No hay nada trágico en acercarse a la velocidad de la luz. Hay, por otro lado, algo trágico en la mente humana, que se ve obligado repetidamente a hacer preguntas de esta forma.
La forma en que funciona la mente humana, normalmente solo percibimos y entendemos el mundo que nos rodea en términos de respuestas lineales a las sensaciones. Esperamos, a través de nuestras considerables experiencias y la programación de nuestras redes neuronales, que si uno de algo es bueno y dos de algo es mejor, que tres de algo podría ser tan “mejor” como la diferencia entre uno y dos de alguna cosa. O bien, podríamos entender que cuatro de algo es dos veces mejor que dos de algo en relación con cuánto “mejor” dos de algo es de uno. Todas estas son respuestas profundamente “lineales”: se ocupan de funciones simples de suma y multiplicación. Hasta los últimos 100 años, la gran mayoría de la humanidad era completamente analfabeta con respecto a las matemáticas más allá de las funciones lineales simples, y eso se convirtió en una serie de acontecimientos desafortunados.
Por ejemplo, la energía no es lineal con la velocidad: la energía cinética aumenta con el cuadrado de la velocidad. Entonces, aunque es posible que pueda correr tal vez diez millas por hora, y normalmente entienda que una colisión a 10 millas por hora puede doler mucho, su cerebro no es capaz de escalar la diferencia entre cinco y diez millas por hora, y la diferencia entre diez y quince millas por hora. La energía involucrada en colisiones a medida que avanza más rápido crece con el cuadrado de la velocidad, por lo que a medida que comienza a ir a velocidades más rápidas, 20, 40, 60, 80, 100 millas por hora, como hemos comenzado a hacer solo en los últimos Aproximadamente 200 años, comienzas a experimentar una escala de energía que no está en el millón de años de experiencia de cerebro de reptil en nuestros genes y nuestras historias. La mente humana comienza a abstraerlo, y (en algunos casos) las personas comienzan a poner adjetivos cada vez más grandes que no se adaptan adecuadamente a las ocurrencias a esas velocidades más altas.
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Cuando necesita ir “una milla por hora” más rápido, a medida que avanza a velocidades cada vez más altas, la cantidad de energía necesaria para avanzar “una milla por hora más rápido” comienza a crecer, porque necesita superar la inercia.
Por ejemplo, la inercia a 100 millas por hora (44 metros por segundo) para un objeto de un kilogramo es 0.968 kilojulios de energía. Para avanzar una milla por hora más rápido, digamos 44.5 metros por segundo, necesita gastar 0.022 kilojulios adicionales: la inercia a 44.5 m / s es 0.99 kJ.
Ahora, comparemos eso con 1000 millas por hora, digamos 440 metros por segundo. La inercia a esa velocidad es de 96.8 kilojulios. Pero para avanzar una milla por hora más rápido, a 440.5 metros por segundo, debe gastar 0.22 kilojulios adicionales: la inercia a esos 440.5m / s es 97.02 kJ.
A velocidades más bajas, la naturaleza de la ley de potencia de este crecimiento no es muy obvia, particularmente cuando hay muchos factores como la inercia o la eficiencia, o cómo se relacionan los engranajes de su motor, pero a medida que avanza a niveles crecientes De hecho, el esfuerzo de ir incluso un poco más rápido, como si imaginaras que una milla por hora podría ser “solo un poco”, se convierte en algo que comienza a escalar fuera de la experiencia humana ordinaria.
Ahora, eso es simplemente inercia, algo que ha existido y bien entendido durante siglos. Estamos hablando de la relatividad, y eso agrega un término adicional que hace que ese “poder cuadrado” sea aún más dramático. A medida que te acercas más y más a la velocidad de la luz, la masa aparente del cuerpo que estás tratando de impulsar a una mayor velocidad comienza a cambiar. La velocidad de la luz es de 299 millones de metros por segundo, donde la masa aparente de cualquier cosa llega al infinito. Pero volvamos a una décima parte de la diferencia en energía cinética: entre digamos 44 millones de metros por segundo (9.839 x 10 ^ 11 kJ) y, digamos, 44.1 millones de metros por segundo (9.885 x10 ^ 11 kJ es superior a 10 ^ 9 kJ, y esa pequeña diferencia de “una milla por hora” ahora crece a alrededor de 2.22 x 10 ^ 4 kJ: eso es 22.2 millones de julios para ir “una milla por hora más rápido” cuando viaja a 44 millones de metros por segundo, una décima parte de la velocidad de la luz, una acción que solo tomó 22 julios a 100 millas por hora.
Avancemos aún más: a 299,5 millones de metros por segundo, te estás acercando mucho a la velocidad de la luz. En este punto, la inercia es 1.95 x 10 ^ 15 kilojulios. Si va una milla por hora más rápido, solo 299.5000005 millones de metros por segundo, necesita 3.400 millones de julios de energía adicionales para aumentar su velocidad a esa cantidad. Y de nuevo, eso es para un objeto de solo 1 kilogramo de masa: multiplíquelo por millones de kilogramos para una carga útil de la nave espacial, y comenzará a comprender la escala de consumo de energía requerida a medida que se acerca a la velocidad de la luz.
No hay gran calamidad cuando llegas a la velocidad de la luz, no puedes llegar allí. Cada forma en que sabemos cómo ir más rápido, cada forma posible de hacer que algo vaya más rápido, requiere que usemos un poco más de energía para impulsarlo a superar su inercia. Lo que sabemos por jugar con cantidades extremadamente pequeñas de materia, electrones individuales o núcleos de átomos, cosas que no pesan un kilogramo pero pesan muchos millones de veces menos, es que estas observaciones experimentales son válidas cuando intentamos acelerar un electrón a una décima parte de la velocidad de la luz, requiere no solo la cantidad que dicen los cálculos, sino incluso más energía. Que su masa aparente no se mantiene igual, sino que es un factor cada vez mayor que se escala por uno sobre la raíz cuadrada de la fracción de la velocidad en relación con la velocidad de la luz al cuadrado.
En algún momento, la energía requerida para ir incluso un poquito más rápido excede toda la energía en el universo conocido disponible.
Por eso es un límite de velocidad. No es nada como esa señal al costado de la carretera, que dice “límite de velocidad”. A solo 100 millas por hora, no requiere más que un simple movimiento de su pie a pesar de las consecuencias cada vez más calamitosas asociadas con colisiones a medida que comienza a aumentar esa velocidad. Eso es lo que dice nuestra “escala humana”. Pero en realidad, a la velocidad de la luz, no puedes presionar ese acelerador más fuerte. Las energías involucradas están fuera de la escala de la experiencia humana. No se puede esperar una calamidad a la velocidad de la luz: el mal uso calamitoso de la energía se produce a velocidades muy por debajo de la velocidad de la luz, velocidades miles de veces más pequeñas y antes de llegar al reino de la relatividad.
Para ir “más rápido que la luz”, primero debe desarrollar un método de ir más rápido que no requiera tanta energía como necesitaría para superar la inercia. Debes encontrar una manera de avanzar 100 millas por hora que no requiera primero que vayas 50 millas por hora, o 10 millas por hora, en algún momento de ese viaje en el que pasaste 100 millas por hora. Ambas cosas son imposibilidades y siempre han sido imposibilidades desde el principio de los tiempos. Requieren transporte instantáneo sin pasar por los puntos intermedios, una posibilidad solo insinuada en la mecánica cuántica y nunca observada en nada más grande que un electrón. Si bien puede haber una física que permita un viaje más rápido que la luz, nada de esta física se ha verificado ni se han realizado experimentos que incluso tengan esperanzas de tal física. Esta es la razón por la cual es un “límite de velocidad”: hay buenas razones para creer que todos los desafíos de física interesantes que quedan, y hay muchos de ellos, están en el ámbito de la física bajo la luz.
