¿Por qué la velocidad de un objeto no puede exceder la velocidad de la luz incluso si ha adquirido el 99.9% de la velocidad de la luz?

Esta es una pregunta muy profunda. Podría escribir un par de ecuaciones verificadas experimentalmente que se descomponen a medida que se acerca a la velocidad de la luz y responde a su pregunta, pero eso no es realmente el equivalente a un momento de caída del micrófono (o un momento de caída de la computadora portátil).

Quién sabe, quizás la relatividad también sea solo una aproximación a medida que te acercas a la velocidad de la luz y que simplemente no se aplica cuando cruzas esa barrera. Quizás las ecuaciones “reales” le permitirían cruzar ese límite de velocidad. Esto no es infrecuente en física. Las leyes de Newton describen el mundo macroscópico casi a la perfección, pero se descomponen en el reino cuántico.

Recuerde que el único postulado en la relatividad es que la velocidad de la luz es absoluta para todos los marcos de referencias, no dice nada acerca de que sea algún tipo de límite de velocidad cósmica. Eso es realmente una consecuencia matemática (en particular, hay un factor fudge en la relatividad llamado “gamma” que gira descontroladamente cuando te acercas a c).

Pero trataré de abordar esta pregunta desde una perspectiva diferente (tal vez bajo mi propio riesgo). La idea de un límite de velocidad cósmica está realmente muy relacionada con la noción de causalidad y conservación de la información. Si nuestro universo obedece esos 2 principios, entonces no debería sorprenderte escuchar que hay una velocidad máxima a la que los eventos pueden causar otros eventos.

Considere el siguiente experimento mental: digamos que existe un universo que es idéntico en todas las formas posibles a nuestro universo (por lo tanto, obedece la ley de conservación de la información y es “estrictamente” causal), excepto que en este universo, no hay límite de velocidad cósmica . Mi objetivo es mostrarle que esto lleva a más de una contradicción.

{

Un poco de preludio filosófico

Recordemos que el principio de causalidad simplemente establece que la causa siempre precede al efecto. Entonces, si A y B son 2 eventos y A es la causa de B, entonces A debe haber ocurrido antes que B. Otra forma equivalente de afirmar lo anterior es que el futuro no puede influir en los eventos en el presente y el pasado. En el universo en el que vivimos, si 1 observador determina que el evento A causó el evento B, entonces esto implicará que todos los observadores están de acuerdo en que A causó B, pase lo que pase. De lo contrario, podrías encontrar todo tipo de contradicciones. Entonces esto le da un orden de los eventos en el universo, que en el universo real se mide por el tiempo.

Recuerde también que la ley de conservación de la información para la mecánica clásica simplemente establece que las leyes de la mecánica clásica son tanto deterministas como reversibles (es decir, si se le da el estado actual de un sistema y la ley dinámica correcta que rige ese sistema, entonces puede predecir tanto el estado futuro como el estado pasado del sistema).

}

Ahora considere un evento X que ocurre en este universo en x = y = z = t = 0 para algún marco de referencia; ahora digamos que la aparición de X provoca la emisión de una señal que viaja a velocidad infinita (recuerde que estamos fingiendo que esto está permitido en este momento). Ahora esta señal puede influir en el presente. Este es el significado de la velocidad infinita. Puede viajar una distancia distinta de cero en tiempo cero. Así que en realidad ya has violado ambos principios. En la mecánica clásica, el estado de un objeto está determinado por su posición y velocidad. En este experimento de pensamiento, conocemos ambos y conocemos la ley que rige el sistema (Ley de movimiento de Newton / Principio de acción mínima), pero en realidad no podemos predecir el futuro. Esto se debe a que en este universo el tiempo no puede servir como la variable dinámica. Puede cambiar el estado de su objeto en el mismo instante en el tiempo si viaja a velocidad infinita. Entonces ahí va la conservación de la información. Pero en realidad también has violado el principio de causalidad. Un evento en el presente no puede afectar a otro evento en el presente.

En el mundo real no existe la causalidad simultánea. Todos sabemos que las cosas tardan en suceder. Ahora, algunas personas suelen encontrar ejemplos terriblemente mal dirigidos para justificar la existencia de causalidad simultánea. Un ejemplo de esto es el siguiente: si aplico una fuerza sobre un objeto, entonces, de acuerdo con la tercera ley de Newton, el objeto también aplica una fuerza en mi mano, por lo tanto, este es un ejemplo en el que la causa (la fuerza que aplico) y el efecto ( la fuerza de reacción del objeto) ocurren simultáneamente.

Ahora el problema con este ejemplo es que no hay razón para pensar que estos 2 eventos están conectados “causalmente”. Ciertamente están conectados en el sentido de que si uno de estos eventos no ocurre, el otro tampoco ocurre, pero no hay razón para creer que la fuerza en su mano debido al objeto es un efecto de la fuerza sobre el objeto aplicado por su mano, que es la verdadera causa. Con la misma facilidad, podría argumentar que en realidad es al revés. Por lo tanto, la simetría del problema garantiza que no estén realmente causalmente conectados, por lo tanto, está bien pensar en ellos como eventos simultáneos (más técnicamente, esto es una declaración iff. No se comprende una causa y un efecto en una declaración iff).

Ahora podría argumentar en este punto, ¿por qué no cambiamos nuestra definición del principio de causalidad para acomodar estos resultados? Entonces podrías decir:

El principio de causalidad establece que el efecto no puede preceder a la causa. (¿notas la diferencia?)

Pero ahora esto solo empeorará las cosas. Volvamos a nuestro ejemplo anterior:

Asumimos que X causó la emisión de una señal que viaja a velocidad infinita, digamos que esto desencadena un evento Y. Tenga en cuenta que X e Y ocurren exactamente en el mismo instante en el tiempo (por lo que son eventos simultáneos) pero no Se producen en el mismo punto en el espacio. Ahora voy a hacer algo muy poco intuitivo, pero es perfectamente permisible si puedes viajar a velocidades infinitas. ¿Qué pasa si decimos que esta señal emitida por Y fue la causa del evento X? Recuerde que tanto X como Y ocurren en el mismo instante en el tiempo, por lo que la noción de X causando Y no implica de ninguna manera que X haya venido antes que Y. Entonces podríamos argumenta por el bien de este experimento mental que quizás X también fue causado por Y.

Pero esto lleva a una contradicción. X no puede ser la causa de sí mismo e Y no puede ser la causa de sí mismo. Esto es completamente incompatible con la noción de causalidad y, por lo tanto, podríamos argumentar que las velocidades infinitas no están permitidas porque violan el aspecto más fundamental de nuestro universo, que es que es estrictamente causal. Por lo tanto, tenemos un límite de velocidad cósmica en nuestro universo que resulta ser la velocidad de la luz.

Otra pregunta extremadamente profunda que se desprende de la discusión anterior es: ¿Por qué la luz tiene el privilegio de viajar a este límite de velocidad cósmica?

A eso respondería, no tengo ni idea.

Permítanme probar si puedo proporcionar una respuesta fácilmente comprensible.

La masa gravitacional de un objeto en la Tierra generalmente se entiende como su peso, mientras que la ley de la gravitación universal proporciona una definición de masa gravitacional como la propiedad de la materia que crea y responde a las fuerzas gravitacionales. La segunda ley de movimiento de Newton, F = ma, describe cómo cualquier fuerza, gravitacional o no, cambia el movimiento de un objeto. Para una fuerza dada, una gran masa responde con una pequeña aceleración y viceversa. La segunda ley proporciona una definición de masa inercial como la propiedad de la materia que resiste los cambios de movimiento o, de manera equivalente, como la inercia de un objeto.

Comencemos con la energía cinética , la energía que posee un objeto debido a su movimiento. Se hace más daño si un automóvil que se mueve a 50 km / h golpea un obstáculo, que cuando el mismo automóvil se mueve a 10 km / h. Por otro lado, se produce más daño cuando un camión de diez toneladas golpea un obstáculo que un automóvil, a pesar de que ambos se mueven a 50 km / h. En el primer caso, la energía cinética del automóvil era mucho más a 50 km / h que a 10 km / h, y en el último caso, la energía cinética del camión era mucho mayor debido a su mayor masa en comparación con la masa de el coche.

Entonces vemos que la “energía” se incrementa al aumentar la velocidad sin aumentar la masa, o al aumentar la masa sin aumentar la velocidad del objeto.

Del mismo modo, el camión de diez toneladas usa mucho más combustible (energía) que el automóvil para cubrir la misma distancia a la misma velocidad. Esto se debe a que el primero es más masivo que el segundo. Podemos verlo de otra manera también. Ambos vehículos pueden usar la misma cantidad de combustible cuando el primero se mueve a 5 km / h y el segundo a 100 km / h. Así vemos la relación entre masa, energía y velocidad.

“Misma masa-misma velocidad” significa que no hay aceleración (necesita más energía para acelerar).

“Más energía-misma masa” da como resultado la aceleración.

“Más velocidad-misma masa” da como resultado más energía

“Más masa-misma energía” resulta en desaceleración

Aquí vemos que para acelerar, necesitamos más combustible, o energía. Ahora supongamos que tenemos un automóvil que puede seguir acelerando mientras proporcionemos el combustible. Seguimos adelante y aceleramos el auto a algunas velocidades locas como 2000 kmph. Eso requeriría mucha energía. Aquí viene la analogía con una mayor aceleración.

Cada vez que agregamos más combustible al automóvil para acelerarlo, también estamos agregando masa al automóvil, es decir, la masa del combustible que estamos agregando. Lo que sucede es que, después de cierta velocidad, más combustible que agreguemos no será suficiente para acelerar aún más el automóvil debido a la masa adicional que estamos agregando a modo de combustible. En otras palabras, necesitamos más combustible para acelerar el automóvil al que hemos agregado más masa a modo de combustible adicional. (¡Espero que esto no sea confuso!)

Si cree que la masa del automóvil se reduce a medida que se agota el combustible, adivine nuevamente. Es energía, como hemos visto en el ejemplo anterior, por lo tanto, al “aumentar la velocidad” también estamos “aumentando la energía”. La masa gravitacional del automóvil no cambia, pero la masa inercial sigue aumentando con la velocidad.

La equivalencia de masa y energía. Es la consecuencia más importante de la teoría especial de la relatividad. De acuerdo con la famosa ecuación E = mc ^ 2, la energía E de un sistema físico es numéricamente igual al producto de su masa-m-y-la-velocidad-de-luz-c- cuadrado . Podemos elegir unidades en las que c = 1 y, por lo tanto, E = m.

Por lo tanto, cuando nos acercamos a la velocidad de la luz, la energía requerida para llevarla más allá es infinita, y cualquier energía que agreguemos se verá como un aumento de la masa: la masa inercial.

¡Espero que eso ayude!

La física es bien conocida, pero encontrar una respuesta intuitiva corta no es tan fácil. Déjame tratar de explicarlo de esta manera:

Si una nave espacial con suministro ilimitado de combustible (si es necesario, puede repostar en el camino) ha dejado la órbita de la Tierra a una aceleración constante [matemáticas] g = 9.81 m / s ^ 2 [/ matemáticas] los astronautas experimentarán y medirán después de otro el aumento de la velocidad es igual a [matemática] g [/ matemática], es decir, [matemática] 9.81 m / s [/ matemática] en ayunas que el segundo anterior para siempre . Solo para asegurarse de que esto esté claro, el astronauta mide el aumento de velocidad en relación con un objeto inercial cercano cuya velocidad hace 1 segundo era igual a la velocidad de la nave espacial en ese momento.

Solo cuando se ve esa velocidad desde la Tierra (o desde cualquier sistema inercial) la nave espacial nunca alcanzará la velocidad de la luz porque ese incremento de velocidad por segundo disminuye a medida que la nave espacial se acerca a la velocidad de la luz. En este punto, puede preguntar: ¿por qué es diferente? Esto surge de la suposición de que la velocidad de la luz emitida desde la Tierra o desde la nave espacial sigue siendo la misma, no importa cuán rápido se muevan entre sí.

Para aumentar la velocidad de cualquier objeto, necesita acelerarlo. Para acelerar cualquier objeto, debes aplicar una fuerza sobre él. Y a medida que apliques fuerza sobre él, ahora serás dictado por la segunda ley de Newton: F = Ma.

Ver la ecuación anterior muestra una relación entre la magnitud de la aceleración que desea en el cuerpo y la fuerza que tiene que aplicar sobre el cuerpo para lograr esa aceleración.

Albert einstein había demostrado que a medida que el cuerpo se mueve con cierta velocidad, su masa aumenta, pero puede ver ese aumento de masa si el cuerpo viaja a velocidades muy muy altas, es decir, cerca de la velocidad de la luz. A menor velocidad, el incremento en masa es tan bajo que es insignificante o infinitesimal.

Entonces Einstein dijo que hay dos tipos de masa:

  1. MASA DE DESCANSO: la masa del objeto cuando está en reposo absoluto.
  2. MASA EN MOVIMIENTO: la masa del objeto cuando está en movimiento.

Puede ver la relación simple entre la masa en movimiento y la masa en reposo en Wikipedia y encontrará que a medida que se acerca a la velocidad de la luz, la masa aumenta de la siguiente manera:

  1. al 99.9% de c —– la masa aumenta en 22.36 veces
  2. al 99,99% de c: la masa aumenta 70,71 veces
  3. al 99.999% de c: la masa aumenta en 223.6 veces
  4. al 99.9999% de c: la masa aumenta en 707.10 veces
  5. al 99.99999% de c—- la masa aumenta en 2236.06 veces.
  6. a la velocidad de c: ¡la masa aumenta en INFINITY TIMES !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

TÚ puedes ver que a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz “C”, la masa del cuerpo aumenta y, por lo tanto, la cantidad de fuerza que se aplica sobre el cuerpo para acelerarlo también aumentará.

AHORA, cuando la velocidad del objeto alcanza la velocidad de la luz, su masa se convierte en infinito, por lo que la cantidad de fuerza necesaria para acelerar aún más el cuerpo también se convierte en infinito …… LA PREGUNTA ES DE DONDE OBTENDRÁ UNA CANTIDAD INFINITA DE FUERZA O ENERGÍA.

Esta es la razón por la cual no podemos exceder la velocidad de la luz o incluso alcanzarla cerca.

PUEDES VER QUE LA ÚNICA DISTANCIA PARA NOSOTROS EN ALCANZAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES MASA, que se convierte en infinito a la velocidad de la luz.

Esto se explica mejor por el factor de transformación de Lorentz de la masa relativista

En resumen, si un objeto viaja con velocidad v, la masa reletivista m viene dada por la función anterior de la masa en reposo m0.

Puede ver que a medida que la velocidad se acerca a C, m tiende cada vez más al infinito.

En resumen, para lograr la velocidad de la luz, se necesita energía infinita en un objeto, lo que no es posible.

Es por esta razón, las velocidades más rápidas se han observado con partículas subatómicas.

La respuesta se encuentra simple en la ecuación de masa en reposo,

M = m / sqrt (1- (v / c) ^ 2)

donde, m es la masa real del objeto

v es la velocidad del objeto

M es la masa debido al movimiento

Como el valor de v comienza a tender hacia la velocidad de la luz, el valor de M también comienza a acercarse al infinito y, por lo tanto, debido a una mayor masa, la inercia sería mayor y será más difícil para el cuerpo alcanzar c.

La respuesta de Mann Khatri a ¿Cuál es la razón fundamental por la que no se puede romper la velocidad de la luz? ¿Por qué el universo quiere preservar la barrera superior a la velocidad de la luz tanto que ralentice el tiempo fácilmente en lugar de ver que se rompe la barrera de la velocidad?

99.9c?
Hemos alcanzado lo suficiente 99.999999c en LHC, Ginebra. Entonces, para alcanzar esta velocidad, se necesitaría una energía enorme para acelerar la partícula hacia la velocidad de la luz a medida que aumenta su masa de acuerdo con la teoría especial de la relatividad. Para obtener tal velocidad, aceleramos las partículas con suficiente y suficiente empuje y ellas obtienen más velocidad, pero para obtener la velocidad de la luz necesitarías una cantidad infinita de energía ¡Qué es más que la del universo!

Es simple. Usando inglés simple. A medida que cualquier objeto aumenta su velocidad cerca de la velocidad de la luz, su masa comienza a aumentar gradualmente en línea con el aumento de la velocidad. A medida que aumenta la masa, se requiere más y más empuje para acelerar la masa en crecimiento a la velocidad de la luz. A medida que vierte más y más energía en los propulsores y aumenta la velocidad del objeto, su masa aumenta igualmente y luego requiere más empuje para mover la masa aumentada más y más rápido. Es una propuesta perdedora. Sería como si alguien te dijera que subieras una montaña, pero cada diez pies que te movías te entregaban una gran roca, por lo que tomaría más fuerza mover el peso adicional cuesta arriba y cuanto más fuerte te empujes a ti mismo y las rocas cuesta arriba Cuantas más rocas te entreguen hasta que no puedas moverte más.

Porque a tal velocidad, la energía se convierte en masa. Y, a una velocidad tan alta, el objeto experimenta mucha masa y, por lo tanto, se vuelve muy difícil aumentarlo aún más.

More Interesting

Si nada puede viajar (expandirse) más rápido que la luz, ¿cómo el universo tiene un radio de 46 mil millones de años luz con solo 13,6 mil millones de años?

Cuando los fotones viajan a través del vidrio, su velocidad se reduce. Cuando salen del vidrio, por ejemplo, al vacío, su velocidad será mayor. ¿Qué les da la energía para acelerar?

Edwin Hubble demostró que el universo se está expandiendo a un ritmo más rápido que la velocidad de la luz debido a la teoría del Big Bang. Si esto es así, ¿por qué todavía podemos ver el sol?

¿Alguna partícula se mueve más rápido que la luz? Si es así, ¿eso significa que la velocidad de la luz no es el "límite de velocidad universal"?

¿Por qué colapsan nuestras leyes físicas si es posible viajar más rápido que la luz?

¿Qué pasaría si conduzco mi automóvil a la velocidad de la luz y enciendo las luces delanteras? ¿Los fotones viajarían al doble de la velocidad de la luz?

¿Un electrón viaja más rápido que la luz cuando hace un túnel a través de una barrera, como en el STM?

¿Qué tan lejos viajaría si viajara el 99% de la velocidad de la luz durante una vida humana completa de 80 años?

¿Hay alguna buena estimación de cómo sería viajar junto a un haz de luz o de cómo la realidad podría verse deformada?

¿Podemos usar la luz como combustible en un cohete para alcanzar la velocidad de la luz?

Si viajamos a la velocidad de la luz, ¿podremos ir al futuro? Si viajamos a la velocidad de la luz y hacemos un recorrido por nuestra Vía Láctea y luego regresamos, ¿veremos nuestro futuro en el presente?

¿Qué factores fundamentales contribuyen a decidir la velocidad de la luz como 3 lacs km / seg.? ¿Por qué la velocidad de la luz no es al menos un millón de veces más?

Si, a la velocidad del tiempo de la luz se detiene, ¿cómo tienen los fotones un movimiento que se pueda medir?

¿Algo que viaja a la velocidad de la luz vive para siempre, de modo que la luz en el universo vive para siempre, incluso después de que toda la materia en el universo haya muerto?

¿Alguien en el borde del universo vería nuestra región del espacio expandiéndose a la velocidad de la luz y qué verían si miraran en la dirección opuesta?