¿Puede un extremo de un palo largo viajar a la velocidad de la luz o más rápido?

El modelo matemático que está utilizando no está completo, porque existen principios físicos que debe incluir en su modelo para que sea realista. Puede construir fácilmente modelos que contengan puntos que se mueven más rápido que la velocidad de la luz, pero no puede acoplar estos puntos a objetos físicos simplemente ignorando la física.

Un ejemplo aún más simple de una construcción matemática con un punto matemático más rápido que ligero es el meme de dos palos cruzados. A medida que descruzas dos palos realizando una rotación de palos, el punto de cruce se aleja de ti con una aceleración masiva que acelera hasta que la velocidad alcanza el infinito. Y luego el punto de cruce regresa desde el extremo opuesto de los palos y se dirige hacia ti, esta vez desacelerando a medida que completa el ciclo. Pero no es un punto “real”.

Bien, supongamos que reemplazamos nuestros palos con dos punteros láser dirigidos a una estación receptora distante. Luego, al girar ligeramente el puntero, modificamos el punto de cruce. Podríamos cruzar y descruzar en ese punto y enviar una especie de código Morse haciendo solo pequeños movimientos en los láseres. Pero debería poder ver que la información de cruce físico no puede llegar hasta que la señal luminosa haya llegado al receptor. La distancia a lo largo del camino separa la fuente y el receptor de una manera que la geometría de Euclides no lo hace. Es como cuando eliges la superficie, digamos un panel de escritura para hacer la construcción matemática, tienes que elegir el tipo correcto de panel. La geometría “ordinaria” no es lo que usa la naturaleza.

Entonces es lo mismo con la rotación que estás sugiriendo. Posiblemente podría aumentar la velocidad de rotación en un palo real hasta que fuera extremadamente rápido, pero luego comenzará a ver distorsiones en el palo, y se parecería más a una galaxia espiral. El extremo exterior del palo acumula más energía de la que esperaba sin moverse más rápido. Si la palanca viaja de manera uniforme, no tendrá el concepto de señal, el tiempo termodinámico no está progresando, aparte del ciclo de movimiento cíclico. Entonces, para enviar un mensaje radialmente, necesitará un pulso de energía conformado. Un pequeño paquete de tiempo, cierta asimetría para alterar la rotación suave del estado del palo. Que nuevamente está sujeto a la velocidad límite de la información. La velocidad de la luz es la velocidad de la información, de la causalidad.

¿Qué dispensamos con el palo y elegimos un láser, rotándolo a velocidades relativistas? El pulso recibido tendrá un perfil de energía causado por la fuente que se acerca y se retira durante cada rotación, un espectro Doppler, pero la luz que llega a usted todavía debe viajar en línea recta. De nuevo estamos frustrados.

Así que reemplacemos nuestro láser con una fibra óptica giratoria. ¡Ahora hay algo para pensar! Si rotó una fibra óptica hasta que alcanzó la velocidad relativista y luego envió un pulso radialmente, ¿qué pasará con la luz? Es un marco no inercial, pero simplistamente, ahora tenemos un índice de refracción con el que lidiar y reflejos para mantener la luz en un camino en zigzag. Que nuevamente es solo una secuencia de eventos en el espacio-tiempo sujeto a las reglas usuales.

No. Nada con masa en reposo puede ir a la velocidad de la luz (la velocidad máxima, solo alcanzable por partículas sin masa) o más rápido (ni siquiera las partículas sin masa pueden ir más rápido que la velocidad máxima).

El problema es que, o el palo sería tan grande que nunca sería capaz de moverlo, o se doblaría o rompería. El impulso de mover el palo solo podría propagarse a través del palo a la velocidad de la luz o más lento.

No, no es posible que ninguna masa exceda (o iguale) la velocidad de la luz. A medida que uno se acerca a la velocidad de la luz, la energía requerida para acelerar un objeto aumenta sin límites.

El final de un palo no puede acelerarse más allá de la velocidad de la luz. Las otras respuestas ya han declarado que el extremo del palo se volvería tan masivo que no podría acelerarse más rápido, pero hay otra razón.

¿Qué mantiene unido un palo? Los átomos que forman el palo están unidos por fuerzas electromagnéticas. Las fuerzas electromagnéticas se comunican de un átomo a otro a la velocidad de la luz. A medida que el palo acelera más allá de la velocidad de la luz, los átomos ya no pueden comunicar su fuerza de atracción entre sí. El palo se desmoronaría incluso si no hubiera fuerza de la aceleración que lo desgarrara.

En el mundo real, la punta del palo nunca se acercaría a la velocidad de la luz para que esto suceda. Las diversas fuerzas que actúan sobre el palo lo habrían destrozado a una velocidad mucho más baja que la velocidad de la luz.

No, porque todavía tienes que acelerar ese palo. Cuanto más cerca aceleras la punta del palo a la velocidad de la luz, más difícil será acelerarlo, hasta que sientas que estás tratando de mover todo el universo. Y, en última instancia, se rompería.

Esto es lo que nos enseña la Relatividad Especial.

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