de la vista.

En cuanto a los dos científicos con sus fotones, aunque podrían lograr el mismo resultado simultáneamente, no pudieron confirmar el hecho entre sí más rápidamente de lo que la luz podría viajar entre ellos.

"Esto nos saca de cualquier problema, porque si eres capaz de enviar señales más rápido que la luz, puedes construir paradojas extrañas, bajo las cuales la información de alguna manera puede retroceder en el tiempo", dice Kolthammer.

¿Qué pasa si, en cambio, distorsiona activamente el espacio-tiempo de una manera controlada?

Existe otra forma posible en la que los viajes más rápidos que la luz son técnicamente posibles: fisuras en el espacio-tiempo mismo que permiten al viajero escapar de las reglas del viaje normal.

Gerald Cleaver de la Universidad de Baylor en Texas ha considerado la posibilidad de que algún día podamos construir una nave espacial más rápida que la luz. Una de las formas de hacer esto podría ser atravesar un agujero de gusano. Estos son bucles en el espacio-tiempo, perfectamente consistentes con las teorías de Einstein, que podrían permitir a un astronauta saltar de un pedazo del Universo a otro a través de una anomalía en el espacio-tiempo, una especie de atajo cósmico.

El objeto que viaja a través del agujero de gusano no excedería la velocidad de la luz, pero teóricamente podría alcanzar cierto destino más rápido que la luz si tomara una ruta "normal".

Pero es posible que los agujeros de gusano no estén disponibles para viajes espaciales. ¿Qué pasa si, en cambio, distorsiona activamente el espacio-tiempo de una manera controlada, para viajar a más de 300.000 km / s en relación con otra persona?

Cleaver ha investigado una idea conocida como "impulsión de Alcubierre", propuesta por el físico teórico Miguel Alcubierre en 1994. Esencialmente, describe una situación en la que el espacio-tiempo es aplastado frente a una nave espacial, empujándola hacia adelante, mientras que el espacio-tiempo atrás. la nave se expande, creando un efecto de empuje.

"Pero luego", dice Cleaver, "están los problemas de cómo hacer eso y cuánta energía se va a necesitar".

Viajar más rápido que la luz sigue siendo una fantasía en este momento

En 2008, él y el estudiante de posgrado Richard Obousy calcularon algunas de las energías involucradas.

"Resolvimos que, si asume un barco de aproximadamente 10 mx 10 mx 10 m y ndash, está hablando de 1,000 metros cúbicos, y ndash, la cantidad de energía que se necesitaría para comenzar el proceso tendría que ser del orden de la masa total de Júpiter ".

Después de eso, la energía tendría que seguir proporcionándose constantemente para garantizar que el proceso no fallara. Nadie sabe cómo sería posible eso, o cómo sería la tecnología para hacerlo.

"No quiero que me citen mal en siglos por predecir que nunca se producirá", dice Cleaver, "pero ahora mismo no veo soluciones".

Viajar a más velocidad que la luz, entonces, sigue siendo una fantasía en este momento.

Pero si bien eso puede sonar decepcionante, la luz es todo lo contrario. De hecho, durante la mayor parte de este artículo hemos estado pensando en términos de luz visible. Pero realmente la luz es mucho, mucho más que eso.

Todo, desde ondas de radio hasta microondas, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma emitidos por átomos en descomposición, todos estos fantásticos rayos están hechos de la misma materia: fotones.

La diferencia es la energía y, por tanto, su longitud de onda. Colectivamente, estos rayos forman el espectro electromagnético. El hecho de que las ondas de radio, por ejemplo, viajen a la velocidad de la luz es de enorme utilidad para las comunicaciones.

El espacio-tiempo es maleable y eso permite que todos experimenten las mismas leyes de la física.

En su investigación, Kolthammer construye circuitos que usan fotones para enviar señales de una parte del circuito a otra, por lo que está bien posicionado para comentar sobre la utilidad de la asombrosa velocidad de la luz.

“La idea de que hemos construido la infraestructura de internet por ejemplo e incluso antes de eso, la radio, basada en la luz, ciertamente tiene que ver con la facilidad con la que podemos transmitirla”, señala.

Agrega que la luz actúa como una fuerza comunicadora para el Universo. Cuando los electrones en el mástil de un teléfono móvil se mueven, los fotones salen volando y hacen que otros electrones en su teléfono móvil también se muevan. Es este proceso el que le permite realizar una llamada telefónica.

La sacudida de los electrones en el Sol también emite fotones y ndash a velocidades fantásticas y ndash que, por supuesto, produce la luz que nutre la vida en la Tierra.

La luz es la transmisión del Universo. Esa velocidad, 299,792.458 km / s, permanece constante y tranquilizadora. Mientras tanto, el espacio-tiempo es maleable y eso permite que todos experimenten las mismas leyes de la física sin importar su posición o movimiento.

¿Quién querría viajar más rápido que la luz, de todos modos? El espectáculo que ofrece es demasiado bueno para perderse.


Las matemáticas:

Avanzando para cambiar la velocidad de un objeto de 0 a algún valor, debemos aplicarle una fuerza. Esta fuerza producirá una aceleración, según la segunda ley de Newton. (F = ma). Para comprender por qué es imposible viajar a la velocidad de la luz, debemos mirar la segunda ley de Newton desde otro punto de vista en términos de impulso. El momento es el producto de la masa y la velocidad de un objeto. Para cambiar la velocidad de un objeto y, por lo tanto, su impulso, necesitamos aplicar una fuerza durante un período de tiempo específico. El producto de esta fuerza y ​​el tiempo se llama impulso.

Cuanto más rápido se mueve el objeto, mayor es el impulso y también mayor es el impulso requerido para acelerarlo. La Segunda Ley de Newton no impone un límite de velocidad para ningún objeto en el universo, ya que podemos aplicar un impulso finito para cualquier velocidad que queramos. Sin embargo, Einstein demostró matemáticamente que esta ley falla a velocidades relativistas (velocidades que son comparables a la velocidad de la luz).


Por qué no se puede viajar a la velocidad de la luz

Albert Einstein es famoso por muchas cosas, entre ellas sus teorías de la relatividad. La primera, la teoría especial de la relatividad, fue la que dio origen a la reputación del físico de destrozar la cosmovisión clásica que había venido antes. La relatividad especial, una forma de relacionar el movimiento de los objetos en el universo, llevó a los científicos a reevaluar sus suposiciones sobre cosas tan fundamentales como el tiempo y el espacio. Y condujo a importantes revelaciones sobre la relación entre energía y materia.

La relatividad especial fue publicada por Einstein en 1905, en un artículo titulado "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". Llegó a ella después de elegir un conflicto que notó entre las ecuaciones para la electricidad y el magnetismo, que el físico James Clerk Maxwell había desarrollado recientemente, y las leyes del movimiento más establecidas de Isaac Newton.

La luz, según Maxwell, era una vibración en el campo electromagnético y viajaba a una velocidad constante en el vacío. Más de 100 años antes, Newton había establecido sus leyes del movimiento y, junto con las ideas de Galileo Galilei, mostraban cómo la velocidad de un objeto difería dependiendo de quién lo midiera y cómo se movían en relación con el objeto. Una pelota que está sosteniendo le parecerá quieta, incluso cuando esté en un automóvil en movimiento. Pero esa bola parecerá moverse para cualquiera que esté parado en el pavimento.

Pero había un problema al aplicar las leyes del movimiento de Newton a la luz. En las ecuaciones de Maxwell, la velocidad de las ondas electromagnéticas es una constante definida por las propiedades del material a través del cual se mueven las ondas. No hay nada allí que permita que la velocidad de estas ondas sea diferente para diferentes personas dependiendo de cómo se muevan entre sí. Lo cual es extraño, si lo piensas.

Imagínese a alguien sentado en un tren parado, lanzando una pelota desde donde está sentado hasta la pared opuesta, unos metros más abajo en el tren. Usted, de pie en el andén de la estación, mide la velocidad de la pelota al mismo valor que la persona en el tren.

Ahora el tren comienza a moverse (en la dirección de la pelota), y nuevamente mides la velocidad de la pelota. Lo calcularía correctamente como más alto: la velocidad inicial (es decir, cuando el tren estaba en reposo) más la velocidad de avance del tren. Mientras tanto, en el tren, el jugador no notará nada diferente. Sus dos valores para la velocidad de la pelota serán diferentes, ambos correctos para sus marcos de referencia.

Reemplaza la bola con luz y este cálculo sale mal. Si la persona en el tren proyectara una luz en la pared opuesta y midiera la velocidad de las partículas de luz (fotones), tanto usted como el pasajero encontrarían que los fotones tienen la misma velocidad en todo momento. En todos los casos, la velocidad de los fotones se mantendría en poco menos de 300.000 kilómetros por segundo, como dicen las ecuaciones de Maxwell.

Einstein tomó esta idea, la invariancia de la velocidad de la luz, como uno de sus dos postulados para la teoría especial de la relatividad. El otro postulado era que las leyes de la física son las mismas en cualquier lugar, ya sea en un avión o de pie en un camino rural. Pero para mantener constante la velocidad de la luz en todo momento y para todos los observadores, en la relatividad especial, el espacio y el tiempo se vuelven elásticos y variables. El tiempo no es absoluto, por ejemplo. Un reloj en movimiento hace tictac más lento que uno parado. Viaja a la velocidad de la luz y, teóricamente, el reloj se detendría por completo.

Cuánto se dilata el tiempo se puede calcular mediante las dos ecuaciones anteriores. A la derecha, Δt es el intervalo de tiempo entre dos eventos medido por la persona a la que afectan. (En nuestro ejemplo anterior, esta sería la persona en el tren). A la izquierda, Δt 'es el intervalo de tiempo entre los mismos dos eventos, pero medido por un observador externo en un marco de referencia separado (la persona en la plataforma) . Estos dos tiempos están relacionados por el factor de Lorentz (γ), que en este ejemplo es un término que tiene en cuenta la velocidad (v) del tren con respecto al andén de la estación, que está "en reposo". En esta expresión, c es una constante igual a la velocidad de la luz en el vacío.

La longitud de los objetos en movimiento también se reduce en la dirección en la que se mueven. Llegue a la velocidad de la luz (no es realmente posible, pero imagínese si pudiera por un momento) y la longitud del objeto se reduciría a cero.

La longitud contraída de un objeto en movimiento en relación con uno estacionario se puede calcular dividiendo la longitud adecuada por el factor de Lorentz; si fuera posible que un objeto alcanzara la velocidad de la luz, su longitud se reduciría a cero.

Es importante tener en cuenta que si fueras la persona que se mueve cada vez más rápido, no notarías nada: el tiempo pasaría normalmente para ti y no estarías aplastado en longitud. Pero cualquiera que lo observe desde la plataforma de la estación celestial podría medir las diferencias, calculadas a partir del factor de Lorentz. Sin embargo, para los objetos cotidianos y las velocidades cotidianas, el factor de Lorentz será cercano a 1; es solo a velocidades cercanas a la de la luz que los efectos relativistas necesitan una atención seria.

Otra característica que surge de la relatividad especial es que, a medida que algo se acelera, su masa aumenta en comparación con su masa en reposo, y la masa del objeto en movimiento se determina multiplicando su masa en reposo por el factor de Lorentz. Este aumento en la masa relativista hace que cada unidad extra de energía que inviertas en acelerar el objeto sea menos efectiva para hacer que realmente se mueva más rápido.

A medida que la velocidad del objeto aumenta y comienza a alcanzar fracciones apreciables de la velocidad de la luz (c), la porción de energía que se utiliza para hacer que el objeto sea más masivo se hace cada vez más grande.

Esto explica por qué nada puede viajar más rápido que la luz: a la velocidad de la luz o cerca de ella, cualquier energía adicional que ponga en un objeto no hace que se mueva más rápido, sino que solo aumenta su masa. La masa y la energía son la misma cosa: este es un resultado profundamente importante. Pero esa es otra historia.


El sonido rompe la barrera de la luz

Nada puede viajar más rápido que la luz ... excepto el sonido. Esta es la afirmación de algunos físicos estadounidenses, que dicen que han diseñado una guía de ondas inusual para hacer que el sonido se mueva a velocidades & # 8220superluminales & # 8221 (Apl. Phys. Letón. 90 014102).

El sonido a menudo comprende numerosas ondas superpuestas de varias longitudes de onda. En ciertos puntos, estas ondas constituyentes pueden combinarse constructivamente para producir un pulso, que se mueve a través del medio a una velocidad conocida como & # 8220group velocity & # 8221.

En un medio dispersivo normal, la velocidad de una onda es proporcional a su longitud de onda, lo que da como resultado una velocidad de grupo que es más lenta que la velocidad promedio de sus ondas constituyentes. Pero en un medio dispersivo & # 8220 anómalo & # 8221 & # 8212 uno que se vuelve altamente absorbente o atenuador a ciertas frecuencias & # 8212 la velocidad es inversamente proporcional a la longitud de onda, lo que significa que la velocidad del grupo puede volverse mucho más rápida.

De hecho, ya se ha demostrado que la velocidad de grupo de la luz viaja más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Pero hasta ahora, las ondas acústicas superluminales han existido solo en teoría y requerirían que la velocidad del grupo aumentara casi un millón de veces.

William Robertson and colleagues from Middle Tennessee State University in the US have managed to produce “faster than light” sound, however, by putting a sound pulse through a surprisingly simple waveguide. Inside, a loop filter splits the signal along two unequal length paths, and then recombines it to produce large amounts of anomalous dispersion. As they interfere with each other, they replicate the shape of the original pulse, only farther ahead. This gives the impression that the sound has travelled farther, and thus faster, in the same space of time.

Robertson says that such split-path interference can also occur naturally when a sound source is located near a hard wall: some of the sound reaches the listener directly, and some reaches the listener from a slightly longer path as it bounces off the wall. Therefore, he says, superluminal sound is an “everyday” occurrence, although it is mostly too subtle to notice.

Proponents of Einstein’s special relativity need not worry, though. The underlying waves that make up the pulse remain at subluminal velocities, so no information, matter or energy actually travels faster than light. (See related link: “Subluminal”.)

“The effect is the same as that observed in previous electrical or optical experiments,” Robertson told Physics Web. “The only somewhat startling difference is that the acoustic waves making up the pulse move so much more slowly than light.”


How does faster than light travel violate causality?

Let's say I have two planets that are one hundred thousand lightyears away from each other. I and my immortal friend on the other planet want to communicate, with a strong laser and a tachyon communication device.

I record a message on the tachyon communication device and release the message at exactly the same time as I activate the laser, both of which are directed to the other planet which is one hundred thousand lightyears away. Say it is the year 0 for both of us at the time I did this.

If tachyons existed, then the message would arrive to my friend before the photons in the laser. It would arrive, say, a thousand years earlier. From my vantage point, that message will arrive to her at year 99,999 the same would be true for my friend's vantage point. However, she will only see the laser at year 100,000.

So since she got the message at year 99,999, she immediately sends me a reply back going through the same procedure as I did. She records a message and releases it at the same time as the laser. The tachyons will arrive 1,000 years earlier than the laser, so for me, I will receive the message at year 199,998. I will receive the laser, however, at year 199,999.

It seems to me that communication this way does not violate causality. I will still have received the message after I had sent it.

If tachyons truly violated causality, though, I realize it should arrive at year -1 for her, and so she can reply to me at year -2, which would mess me up by year 0 as I will ask her how she knew I was planning on sending her a message before I sent it. I could send her a different message, which she would end up receiving at year -1, and will end up confusing her as she would have received one message asking her out, and the other asking her how did she know I was asking her out. She then decides I am crazy and sends me a message at year -2 that she does not want to date me, and so she will have both turned me down and entertained me before I have even asked her out.

On the other hand, let's go back to year 0 and add a third device to our list: an Alcubierre drive. After I send out the message and the laser, I get impatient and do not feel like waiting 99,999 years, so I get on my Alcubierre drive spaceship and arrive on her planet at the same year 0. My friend is not in her office, so I leave a note to her also immortal secretary saying I dropped by and that she should expect a message for her in year 99,999.

I then get back on my Alcubierre drive and land back on my planet, still on year 0. Meanwhile, the tachyons and photons I sent out are still racing to arrive to her. By year 99,999, she receives the message just as I Alcubierre drive back to her, and I pick her up for dinner.

But the point of my question is, it seems to me that just going faster than light, if that alone was what you had, would not violate causality. It must be something else. I understand time dilation and that things with mass cannot travel at the speed of light, but using the Alcubierre drive, hypothetically speaking, I was still able to outpace the photons while also having mass. It still did not produce causality problems. Alcubierre drives are also valid solutions to GR.

It seems circular to me to say that what makes traveling faster than light violate causality is because it violates causality (if faster than light communication was divorced from causality problems, then the causality problem would cause itself -- thereby violating causality and, hence, we would scrap it and conclude that there is no causality problem after all).

What is it that I am missing? If someone could help me out, that would be excellent. I've been itching to ask my friend out for a few millenia now. :)


Einstein’s Famous Equation

Why is it impossible to travel faster than the speed of light in a vacuum? The answer is Einstein’s famous equation E=mc 2 . This equation shows how mass (metro) and energy (mi) are equivalent. It means that the bigger something is, the more energy is locked up inside it.

Crucially, it also means that the more energy something has, the heavier it is. Motion is a type of energy (called kinetic energy), so something that is moving is a tiny bit heavier than something that is at rest. For example if you were to throw a ball at 160.93 kph (100 mph), then it would actually get 0.000000000002 g heavier.

This is a tiny amount, but as your speed gets closer to the speed of light, the increase in mass becomes enormous. A spaceship travelling at 90 per cent of the speed of light is twice as massive as the same ship at rest. This means the engines have to work twice as hard to make it go faster. But the faster it goes the more energy it has and the more massive it becomes, and so the more energy you have to put in to speed it up. Meanwhile everything inside the ship is also getting heavier the watch on your wrist, which used to weigh about 14 g (0.49 oz), would now weigh about 36 tonnes.

A spaceship reaching the speed of light would become infinitely heavy and would need an infinite amount of energy to move. Obviously this is impossible. This is why nothing can go as fast as – let alone faster – than the speed of light.


Is Cause & Effect Limited By The Speed Of Light?

Imagine lots of dominoes all lined up and ready to go over the length of a light-year. Am I right to assume that the speed of light is also the speed of causality (how fast things lead to one another in the universe) and that no matter what I do, the last domino will fall at best one year after the first?

A narrow wedge showing the evolution of the clustering across cosmic time. Image credit: Gus Evrard . [+] and Andrzej Kudlicki, Galaxy clusters in Hubble Volume Simulations, Evrard et al., 2002, ApJ, 573, 7

The speed of light is usually thought of as a speed limit for how fast an object can travel, but you’re right to also think of it as a speed limit on the transfer of information. If you want an object to influence another object, you first have to transfer some information around. In the case of light, this influence can come in the form of light arriving on a detector, or perhaps a burst of radio waves, and this light unsurprisingly traverses the cosmos at precisely the speed of light.

The definition of causality from a physics perspective goes beyond a simple cause & effect link. It’s more than just tying an event to the thing that caused it, though this is a critical component. If I knock a glass over onto the floor, we can reasonably blame me for being the cause of that glass tipping over - that’s the cause and effect part.

However, say I was in the other room, and I just heard the glass fall, and don’t know what caused it. The physical principle of causality imposes limits on the number of things which could have caused the glass to fall. The first rule of causality is that the order of time must be kept. Nothing you can do now will influence events that have already happened, earlier in time. The second rule is that to influence anything in the universe later in time, the first event or object must transfer information across space and time. Bu we already know that we have a maximal speed of information transfer - a maximum speed that can link two things causally the speed of light.

The speed of light seems quick, and on human frames of reference, it is. But a lot of information travels much slower than the speed of light. Sound, for instance, travels significantly slower than the speed of light. You’ll catch the flash of light from a lightning flash, but it’s the rolling thunder that will rattle the windows. The causal link between lightning strike and rattled windows travels slower than the speed of light, and so you have to wait for the sound wave to arrive for it to influence your windows.

Example of a light cone. Image credit: Wikimedia user Stib, CC 3.0 A-SA.

You can draw out the regions of space which can possibly affect anything around you, and the regions of space which you can affect in the future, and it looks a bit like an hourglass. This hourglass is called a light cone, with the point at the very centre as the present. In your domino example, you start the dominos tumbling at “now”, at this central point. Your cone of influence extends out through time, as information about your push of the first domino extends outwards in space and time. Someone watching you pushing over the domino sits along the edge of the light cone, as the information they need to see (light) travels at the speed of light. Of course, as time progresses, the “now” point progresses, and the light cones travel with it. In your example, the domino hits the next domino at some point in the future, which in turn hits the domino after that, all of which must be contained within this cone-space.

So yes - your dominos are bound to fall one after another within this light cone, which limits us to communicating at the fastest, at the speed of light. So assuming that the dominos fell exactly instantaneously (unlikely to impossible), and no time was taken in transferring the energy from domino to domino (also unlikely to impossible), the fastest the furthest one could fall, while having the first domino be the cause, is one year after the first. By the same token, if you see the last dominos fall before a year has gone by, it guarantees that something other than the domino stack is responsible for its fall.


Why do people say travelling at the speed of light or faster is impossible? - Astronomía

"It is impossible to travel faster than light, and certainly not desirable, as one's hat keeps blowing off."
Woody Allen, Side Effects

Last summer, a small neutrino experiment in Europe called OPERA (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus) stunned the world with a preliminary announcement that it had clocked neutrinos travelling just a few fractions of a second faster than the speed of light. The news even briefly overshadowed the far more recognizable Large Hadron Collider’s ongoing hunt for the Higgs boson.

Despite careful hedging by scientists, the popular imagination jumped right from neutrinos to a viable spacecraft for fast interstellar travel. After all, the prospect of faster-than-light (FTL) travel has been a science fiction staple for decades, from wormholes and Star Trek’s original warp drive, to the FTL “jumps” used to evade the Cylons in SyFy’s Battlestar Galactica reboot. It takes years, decades, centuries even to cross the vast expanses of space with our current propulsion technology – a realistic depiction of the tedium of space travel in entertainment would likely elicit the viewer equivalent of “Are we there yet?”

So the OPERA announcement was bound to generate excitement, even if the neutrinos in question were only moving nanoseconds faster than light – hardly sufficient to outrun the Cylons, but nevertheless faster than c, the cosmic speed limit set by Albert Einstein back in 1905.

Unfortunately, the euphoria was premature: the OPERA results were incorrect, thanks to a calibration error. The culprit: a faulty cable connection in the GPS system used to time the neutrinos along their journey. That killjoy Einstein wins again.

But if the OPERA saga did tell us anything, it’s that the idea of travelling faster than light continues to capture the imagination. As Hollywood screenwriter Zack Stentz (Thor, a.k.a. “Vikings in Space) said recently at a Los Angeles panel on the science of superheroes, “Every science fiction writer who wants to get out of the solar system [within a human lifetime] gloms onto that. It’s the leap of faith that lets you tell stories on this bigger canvas.”

“You cannae change the laws of physics”

“Leap of faith” is a particularly relevant phrase to use here. The fact is we’ll never be able to travel beyond the speed of light, at least based on our current understanding of established physics.

As any object with mass accelerates – like a proton in the LHC – it gains energy, always needing just a little bit more energy to accelerate even further. The LHC, the largest and highest-energy particle accelerator we have, boosts protons as close to the speed of light as we can get, but they never quite hit the mark. If a proton did achieve that speed, it would need infinite energy to go any faster, and we don’t have an infinite supply of energy.

Equations don’t tend to lie, especially ones that have been tested and re-tested in countless experiments for over a century. For all practical intents and purposes, the speed of light is an insurmountable threshold.

But physicists would never make any progress at all if they threw in the towel quite that easily, and nobody thinks Einstein will have the final word in perpetuity. Many scientists are happy to consider the possibility of violations of relativistic principles, even if none have yet been experimentally confirmed.

One of the earliest proposed possibilities for FTL travel involved a hypothetical particle called a tachyon, capable of tunnelling past the speed of light barrier. This turned out to be more of a mathematical artifact rather than an actual physical particle.

However, another reason for all the OPERA-tic excitement was that back in 1985, physicists proposed that some high-energy neutrinos might really be tachyons, capable of interacting with an as-yet-known field, giving them just enough of an energy boost to break through the barrier. Such tachyon-like neutrinos would supersede photons as the fastest particles in the universe.

OPERA’s calibration error dashed those hopes, but there are still plenty of potential loopholes to be explored, such as the Star Trek-inspired warp drive mechanism first proposed by Mexican physicist Miguel Alcubierre in 1994. In general relativity, spacetime is dynamic, not static, warping and bending in response to the presence of mass or energy. Alcubierre suggested that it might be possible to encase a spaceship within a “warp bubble”, whereby space contracted in front of the craft and expanded behind it, enabling it to travel faster than light. But within that bubble, spacetime would remain essentially flat and the craft would technically “obey” the cosmic speed limit.

Alas, once again we face an energy problem: achieving that degree of curvature would require enormous amounts of energy – and negative energy at that – equivalent to the mass of Jupiter. To propel a spacecraft across the Milky Way galaxy may require more energy than can be found in the mass of the entire universe. A more energy-efficient ring-shaped design for such a warp drive was described recently at a symposium on interstellar space flight, offering a meager shred of hope to diehard space acolytes that for future generations, warp drive will be a reality.

However, given what we know about general relativity and quantum field theory, “It almost certainly can’t be done,” says Ken Olum, a cosmologist at Tufts. “Of course, if we are talking about quantum gravity, it’s hard to know, because we don’t really know what that is.”

Former Nasa scientist Kevin Grazier, who was the technical consultant for Battlestar Galactica, says that a version of the Alcubierre warp drive inspired the “jump drive” used in that series. It was based on the assumption that, in this fictional world, the Colonials had merged theories of electromagnetism and gravity, such that if you could create a very intense electromagnetic field, it would be functionally equivalent to an intense gravitational field capable of warping spacetime. Turning that ingenious fiction into a viable reality is another matter altogether.

If we really want to get speculative, Olum suggests FTL travel would be possible if exotic concepts, like those that emerge from superstring theory, prove to be correct.

We inhabit four-dimensional spacetime, but various permutations of superstring theory suggest our universe is just one of many, co-existing within a bubble of five-dimensional spacetime called the “bulk.” Within that bulk, our universe lines up in parallel with all the others, just like the pages in a book. Olum explains that, hypothetically, one could take a shortcut through the bulk, thereby arriving at your destination sooner than if you had travelled along your four-dimensional surface, or brane (short for membrane) as it is known.

Even then, there is a catch. “In brane theories, only gravitons can travel through the bulk,” says Olum. So one would need to invent a machine that could scan an object and transmit the information in the form of gravitons to a second machine on the other end which would then reconstruct that object – shades of teleportation, only with gravitons.

Considering we have yet to observe gravitons in our most powerful accelerators, and the current record for teleporting small clouds of atoms is the relatively non-Cylon-troubling distance of 143 kilometres (88 miles), this scenario must also remain firmly in the realm of science fiction, at least for now. Science advances, but it does so slowly, at a pace nowhere near the speed of light.

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