Si viajo a la velocidad de la luz y hago brillar una luz hacia atrás. ¿Los fotones de luz se ‘detendrán’ o tendrán alguna velocidad?

Los fotones viajarán lejos de ti a la velocidad de la luz. No importa cuál sea su velocidad actual y no importa en qué dirección encienda su linterna.

Esto puede parecer contrario a la intuición, pero es cierto.

En primer lugar, no existe una velocidad absoluta. Tu velocidad siempre debe ser relativa a algo. Por lo tanto, cuando dices que viajas a la velocidad de la luz, también debes decir con respecto a qué. También tenga en cuenta que si usted y la cosa con respecto a la cual mide su velocidad tienen masa, es imposible que su velocidad relativa sea la velocidad de la luz.

En segundo lugar, escribí que los fotones viajarán a la velocidad de la luz (con respecto a usted) sin importar en qué dirección destelle la luz. Si bien esto es cierto, la siguiente observación puede sorprenderle: si viaja con el 99% de la velocidad de la luz con respecto a algún otro objeto, por ejemplo, la Tierra, y destella la luz en la dirección opuesta, y los fotones se alejan de ti a la velocidad de la luz, entonces deben viajar lejos de la Tierra a una velocidad superior a la de la luz, lo que debería ser imposible. Pero eso no es lo que sucede: viajan lejos de ti a la velocidad de la luz y también viajan lejos de la tierra a la velocidad de la luz.

Aún más desconcertante sería el siguiente experimento: estás viajando lejos de la Tierra al 99% de la velocidad de la luz (constante, no acelerando). Tienes un arma especial que puede disparar una bala al 99% de la velocidad de la luz, y la disparas en la dirección opuesta de la Tierra. Ahora, desde su punto de vista, está viajando lejos de la tierra al 99% de la velocidad de la luz y la bala se está alejando de usted en la otra dirección también al 99% de la velocidad de la luz, puede deducir que la bala está viajando lejos de la Tierra a más de la velocidad de la luz. Resulta que este no es el caso. Con respecto a la Tierra, la bala solo viaja a aproximadamente el 99.99494975% de la velocidad de la luz.

¿Cómo es eso posible?

El enigma puede explicarse por el hecho de que está pensando en términos de la llamada “relatividad galileana”, donde la suma [matemática] \ textbf {s} [/ matemática] de dos velocidades [matemática] \ textbf {v} [/ matemáticas] y [matemáticas] \ textbf {u} [/ matemáticas] es

[matemáticas] \ textbf {s} = \ textbf {v} + \ textbf {u} [/ matemáticas]

Sin embargo, esa fórmula es solo una aproximación, que es válida para velocidades que son muy pequeñas con respecto a la velocidad de la luz. La fórmula real se conoce por “Relatividad Especial” y dice que

[matemáticas] \ textbf {s} = \ frac {\ textbf {v} + \ textbf {u}} {1+ \ left (\ textbf {vu} / c ^ 2 \ right)} [/ math]

lo que da un resultado diferente cuando las velocidades están más cerca de la velocidad de la luz.

En primer lugar, no puedes viajar a la velocidad de la luz. Solo puede, a un costo enorme, acercarse a él.

En segundo lugar, no solo viajas a la velocidad de la luz, sino que viajas en relación con otra cosa. O, ponlo más como lo ves, viajan en relación a ti.

Todavía eres relativo a ti mismo. Sea cual sea la dirección en la que enciende una luz, verá que se comporta exactamente igual que la luz siempre. Si golpea esa cosa que está pasando rápidamente, puede obtener varios efectos de desplazamiento hacia el rojo y hacia el azul, debido a su velocidad en relación con usted. Pero la luz siempre se comporta igual que ahora.

Como Alec y Sam dijeron, no puedes viajar a la velocidad de la luz. Pero supongamos que viaja muy cerca de la velocidad de la luz, tan cerca que no podemos notar la diferencia. Cuando haces brillar tu luz hacia atrás, los fotones se moverán hacia atrás a la velocidad de la luz . Esto se debe a que los fotones tienen una naturaleza de onda E = hf. No son pequeñas bolas de billar. Tu velocidad no afecta su velocidad. Imagina que estás rozando la superficie de un estanque y golpeas la superficie. Una onda se extiende. La velocidad de la onda expansiva no depende de tu velocidad.

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