Como otros han mencionado, uno no excluye al otro. Pero eso no responde a la pregunta de por qué creemos que cualquiera de las proposiciones es cierta. Puede encontrar ambas respuestas en otros lugares con gran detalle, por lo que resumiré aquí y lo señalaré a otras fuentes.
1. ¿Por qué todos están tan seguros de que nada puede superar la velocidad de la luz?
Esto se remonta a finales de 1800 y principios de 1900. Comencemos por el principio, digamos a mediados de 1800. Las ecuaciones de electomagnetismo de Maxwell eran nuevas en la escena, y sugirieron que la luz es una onda. Pero eso planteó una pregunta totalmente natural: si la luz es una onda, ¿qué es exactamente lo que está agitando? Nadie lo sabía realmente, pero lo calificaron de “éter”. Genial, pero todo lo que tenemos es una etiqueta. Nadie sabía sobre el éter, por lo que la gente quería aprender más.
- ¿Qué es la transformación de velocidad galileana?
- Cuando un velocista corre a la velocidad de la luz y sostiene una antorcha encendida, ¿cuál será la velocidad de la luz de la antorcha?
- ¿Cómo puede ser constante la velocidad de la luz independientemente de la velocidad del cuadro? ¿Alguien tiene una explicación para ello? ¿Cómo puede ser diferente el tiempo para dos personas?
- ¿Viajar cerca de la velocidad de la luz afectará la biología de los humanos?
- ¿Hay algo que pueda vencer la velocidad de la luz?
Otra pregunta natural surgió: ¿qué tan rápido nos estamos moviendo a través del éter? Dos muchachos, Michelson y Morely, inventaron un muy buen experimento. (Describiré algunos detalles, pero no es crítico para usted entenderlos). La idea se basa en cómo cambia la frecuencia de una onda cuando la fuente de la onda se está moviendo. Por ejemplo, cuando un automóvil pasa junto a usted y toca la bocina, la frecuencia del sonido cambia a medida que avanza hacia usted y cuando se aleja. El mismo trato con la luz.
En particular, si la fuente de luz se moviera a través del éter en la misma dirección que el haz de luz, entonces la frecuencia del haz de luz cambiaría. De manera similar, si la fuente de luz se moviera a través del éter perpendicular al haz, entonces la frecuencia del haz no cambiaría.
Entonces, el experimento consistió en tomar un haz de luz y dividirlo en dos haces perpendiculares. Cada haz viaja una larga distancia, antes de golpear un espejo, y luego se refleja de nuevo en el mismo punto. Imagine algo como esto, en gráficos de estilo John Baez:
ESPEJO
El |
El |
El |
El |
El |
/——–ESPEJO
Aunque no conocemos la velocidad o dirección de la Tierra a través del éter, podemos rotar este tipo de configuración y al menos comenzar a ver algunas diferencias en los cambios de frecuencia de los respectivos haces. Tal vez podamos registrar suficientes datos, hacer algunos cálculos y descubrir nuestra dirección y velocidad en función de las diferencias que vemos en los cambios de frecuencia.
Suena genial, excepto un resultado realmente inesperado. Nunca hubo ningún cambio de frecuencia, en ninguna dirección. Podrías rotar ese aparato, colocarlo sobre su cabeza, realizar el experimento en varios momentos del día o año, poner todo en un tren que sabemos que se está moviendo, etc. ¡Nunca hubo un maldito cambio de frecuencia! Esto fue realmente desconcertante.
Finalmente, parecía que había una conclusión inevitable: que la luz viajaba a la misma velocidad independientemente del movimiento de su fuente. Esto fue radical, para estar seguro. Después de todo, parece que si estás en un tren que se acerca a la velocidad de la luz en relación con el suelo, y haces brillar una luz en la misma dirección que el tren, entonces el haz de luz debería estar cerca del doble de la velocidad de la luz con respeto al suelo. Tenemos mucha experiencia haciendo ese tipo de cosas con pelotas de béisbol y tal … ¿por qué la luz debería ser diferente?
Es una premisa incómoda de aceptar, pero es la única que tiene sentido a la luz del experimento de Michelson-Morely. Vale la pena señalar que así es como funciona la ciencia: el experimento es el árbitro final. No importa cuán extraña o natural sea una propuesta, o cuán importante sea la persona que la dijo: si no está de acuerdo con los datos experimentales, está mal. (Y si está de acuerdo con los datos experimentales, no es necesariamente correcto … simplemente “no está mal todavía”. Tal vez mañana tenga lugar un nuevo experimento que lo invalide …)
Una vez que aceptas esa extraña propuesta, esa luz viaja a la misma velocidad sin importar el movimiento de su fuente, entonces el resto cae en su lugar de manera muy simple. Si está de acuerdo con la geometría de la escuela secundaria, lo recomendaría a cualquier cantidad de fuentes en este momento, por ejemplo, dilatación del tiempo.
2. ¿Qué pasa con la expansión del universo?
Como otros han señalado, el universo no se está expandiendo actualmente más rápido que la luz. Pero muchos creen que en la historia temprana del universo lo hizo. ¿Por qué?
Desafortunadamente, esto está un poco menos claro. No puedo señalar un experimento específico que demuestre esta conclusión tan limpia e inevitablemente como el experimento de Michelson-Morely. Pero hay motivaciones experimentales. Estos se describen aquí: Inflación (cosmología).
Vale la pena señalar que, aunque la inflación, la idea de que el universo primitivo se expandió más rápido que la luz, es definitivamente una teoría convencional, no tiene la aceptación universal entre los físicos que tiene la relatividad especial.
Pero, ¿por qué estas dos ideas no son inconsistentes? Esto es un poco sutil. La relatividad especial se aplica a las cosas que se mueven a través del universo, pero no necesariamente se aplica al universo mismo. Una analogía común es la de una hormiga caminando sobre una banda elástica. La hormiga podría tener un cierto límite de velocidad, digamos 1 pulgada por segundo. Pero eso no significa que la banda de goma no se pueda estirar más rápido. Y si la banda de goma se estira más rápido, entonces la hormiga lo lleva a dar un paseo muy rápido.
