¿Qué detendría a alguien que acelera más allá de la velocidad de la luz, si hubiera alcanzado el 99.9% de la velocidad de la luz?

He escrito sobre esta pregunta exacta anteriormente, por lo que es posible que desee consultar mis otras versiones de esta misma respuesta. Para esta pregunta en particular, adoptaré un enfoque más corto: la velocidad de la luz no es una velocidad, es una constante fundamental. No es una velocidad porque no se comporta como una velocidad, ya que es invariable en todos los marcos de referencia inerciales. Eso significa que no se agrega vectorialmente, como debería hacerlo una velocidad adecuada.

Entonces, ¿cuál es exactamente la velocidad de la luz? Bueno, es una propiedad del espacio-tiempo que asegura que todos los observadores estén de acuerdo en causa y efecto. Esto se refleja en la capacidad de definir un tiempo invariante “adecuado” para todos los marcos de referencia. Esta propiedad define lo que se conoce como un cono de luz, o el cono de influencia causal.

La causalidad requiere una velocidad invariable de transferencia de información, que se satisface perfectamente con c. Entonces, si la transferencia de información está limitada por c, entonces no hay forma de que alguien pueda “verlo” viajando más rápido que c. Las matemáticas de la relatividad especial describen cómo se ve el mundo con esta restricción. Sin embargo, realmente no es una restricción. Si bien nadie puede verte viajando más rápido que la luz, puedes acelerar indefinidamente y lograr cosas que son más rápidas que la nave espacial ligera, como viajar largas distancias en un corto período de tiempo. Se llama dilatación del tiempo y contracción de la longitud. Todo funciona para mantener todo consistente, incluida la causalidad, pero no te impide hacer viajes interestelares muy rápidos. Es la tecnología que limita nuestra velocidad máxima.

Carl Sagan hizo este punto sobre la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud en su programa, Cosmos, y aún es cierto. Si podemos desarrollar la tecnología, podemos viajar a las estrellas en menos de una vida humana. Solo si planeamos un viaje de regreso las cosas van mal. Es probable que todos en la Tierra estén muertos después de que regrese de recorrer la galaxia.

Si tuviera una nave espacial que pudiera generar una “fuerza g” para que los ocupantes tuvieran “gravedad artificial” a medida que viajan, tarde o temprano la masa relativista aumentaría, en relación con el “aumento de la velocidad para un aumento específico en la energía agregada” al sistema “.

En otras palabras, encontraríamos que a medida que avanzamos más rápido, la aceleración disminuiría, si nuestro “motor de urdimbre” está utilizando la misma cantidad de potencia que antes, o alternativamente, si mantenemos una aceleración constante, la cantidad de potencia disminuiría. aumentar al infinito

En la escuela secundaria, se le da una “ecuación newtoniana” para la energía cinética. La energía es la integral del momento, y el momento es la masa multiplicada por la velocidad.

Pero cerca de la velocidad de la luz, la masa relativa aumenta hasta el punto en que necesita mucha más energía en el sistema para mantener constante la aceleración.

Lo que no entiendes es que incluso si en la Tierra alguien piensa que estás viajando a 0.9 de la velocidad de la luz, aún piensas que la velocidad de la luz es la velocidad de la luz.

Lo que ves frente a la nave espacial puede parecer muy interesante, pero estás tan lejos de llegar a la velocidad de la luz como cuando empezaste.

Eso no es lo que tienes cuando aceleras cerca de la velocidad del sonido. No hay relatividad. Y dado que la velocidad del sonido es mucho más lenta que la velocidad de la luz, la ecuación para el aumento de energía cinética requerida es la newtoniana, que supone que la masa no cambia y, por lo tanto, está integrando el impulso como si la masa fuera una constante.

Cuando aceleras cerca de la velocidad de la luz, la ecuación que usas es la de Einstein. Pero el “mejor”, que no considera la masa M como una constante, sino como una función de la velocidad relativa a la velocidad de la luz.

De modo que cuando v = c, E = infinito.

Transformación de Lorentz – Wikipedia

Uno dividido por cero es infinito, al menos para los físicos que no son tan precisos sobre las convenciones matemáticas.

Eso sí, hay una forma teórica en la que puedes “ir a la velocidad de la luz”.

Salta a un agujero negro giratorio. Stephen Hawking dice que el agujero negro “te tirará un pedo” como radiación.

Como pura energía. Incluso podemos calcular por cuánto, por su “masa en reposo”.

Si desea ir tan “a la velocidad de la luz” que está dispuesto a aceptar convertirse en un “pedo” de agujero negro, siga adelante.

Solo recuerde que antes de ser “convertido”, al principio será “estirado” en una muy larga “cadena” de partículas subatómicas.

Y que esto será muy doloroso, si toda la “radiación cósmica inducida” sobre ese agujero negro no te mata primero.

Bien, ahora dices que leíste mi libro de ciencia ficción, donde hablo sobre “agujeros negros sub-quanta” que pueden evitar todos estos efectos secundarios desagradables de “saltar a un agujero negro”, que me permitirán “transitar el espacio-tiempo” en el velocidad de la luz.

Es ciencia ficción. Sí, es un poco más “creíble” de lo habitual, pero cualquier estudiante graduado de física podría decirte por qué esto es solo una ilusión, de muchas maneras.

Adelante. Sé el próximo Einstein que demuestre que están equivocados.

Los efectos de dilatación del tiempo son los que evitan que los objetos excedan o alcancen la velocidad de la luz. La misa también juega un papel importante. Cuanto más grande es el objeto, más inercia tiene y, por lo tanto, más difícil es acelerar cerca de la velocidad de la luz. Los electrones en los aceleradores de partículas pueden alcanzar aproximadamente del 98 al 99% de la velocidad de la luz, pero incluso eso requiere un acelerador de partículas grande como el LHC, que tiene muchas millas de circunferencia y tiene anillos magnéticos masivos utilizados para acelerar las partículas. Se necesita una cantidad de energía exponencialmente mayor para acelerar algo del tamaño de un automóvil a una fracción decente de la velocidad de la luz (c).

Ahora, en términos de relatividad, podemos usar los efectos de dilatación del tiempo para explicar esto. Un experimento mental implica un tren hipotético que viaja muy cerca de la velocidad de la luz. Ahora, si una persona en este tren camina en la dirección del movimiento del tren, ¿excede la velocidad de la luz del marco de referencia de un observador externo (este es el marco de referencia que nos interesa)? Debido a la dilatación del tiempo, la persona no podrá hacerlo en nuestro marco de referencia porque a la velocidad de la luz, el paso del tiempo se detiene para que la persona no cubra ninguna distancia, por lo que no podrá llegar más allá de la velocidad de la luz.

La ecuación para la dilatación del tiempo es

t ‘= t / √ (1-v² / c²)

donde t ‘es el paso del tiempo en el marco de referencia inercial que está viendo yt es el paso del tiempo en su marco de referencia. v es la velocidad del objeto en movimiento y c es la velocidad de la luz.

¿Qué sucede cuando v = c? Tienes

t ‘= t / 0 que no está definido y, por lo tanto, en este punto, el paso del tiempo no está definido. Cuando v> c, entonces la raíz cuadrada es negativa, lo que no produce respuestas definidas por números reales. Las raíces cuadradas negativas dan respuestas “complejas”, por lo que esto no significa nada en un espacio Minkowski de 4 dimensiones. De hecho, si v> c, entonces el paso del tiempo puede considerarse como un número complejo. Si v² = 2c², entonces el paso del tiempo es

t ‘= t / (i)

Ahora si cuadramos ambos lados de la ecuación cuando (1-v² / c²) <0 entonces

t’² = t² / -k donde k es un número real positivo constante.

Esto no tiene ningún sentido matemático en términos de números reales ya que cualquier número real al cuadrado es positivo. Esto dice que el cuadrado del cambio en el tiempo es negativo, por lo que a velocidades superiores a la velocidad del cambio de luz en el tiempo es negativo. Esto tiene contraindicaciones para las relaciones causa-efecto. Las leyes de la termodinámica no funcionan en estas circunstancias.

Para resumir, la masa de un objeto es un factor limitante en cuanto puede acelerar y a qué velocidad puede alcanzar. Hay un límite superior debido a la inercia y la relatividad especial explica por qué esto es de otra manera.

Al 99.9% de la velocidad de la luz, el hecho de que las cosas se acerquen a usted al 99.9% de la velocidad de la luz puede ser suficiente para detener su aceleración.

A esa velocidad (en relación con su galaxia inicial), los fotones que alguna vez fueron luz visible inocente ahora son rayos X bastante potentes. De hecho, todo el universo frente a ti parece estar irradiando radiación intensa directamente hacia ti.

Había un gran libro de Poul Anderson llamado Tau Zero, donde una nave espacial estaba atrapada en un modo de solo aceleración, porque sus motores tenían que seguir funcionando para alimentar el poderoso escudo que era lo único que impedía que se convirtieran en energía pura por impacto con cualquier átomo perdido en su camino.

Lo que el Sr. Anderson no tuvo en cuenta en su relato de otro modo entretenido fue que no cualquier átomo los vaporizaría, sino que a medida que se acercaran más y más al tau cero (velocidad de la luz), literalmente estarían rompiendo la materia en la creación, y cada fotón encontrado estaría cerca de las energías de Plank, destruyéndolas instantáneamente.

No sé las matemáticas exactas, pero estoy bastante seguro de que si se ejecutaran las cifras, mostraría que cualquier materia acelerada dentro de las fracciones de c sería incapaz o la materia restante y se destruiría como una explosión de rayos gamma.

Entonces, en cierto modo, a velocidades suficientes, puede alcanzar la velocidad de la luz, porque se convierte en radiación electromagnética de alta intensidad. Pero luego pierdes algo de control sobre la dirección y, um, todo lo demás.

Nada te detiene acelerando a decir [matemática] 10m / s ^ 2 [/ matemática] durante el tiempo que quieras (excepto por quedarte sin combustible). Por supuesto, su velocidad relativa a su nave espacial seguirá siendo cero. Y, como usted señala, todos los demás medirán su velocidad como menor que la velocidad de la luz en relación con su marco de referencia inercial.

Entonces, la pregunta es realmente qué los detiene, en lugar de usted, midiendo su velocidad más rápido que la luz. Bueno, es una premisa fundamental de una de las teorías físicas más exitosas y precisas jamás creadas: la Teoría de la Relatividad. Esta es una teoría que ha sido confirmada con una precisión increíble en múltiples formas diferentes por diferentes grupos de personas.

¿Por qué nuestra ingenua noción de velocidad como aditivo es menos confiable que la teoría de la relatividad? Las nociones ingenuas funcionan lo suficientemente bien a escala humana. Fallan, y a menudo fallan miserablemente, fuera de ese dominio 🙁

Una falla similar ocurre cuando caes a través del horizonte de eventos de un agujero negro. En lo que respecta a un observador distante, ¡nunca lograste llegar allí!

Es como la física clásica, solo que más. En física clásica, la energía cinética de un objeto es como [matemática] \ frac {1} {2} mv ^ 2 [/ matemática]. Entonces, para obtener incrementos iguales de velocidad, debe ingresar más energía cuanto más rápido vaya el objeto. Probablemente lo hayas internalizado como sentido común sin darte cuenta; es por eso que con el motor de tu automóvil funcionando a las revoluciones máximas y una buena caja de cambios, la aceleración es máxima al arrancar y cae gradualmente (incluso antes de que la resistencia al viento y otras fricciones se vuelvan significativas) .

En relatividad, KE va como [math] m_0 (1 / \ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} -1) [/ math] donde [math] m_0 [/ math] es la masa en reposo. Para v pequeño, esto es lo mismo que clásico, pero aumenta mucho más rápido y tiende al infinito cuando v pasa a c. Entonces, el incremento de la velocidad que obtienes por un incremento de la energía cinética cae tan rápido que nunca llegas a c.

En algún nivel ondulado a mano, eso se debe a que la energía cinética en sí es equivalente a la masa, por lo que a medida que aceleras un objeto que ya se mueve, también tienes que suministrar energía para acelerar toda la energía cinética que ya le diste.

Amo la física

Me encuentro discutiendo física a menudo con otras personas que no comparten mi fascinación. Mi padre, mi esposa y muchos otros han tenido que pasar por diatribas de la teoría cuántica, las ondas de gravedad y la teoría M. Ahora es tu turno. Lo siento, no puedo evitarlo.

POR QUÉ EL TIEMPO LENTA PARA ALGUIEN QUE SE ACERCA A LA VELOCIDAD DE LA LUZ. UNA EXPLICACIÓN SIMPLE.

Estoy seguro de que has oído que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. (Eso no es del todo cierto. La expansión del universo permite un viaje más rápido que la luz, pero ese es otro tema). También es consciente de que el tiempo se ralentiza cuanto más se acerca a la velocidad de la luz. Ya sabes, el ‘Un gemelo se va a Alpha Centauri a la velocidad de la luz y regresa después de 80,000 años, pero solo tiene 3 años de historia’.
¿Alguna vez te preguntaste por qué? Aquí están las notas de la cuna.

TODO EN EL UNIVERSO SIEMPRE VIAJA EXACTAMENTE A LA VELOCIDAD LIGERA.

Dilatación del tiempo: la relatividad especial declara una ley para todo movimiento: la velocidad combinada del movimiento de cualquier objeto a través del espacio y su movimiento, aunque el tiempo siempre es exactamente igual a la velocidad de la luz.

Así es, todo. Tú, yo, la pantalla de la computadora que estás mirando, la tostada francesa de tu abuela, Papá Noel … todo.
Todo viaja a través del espacio-tiempo: el espacio (las tres dimensiones que experimentamos y las otras nueve que predice la teoría m) y el tiempo. Agregar el movimiento total a través del espacio y el tiempo siempre es igual a la velocidad de la luz. Siempre. Siempre. Siempre.

Como debe viajar constantemente a la velocidad exacta de la luz, cuando aumenta su velocidad a través del espacio , disminuye su velocidad a través del tiempo .

Tu cabeza (y el resto de ti) está viajando a través del espacio-tiempo a la velocidad de la luz, pero todo el movimiento de tu cabeza cuando estás en reposo (no acelerando) es a través del tiempo, nada de eso está viajando a través del espacio. Cada vez que tu cabeza se mueve por el espacio; en un automóvil, en un avión, en una nave espacial … incluso moviendo la cabeza hacia arriba y hacia abajo, parte de su movimiento en el tiempo se pierde ya que ahora se mueve por el espacio. Genial eh.

¿Y LA LUZ?
Dado que las ondas de luz utilizan todo su movimiento para viajar a través del espacio a la velocidad de la luz, no tienen absolutamente ningún movimiento a través del tiempo. Cada fotón que se ha producido existe en un estado sin edad. El universo envejece, la luz no.