Esto proviene de una serie de pasos lógicos.
Einstein no asumió que la velocidad máxima posible fuera la velocidad de la luz, supuso que la velocidad de la luz es constante. Y había dos razones principales para esta suposición:
1) Maxwell no consideró ningún marco de referencia al derivar sus ecuaciones, por lo que la velocidad de la luz (que salió directamente de la solución de sus ecuaciones) tiene que ser independiente del marco.
2) El experimento de Michelson Morley confirmó que no existía el éter luminífero y que la velocidad de la luz es constante.
Ahora, cuando Einstein propuso su teoría de la relatividad, argumentó que las leyes de la naturaleza deberían ser las mismas para todos los marcos de referencia inerciales. Es decir, todos los observadores (en un marco de referencia inercial) deben estar en pie de igualdad y simétricos, lo que significa que si uno va de un marco de referencia al otro, la perspectiva de ambos observadores debería ser válida. Este razonamiento pone el límite máximo en la velocidad de la luz (o cualquier tipo de información).
(Asumo que está familiarizado con la dilatación del tiempo).
Considere la siguiente situación hipotética:
Dos observadores, Alice y Bob, viajan en el espacio con velocidad relativista en direcciones opuestas (alejadas entre sí). Supongamos que comienzan a separarse exactamente a las 10:00 a.m.
Desde la perspectiva de Alice, ella dirá que está en reposo, pero Bob viaja a gran velocidad y el reloj de Bob funciona muy lentamente (debido a la dilatación del tiempo). Digamos que 5 minutos en el marco de Alice es igual a un minuto en el marco de Bob (desde el punto de vista de Alice). Alice comienza a grabar a partir de las 10:00 a.m. y después de exactamente un minuto envía la información sobre su tiempo (es decir, 10:01 a.m.) a Bob a través de, digamos, una señal de radio (es decir, con la velocidad de la luz).
- ¿Qué tan lejos puede viajar un haz de luz?
- Hipotéticamente, ¿a qué velocidad viajaría la luz hacia alguien que se mueve más rápido que la velocidad de la luz?
- ¿Son reales los Tachyons, hipotéticamente qué podría suceder si un objeto puede viajar más rápido que la luz?
- ¿El hecho de que si no sientes nada durante una caída libre significa que estás en un marco inercial?
- ¿Por qué la velocidad de la luz es tan rápida como es y no más baja o más rápida?
Ahora desde la perspectiva de Bob, él está en reposo y es Alice quien viaja muy rápido. Él ve que el tiempo de Alice corre lentamente debido a la dilatación del tiempo. Entonces, cinco minutos en el marco de Bob es igual a un minuto en el marco de Alice (desde su perspectiva). Ahora exactamente a las 10:01 a.m. envía esta información a Alice a través de una señal de radio.
Ahora aquí viene el punto crucial: para cuando la información de Alice sobre su tiempo (10:01 AM) llega a Bob. El reloj de Bob mostraba las 10:05 a.m. Recuerde que ambos se están alejando el uno del otro, por lo que la luz tendrá que recorrer una distancia adicional para llegar a Bob. Entonces él dirá con seguridad que el reloj de Alice está funcionando lento.
Del mismo modo, cuando la información de Bob llegue a Alice, su reloj mostrará las 10:05 a.m. Entonces Alice dirá que el reloj de Bob está funcionando lento.
(Nota: no he elaborado este escenario completo matemáticamente, por lo que puede haber algunos errores, pero la idea general seguirá siendo la misma).
Entonces vemos una simetría entre ambos marcos. Y ambas perspectivas son igualmente válidas.
Ahora, si tuvieran algún medio para enviar su información más rápido que la luz o instantáneamente, esta simetría se romperá. Y dará lugar a paradojas.
Por eso, decimos (y Einstein concluyó) que ninguna información puede viajar más rápido que la luz. Si algo viaja más rápido que la luz, se violará una teoría especial de la relatividad que conducirá al colapso de varias leyes de la física.
Esta fue la razón principal por la que a Einstein se le ocurrió la teoría general de la relatividad porque, según la gravedad newtoniana, el cambio de gravitación se siente instantáneamente independientemente de la distancia entre los objetos, por lo que no era consistente con la teoría especial de la relatividad.
Y Einstein resolvió este problema al demostrar que la onda gravitacional viaja con la velocidad de la luz, por lo que el efecto no se puede sentir instantáneamente.
