Si estuviera en una nave espacial viajando infinitamente cerca de la velocidad de la luz y disparara un arma, ¿la bala viajaría más rápido que la luz?

Has oído que hay una velocidad de la luz, ¿verdad? Eso implica que tiene que ser constante cualquiera que lo mida o sus velocidades relativas. Si alguien de pie junto a mí y una nave espacial que se mueve cerca de la velocidad de la luz con respecto a mí me apunten con una linterna, mediría ambos haces para moverla a c. La velocidad no es aditiva como parece a bajas velocidades o como se describe en la física newtoniana. c es medido igual por todos los observadores sin tener en cuenta su marco de referencia. Ese es el punto fundamental # 1.

A continuación: c es la velocidad más rápida a la que cualquier cosa puede influir en cualquier otra parte del universo. ¿Por qué hay un límite de velocidad? Bueno, así es como es. Es posible imaginar un universo donde la luz se mueve instantáneamente, pero no vivimos en ese universo. Si las cosas no son instantáneas, entonces tiene que haber un máximo. Ese límite de velocidad es c. Punto fundamental # 2.

Ahora a por qué nunca viajarás a la velocidad de la luz. Pregúntate qué es la masa. En un nivel fundamental, no es obvio. Es una propiedad de bloques de construcción extremadamente pequeños del universo, como los protones. En ese nivel, resulta que la mayor parte de la “masa” de un protón es realmente contribuida por la energía de unión de los quarks que lo componen: tres quarks unidos en un protón pesan mucho más que los tres quarks por separado. Imagínate. La energía y la masa están relacionadas. De todos modos, si necesitáramos una definición simple de qué es la masa, diría “una tendencia a resistir la aceleración”. Cuanto más masivo es algo, más resiste un empujón. Como la masa es resistencia a la aceleración, nunca puede alcanzar la velocidad de las cosas que no están sujetas a la masa. Las ondas de luz y gravedad no tienen masa y no experimentan ningún impedimento para la velocidad, por lo que se mueven al límite de velocidad, c; tienes masa así que no puedes hacer eso. Punto fundamental # 3.

Tenga todo eso en mente y despeguemos en su nave espacial. Pero en lugar de su bala, usemos algo MUCHO más rápido: la luz misma.

Comience desde la tierra y acelere a 0.95 c. Brilla la luz frente a ti. ¿Recuerdas el punto fundamental n. ° 1? USTED medirá que la luz se aleja de usted en c a pesar de que se estaba moviendo cerca de c en relación con la tierra que dejó atrás. Para usted, el haz de luz siempre se verá como si se disparara lejos de su nave normalmente, ya sea que estuviera parado en la tierra o moviéndose a altas velocidades, porque hay una velocidad de la luz, y siempre la medirá para que sea “C”. Pero debido a que hay un límite de velocidad máxima, c, y no puedes alcanzarlo porque tienes masa, una persona que se quede atrás en la tierra no verá el rayo salir de tu nave a 0.95 c más c = 1.95 c . No pueden Tienen que ver el rayo moviéndose en c. Entonces te ven moviéndote a 0.95 c y el haz de luz saliendo de tu nave LENTAMENTE, en relación a TI, a 0.05 c.

¿Cómo puede ser esto? Sabemos que ambos tienen que ver la velocidad de la luz = c, pero ¿cómo puede USTED ver que el rayo abandona su nave en c y que el observador terrestre lo ve salir a 0.05 c en relación con su nave? La respuesta es que el observador de la Tierra ve que su TIEMPO se ralentiza drásticamente. La luz está dejando su nave relativamente lenta desde su perspectiva, pero sus relojes se han ralentizado correspondientemente, y el resultado d / t sigue siendo c. Deje un comentario si desea hablar más sobre la dilatación del tiempo.

Llevemos esta observación sobre el haz de luz que siempre te parece normal un poco más lejos. Digamos que quieres superar c, y tienes una nave realmente rápida. Excelente. Acelerar a 0.9 c desde reposo. Ahora prueba tu haz de luz. Vaya, a pesar de todo tu trabajo, estás alcanzando el rayo de luz no más rápido que cuando estabas parado porque siempre se irá en c. Así que acelere nuevamente: está a una velocidad constante, por lo que se siente como si no se estuviera moviendo, y es como comenzar de nuevo. Vaya otros 0.9 c más rápido y vuelva a verificar. ¡Vaya, todavía no estoy cerca de atrapar ese rayo de luz! Cada aceleración es energéticamente increíblemente costosa, ¡pero no te acerca a c desde tu perspectiva! Siempre estará inmóvil en relación con su haz de luz.

¿Qué hay de la perspectiva de la persona de la tierra? Primero te ven ir a 0.9 c. Luego te ven acelerar, pero no puedes alcanzar c, así que solo tienes una fracción del camino. Cada aceleración sucesiva implica enormes cantidades de energía, pero está dando como resultado incrementos progresivamente más pequeños en la velocidad, ya que TIENES que chocar contra el límite de velocidad de c desde su perspectiva.

¡Es como si tu nave se volviera cada vez más difícil de acelerar! ¿Y qué dijimos que es la resistencia a la aceleración? MASA. Cuanto más rápido vaya, más masa tendrá = más difícil será acelerar de nuevo, en relación con su punto de partida original. Otra forma de pensar en esto es que a medida que vierte más y más energía en su nave, ya que no puede obtener más y más velocidad, esa energía tiene que convertirse en otra cosa, y recuerde, E = mc * 2. Esa energía extra tiene masa. Literalmente te estás volviendo más masivo. Y nunca llegarás a c porque tu masa se acercará al infinito mientras lo intentas.

En primer lugar, no puede viajar infinitamente cerca de la velocidad de la luz, porque matemáticamente 0.9 repeticiones (infinitamente cerca de 1) es igual a 1. Sin embargo, si viajaba tan cerca de la velocidad de la luz que la suma de la velocidad de la luz una bala lo haría más rápido que la velocidad de la luz, el tiempo se ralentizaría significativamente.

Supongamos que viaja al 99.9999 por ciento de la velocidad de la luz, o 0.999999c. El tiempo pasaría muy muy lentamente en comparación con un observador relativamente estacionario. Ahora, digamos que hay una persona a bordo que de alguna manera evitó el efecto de la relatividad (actualmente se cree que es imposible), lo que está causando la dilatación del tiempo. Todo lo que hagas le parecerá increíblemente lento a esa persona, por lo que te parecerá aún más rápido que el tipo muy veloz de X-Men: Days of Future Past. Entonces, realmente, la velocidad que está agregando a la velocidad de su nave espacial es insignificante.

Primero lea la respuesta de Erik Anson. Entonces, si aún no lo ha comprendido, considere esto:

Mientras se sienta en su computadora y lee esta respuesta, ya está viajando cerca de la velocidad de la luz. Es solo que es relativo a alguna galaxia distante (u otro marco de referencia arbitrario), más que relativo a la Tierra. Pero no hay nada especial en el marco de referencia de la Tierra.

Así que volvamos a considerar su hipotético escenario: ¿Qué ve si está en una nave espacial que viaja cerca de la velocidad de la luz (en relación con la tierra) y dispara un arma en la dirección de desplazamiento?

Respuesta: Lo mismo que verías si disparas un arma en la tierra. La bala viaja extremadamente rápido fuera del cañón de la pistola. Lo hace en ambas situaciones (en la tierra y en su nave espacial relativista) porque el escenario es el mismo. Viaja muy rápido en comparación con algún punto de referencia arbitrario.

Lo interesante es, ¿qué ve una persona en el punto de referencia arbitrario (que viaja cerca de la velocidad de la luz en relación con usted)?

Respuesta: Ven una bala que viaja solo infinitamente más rápido que la pistola de velocidad casi luminosa desde la que fue disparada. No alcanza (o excede) la velocidad de la luz. Pero esto tiene sentido, porque los relojes a bordo de la nave espacial, como se ve desde este punto de referencia arbitrario, parecen estar funcionando muy lentamente.

Hay dos marcos de referencia, la Tierra y la nave espacial. Imaginemos que los observadores en la Tierra y en la nave espacial miden la velocidad de la bala. Deje que la velocidad de la nave espacial relativa a la Tierra sea [matemática] V \ aprox c [/ matemática], la velocidad de la bala relativa a la nave espacial es [matemática] u_ {s} [/ matemática], y su velocidad relativo a la Tierra es [matemática] u_ {E} [/ matemática], luego por la transformación de velocidad relativista [matemática] \ displaystyle u_ {E} = \ frac {u_ {s} + V} {1 + u_ {s} V / c ^ {2}} [/ matemáticas]. Ahora [matemática] V \ aprox. C [/ matemática], entonces [matemática] \ displaystyle u_ {E} = \ frac {u_ {s} + c} {1 + u_ {s} c / c ^ {2}} = \ frac {u_ {s} + c} {1 + u_ {s} / c} = c [/ matemáticas]. Entonces, la velocidad de la bala medida por el observador de la Tierra es igual a la velocidad de la luz. La fórmula anterior es simplemente una consecuencia de la transformación de Lorentz, no debido a alguna fuerza u otra.

No, no viajará más rápido que la velocidad de la luz.

Supongamos que la nave espacial viaja a la velocidad de la luz (0.9c) y la bala se dispara a la velocidad (.9c).

Para el observador externo, la velocidad relativa de la bala será

(u + v) / (1 + uv / c ^ 2)

= (.9c + .9c) / (1+ .81c ^ 2 / c ^ 2)

= 1.8c / 1.81

A una velocidad más cercana a la velocidad de la luz, la transformación de Galileon no funciona, en su lugar utilizamos la transformación de Lorentz.

No, no terminarás con una bala increíblemente rápida.

En la vida cotidiana, desarrollamos la intuición de que si conduzco por la carretera a 30 m / s (en relación con la carretera) y lanzo una pelota hacia adelante a 10 m / s (en relación a mí), entonces la pelota se mueve a 30 + 10 = 40 m / s en relación con la carretera. Esto se llama relatividad galileana , y es una parte importante de la física clásica.

La relatividad especial, sin embargo, sacude un poco las cosas. Las velocidades relativas no solo suman así (aunque la discrepancia es pequeña a menos que una o ambas velocidades sean una fracción decente de la velocidad de la luz). En su lugar, debe usar la fórmula de adición de velocidad relativista. Tenga en cuenta que si “agrega” dos velocidades que son menores o iguales a la velocidad de la luz, la “suma” también es menor o igual que la velocidad de la luz. Entonces, ¡no hay balas más rápidas que la luz!

Bien, escojamos un marco de referencia que se llama marco de descanso. Con respecto a ese cuadro, hagamos que te muevas a cierta velocidad muy cerca de [math] c [/ math]. Ahora en ese cuadro disparas una bala “hacia adelante” (es decir, en la misma dirección que tu vector de velocidad en el cuadro que has elegido para considerar que está en reposo). Ahora la bala va a cualquier velocidad de bala adecuada en relación con usted, porque está en reposo en su propio marco inercial.

La razón por la que la bala no va más rápido que la luz no es porque ninguna fuerza actúe sobre ella: es porque la geometría del espacio-tiempo no lo permite. La adición de velocidades en el espacio-tiempo relativista no es lineal, como estamos acostumbrados en el mundo de bajas velocidades relativas, baja energía y campos gravitacionales débiles.

Los objetos con inercia (es decir, una masa en reposo distinta de cero, que en la actualidad se llama masa) solo pueden moverse de cuadro a cuadro en relatividad especial mediante transformaciones de Lorentz (desde la perspectiva matemática). Agregar velocidad de bala a su velocidad en su propio marco es solo agregar velocidad de bala, porque en su propio marco, está en reposo. En mi marco (donde decidí quedarme, porque parecía más cómodo aquí), la velocidad de su bala es su velocidad más un poco más, pero aún menor que la velocidad de la luz debido a la naturaleza de las transformaciones.

Desde una perspectiva más laxa, podemos pensar en la “masa relativista” de la bala, que debe ser acelerada por la carga en el cartucho de la bala. Debido a su gran velocidad con respecto a mí, la masa relativista de su bala es bastante grande. La cantidad de energía transferida a la bala es la misma independientemente del marco, por lo que desde mi perspectiva, es como si la carga intentara acelerar algo realmente masivo. Simplemente no va a hacer una gran diferencia, por lo que la cantidad agregada a su velocidad ya considerable no es nada en absoluto. La bala permanece sub-luminal en velocidad relativa a mí.

Una de las cosas más difíciles de dejar de lado al estudiar la relatividad es la idea intuitiva de que hay algún marco de referencia preferido. No hay ninguno en la relatividad especial, y se necesita un poco de cuidado y paciencia para dejar que eso se hunda y desarrollar una nueva intuición.

No puedo fabricar un pensamiento para usted con respecto a su pregunta, pero puedo compartir la verdad con usted.

En primer lugar, no puede tener una nave espacial que se mueva ao muy cerca de C (velocidad de la luz), entonces, ¿cómo podemos imaginar un proyectil fuera de ella?

Este entendimiento debería aclararlo. Solíamos saber que masa y energía son lo mismo y son interconvertibles, pero estamos comenzando a comprender que eso era cierto pero no toda la verdad. La verdad es que masa, energía y espacio son una sola cosa y son interconvertibles. Y su velocidad decide en qué estado llegarán a existir. Simmillar al agua, puede ser sólido como una masa o líquido y fluir como energía o vapor como espacio, pero la temperatura decide el estado que toma.

Entonces masa = energía = espacio. Una tremenda cantidad de espacio / vacío resulta en la creación de una cantidad muy pequeña de energía (comprobada por la validación de la teoría de la espuma quatum) y comprobada por extraterrestres de que una tremenda cantidad de energía reunida le da masa. El punto es que es todo una cosa.

Así que imaginemos tu pregunta de otra manera. Digamos que tienes un barco hecho de hielo sólido y sustituimos la velocidad por la temperatura. Y 100 grados pueden desempeñar el papel de C (velocidad de la luz). A medida que su nave (masa) comienza a llegar a 99 grados, todo se está transformando en líquido (energía) y sin ninguna estructura restante, ¿cómo puede dispararle algo? Ahora, si su nave líquida alcanza los 100 grados (velocidad de la luz C), se convierte en vapor (espacio).

Entonces, si la masa se convierte en energía a medida que se acerca a C y en C vuelve a su forma original de ser espacio nuevamente, entonces, ¿cómo le disparamos algo? Tanto tu nave como tus balas se convierten en vacío.

Por supuesto, el flujo natural de las cosas es ligeramente diferente. El universo funcionará a partir de la entropía, por lo que el primer espacio existirá a velocidad cero, luego, como el espacio infinito toma su primera forma finita, digamos que en un fotón la primera velocidad a la que existe el fotón es lo que llamamos C. Por lo tanto, C no es necesariamente el límite de velocidad porque es la velocidad más alta posible, sino porque el espacio desde la velocidad Cero, la primera caída que toma el espacio es la velocidad de la luz, después de eso, el flujo continúa bajando a medida que el campo de Higgs agrega masa y más masa a lo largo de los eones, no perdemos velocidad ganarlo Entonces el universo comienza de arriba hacia abajo. Y por encima de la parte superior es cero.

El único fenómeno natural en el que la velocidad vuelve a subir es un agujero negro. Aquí la gravedad toma la masa y la acelera para acercarse a C y la masa comienza a convertirse en energía y en C se convierte nuevamente en espacio, de esta manera un agujero negro ayuda a la recreación del espacio y también proporciona mommentum angular y gravedad a su entorno, lo que resulta en galaxias. Hay más en esto, pero luego nos desviamos demasiado del tema.

En simple, la nave no podía disparar nada a esa velocidad porque se habría convertido en energía y luego en aspirar.

Supongamos que “Infinitamente cerca de la velocidad de la luz es ‘c'”. Entonces, todo movimiento (en relación con el observador externo se ha detenido. ¿Puede apretar el gatillo? No. ¿La bala hace palanca en el cañón? No. De modo que la bala nunca puede exceder la velocidad de la luz. El tiempo para usted en el barco puede parecer normal, excepto que el universo ha terminado.

Para la situación de “casi ‘c'”. la bala todavía nunca excede la velocidad de la luz, y su tiempo se estira “casi infinitamente”.

Pero hay muchas preguntas en Quora sobre la velocidad de la luz. Vale la pena estudiarlo, pero primero … entiendo que nada en el universo va más rápido que ‘c’. Confía en mí en esto.

“Relativo al universo” no es un marco de referencia.

Dado que todo el movimiento es relativo, ya vas a 99.99 la velocidad de la luz, en relación con los rayos cósmicos. Para que pueda realizar su experimento caminando en su sala de estar. El resultado es siempre el mismo: No, no estás excediendo la velocidad de la luz.

La mitad de la velocidad de la luz más la mitad de la velocidad de la luz no es igual a la velocidad de la luz. Es igual, si desea una aproximación cruda de alguien demasiado vago para buscar la ecuación real, 3/4 c. Y si agrega otro .5 c (digamos que hay una pequeña nave espacial dentro de su nave espacial, y va a .5 c en relación con usted), entonces obtiene hasta 7/8 c. Y luego 15/16 c.

Hagas lo que hagas, nunca llegas a c. La velocidad de la luz es un límite que puede abordarse asintóticamente, pero que nunca se alcanza.

No. No importa lo cerca que esté de c, no puede alcanzarlo. Esto se debe a la relatividad. A medida que viaja más rápido, la luz siempre parece estar viajando a la misma velocidad. Esto se debe a que a medida que viaja a una mayor velocidad, el tiempo y la distancia significan cosas diferentes. El tiempo se ralentiza para ti en comparación con el exterior de tu nave espacial, por lo que dar el paso hacia ti tomaría un segundo, pero para mí (de alguna manera) mirarte desde la tierra puede llevar años.

(1) No existe tal cosa como “infinitamente cerca”. Supongo que te refieres a lo suficientemente cerca.

(2) La geometría del espacio-tiempo es Minkowskian, por lo que la velocidad de la luz funciona como la velocidad infinita. Ahí está tu respuesta: ninguna fuerza impide que la bala sea lo más rápida posible.

Este es el tipo de pregunta que hice cuando era un principiante.

Aprenda la contracción lorentz, el observador y E = MC ^ 2

Pero si realmente quieres una respuesta que no.

No Se movería más rápido, pero tendría que tener en cuenta la energía relativista, ya que la relación entre velocidad y energía ya no es cuadrática.

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