¿Por qué las personas son tan pesimistas cuando dicen que no podemos ir más rápido que la luz?

Odio hablar sobre un tema que ha sido increíblemente golpeado hasta la muerte, pero diré esto (y, tal vez, esté equivocado); no puedes OBSERVAR algo que se mueve más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, si está en una nave espacial que se mueve cerca de la velocidad de la luz, podría recorrer, por ejemplo, la distancia de 4 años luz en 2 años, PERO mirando por la ventana de su nave espacial, la distancia parecería ser solo algo así como 1,5 años luz debido a la contracción de Lorentz-Fitzgerald (la longitud y la distancia parecen comprimirse en la dirección del viaje, y los objetos en movimiento parecen acortarse en la dirección del viaje). Entonces, desde su punto de vista dentro de la nave espacial, no viaja más rápido que la velocidad de la luz, a pesar de que acaba de pasar 4 años luz en 2 años de su vida. La realidad parece sugerir que te has duplicado la velocidad de la luz. Desde su perspectiva (el universo contraído en su dirección de viaje) no ha ido más rápido que la velocidad de la luz. Desde el punto de vista del observador externo, no has ido más rápido que la velocidad de la luz; cuando te mira en tu nave, tu tiempo parece ralentizarse (mira la Paradoja de los Gemelos para una discusión más larga sobre esto).

Desde la perspectiva de un fotón, a la velocidad de la luz, el viaje de estrella a estrella es instantáneo; El universo está esencialmente contraído con un grosor de cero.

Para un tratamiento decente de ciencia ficción sobre este tema, puedes elegir Tau Zero de Poul Anderson; A medida que la nave espacial se acerca más y más a la velocidad de la luz (desde el punto de vista de la nave espacial), los pasajeros literalmente vuelan por galaxias enteras en minutos. Pero su visión estaría comprimida de tal manera que no podrían medir tal velocidad; todavía les parecería que van más despacio que la velocidad de la luz.

En resumen, no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, pero dado que su reloj interno se ralentiza, equivale a decir que puede hacerlo. Dado que el marco de referencia del fotón implica que se mueve instantáneamente de un punto a otro, la afirmación “no puedes ir más rápido que la velocidad de la luz” realmente dice: “no puedes ir más rápido que instantáneamente de un lugar a otro”. lo que tiene mucho sentido. No puedes ir más rápido que infinitamente rápido.

Valdría la pena recoger cualquier libro sobre Relatividad Especial. Es un tema interesante y, a diferencia de la Relatividad general, las matemáticas son fácilmente accesibles para cualquier persona con una educación secundaria decente.

(nota; esta entrada ha sido ligeramente editada en base a un comentario)

La afirmación precisa es que la relatividad no permite que una partícula subluminal masiva se acelere a la velocidad de la luz. Sin embargo, existe una teoría completamente coherente de las matemáticas de la relatividad especial que aborda las partículas masivas que viajan más rápido que la velocidad de la luz. Esta teoría ha sido abordada en literatura revisada por pares en múltiples ocasiones durante el siglo pasado. Aquí hay dos de mis referencias favoritas que aparecen en revistas prestigiosas:

Feinberg, G. 1967 Posibilidad de partículas más rápidas que la luz. Phys. Rev. 159, 1089-1105. (doi: 10.1103 / PhysRev.159.1089)

Hill, J. y Cox, B. 2012 La relatividad especial de Einstein más allá de la velocidad de la luz Proc. R. Soc. UN
(2012) 468, 4174–4192. (doi: 10.1098 / rspa.2012.0340)

Entonces, si hay partículas superluminales, sabemos que no pueden haber sido aceleradas a la velocidad de la luz. También sabemos que no pueden tener carga y que no pueden interactuar con partículas subluminales excepto, posiblemente, a través de la gravitación.

Una forma en que estas partículas podrían surgir es que podrían ser partículas de Higgs que se “congelaron” durante el período inflacionario de nuestro universo.

Todavía no sabemos casi nada sobre la gravedad cuántica y, hasta que tengamos una teoría viable de la gravedad cuántica, es posible que los bosones no cargados, como el Higgs, puedan hacer un túnel cuántico desde lo subluminal a lo superluminal sin viajar realmente. a la velocidad de la luz.

Sé que hay muchos de mis compañeros que me reprenderán por escribir esta respuesta, pero odio ver a los optimistas constantemente anulados por los pesimistas. Necesitamos alentar a los físicos jóvenes a pensar fuera de la caja, de lo contrario, la física se convertirá en una ciencia muerta.

ACTUALIZACIÓN: Después de revisar las respuestas que veo publicadas sobre este tema, me horroriza que la mayoría esté dispuesta a aceptar sin cuestionar la idea de que una partícula masiva no puede exceder la velocidad de la luz en el sentido que he presentado anteriormente. Vivimos en un momento emocionante en física. En la literatura revisada por pares encontramos discusiones sobre cadenas y branas, mundos paralelos, agujeros de gusano, universos múltiples, etc. Cada uno de estos temas se basa únicamente en las matemáticas sin una pizca de evidencia experimental creíble. ¿Cómo podemos aceptar esto como posibilidades reales y luego negar la posibilidad de partículas superluminales cuando también son sugeridas por una extensión matemática de principios aceptados?

Los pesimistas son aquellos que aceptan sin cuestionar. Los optimistas son los que cuestionan todo. Te dejo adivinar cuál de estas historias recuerda.

La existencia de un límite de velocidad universal, como cualquier otro hecho físico básico sobre el universo particular que habitamos, no puede deducirse solo por lógica. Al mismo tiempo, tampoco puede deducir solo por lógica que no puede haber un límite de velocidad universal. Puede usar la lógica para sacar conclusiones verdaderas de premisas verdaderas, pero no puede usarla para sacar conclusiones verdaderas de la nada, sin saber nada sobre un objeto inicialmente. Por lo tanto, no puedes entrar fingiendo no saber nada sobre el universo y esperar deducir correctamente cómo funciona el universo.

La física es una ciencia, y la ciencia es fundamentalmente empírica. Eso significa que las verdades que aceptamos son coherentes con la evidencia experimental, con lo que podemos observar directamente. Lo que observamos no es que el universo “cierre” nada; eso es inapropiado antropomorfizar. Simplemente no parece haber nada más rápido que las partículas de luz, y si intentas producir una acelerando la materia, cuanto más y más se acerca a la velocidad de la luz, más y más energía se necesita para acelerarla aún más. Esto es lo que nos dicen nuestras observaciones.

Esto no es consistente con la física newtoniana, y hay muchos otros fenómenos que tampoco lo son, en particular la constancia observada de la velocidad de la luz (constante en todos los marcos de referencia). Para explicar tales observaciones, Einstein desarrolló la teoría de la relatividad especial. La relatividad especial es totalmente consistente con la observación, en contraste con otras teorías como la física newtoniana a la que reemplaza. En este punto, por lo tanto, es una premisa básica sobre la cual se construye la física teórica. Y una de las conclusiones lógicas que podemos sacar es que realmente no podemos viajar más rápido que la velocidad de la luz.

¿De parte de quién es esto pesimista? No es trabajo de un físico ser pesimista u optimista; solo para considerar las implicaciones de los datos observados. Y parece una tontería decir que un ingeniero es pesimista por creer que las leyes de la física son válidas.

tLas personas entienden mal la teoría de la relatividad cuando dicen que dice que “no se puede ir más rápido que la luz”.

La teoría de la relatividad, tal como está, al menos la teoría “especial”, la relatividad especial o SR , se basa en dos postulados:

1. Que las leyes de la física en los sistemas inerciales son equivalentes,
2. Que existe una velocidad invariante tal que todos los observadores en sistemas inerciales estarán de acuerdo en que un objeto que se mueve, se mueve a.

El primer principio se comparte con la física newtoniana: es el segundo que presenta Einstein. Los “sistemas inerciales” son básicamente aquellos sistemas de coordenadas en los que se ve que se sostiene la “primera ley de Newton”: se ve que cualquier cuerpo que no se ve afectado por ninguna fuerza se mueve desde el punto ventajoso de dicho sistema en un camino recto y estable con Sin desviaciones. Como un ejemplo crudo, cuando está parado o manejando en su automóvil a una velocidad uniforme, es un sistema inercial, pero si presiona el pedal del acelerador o los frenos, entonces no es un sistema inercial. Tenga en cuenta que los objetos en su automóvil parecen ser arrastrados a pesar de que no hay nada presente para ejercer ninguna fuerza sobre ellos.

El segundo principio de Einstein significa que si mido algo que se mueve a esa velocidad, aún no sabemos qué es, obtendré el mismo resultado para esa velocidad que otra persona que pasa por mí a 1000 mph, exactamente, siempre que ambos de nosotros estamos en sistemas inerciales.

No hay nada en lo anterior que diga algo sobre un “límite de velocidad”, o incluso que la velocidad invariante sea la velocidad de la luz. De hecho, la asociación de la velocidad invariante con la velocidad de la luz es un resultado experimental . Podría ser que la luz tiene una velocidad diferente, pero incluso si la tiene, no obstante, está muy, muy cerca de la velocidad invariante, que es esencialmente lo que muestra el famoso “experimento de Michaelson-Morley”.

Entonces, la pregunta que uno hace es “¿por qué se considera que la velocidad invariante es la velocidad máxima”? La única respuesta verdaderamente honesta es: porque no hemos observado nada para viajar más rápido que esa velocidad. Eso es realmente: mañana, ¡podríamos ver algo que va más rápido y sería como “whoa”!

Entonces, ¿qué dice realmente la relatividad acerca de los “límites de velocidad”? A partir de los postulados de la relatividad descritos anteriormente, se puede deducir que los sistemas inerciales están relacionados por “transformaciones de Lorentz”. Estas transformaciones de Lorentz mezclan el espacio con el tiempo y están en el origen de concebir el universo de Einstein como un “espacio-tiempo”. De ellos podemos encontrar efectos como la dilatación del tiempo , que el tiempo medido por un observador de movimiento rápido será menor que el medido por un observador de movimiento lento, ambos viajando entre los mismos dos puntos, contracción de longitud , que dice que la longitud de un objeto que pasa volando a alta velocidad es más pequeño de lo que ese objeto se considera, y la relatividad de simultaneidad que dice que los eventos simultáneos (p. ej., dos bombillas que parpadean al mismo tiempo) en el sistema de un observador no son simultáneos otro.

Lo que también encontramos de estos es que las velocidades de los objetos se dividen en tres dominios diferentes: uno es un dominio que es más lento que la velocidad invariante, uno es un dominio a la velocidad invariante y uno es un dominio mayor que la velocidad invariante . Las transformaciones de Lorentz son tales que no pueden mezclar estos dominios, por lo tanto, los objetos más lentos que los invariantes siempre se mueven más despacio que los invariantes, los objetos de velocidad invariante siempre se mueven a una velocidad invariante, y los objetos más rápidos que invariantes siempre se mueven más rápido que invariante. Solo en este sentido se puede decir que la velocidad invariante, experimentalmente , la velocidad de la luz, es un límite. No podemos acelerar para superarlo. Pero no hay nada que diga que el dominio de las velocidades más rápidas que las invariantes debe estar vacío.

La otra razón por la que se considera vacía es que la relatividad predice algo más sobre ese dominio, y es que las disposiciones de objetos adecuadamente inteligentes que se mueven a tales velocidades pueden, por relatividad de simultaneidad, usarse para enviar algo en el tiempo, en particular, podrías enviar un mensaje a tu yo pasado. Y esto conduce aparentemente a una paradoja de la causalidad: la famosa “paradoja del abuelo”, que en términos más generales es una paradoja de la autoinhibición causal . Significa que si podemos enviar cosas atrás en el tiempo, podemos inhibir su envío, y así crear una paradoja. Si se envía, inhibe su envío, si se inhibe su envío, se envía. Contradicción. Envíate un mensaje para decirte que no te envíes ese mensaje.

Pero técnicamente, incluso esto ni siquiera lo descarta. La causalidad no es una estipulación de SR, ya que SR no es más que una teoría del espacio y el tiempo. Un conjunto consistente de leyes de la física que permitieran tales cosas tendría que tener una forma de resolver la paradoja por su propia naturaleza de ser consistente, y por lo tanto no podemos contar el viaje más rápido que la luz solo con esa base solamente.

En este sentido, es muy instructivo prestar atención a algo que se estudia en ingeniería informática y eléctrica: las puertas lógicas digitales. Hay un tipo de circuito lógico llamado “RS-latch” en lógica digital que es una forma simple de almacenar un bit. Tiene dos entradas y dos salidas. Puede “conducir” cada entrada hacia arriba o hacia abajo (es decir, aplicar voltaje lógico o voltaje cero, respectivamente). Las dos entradas se llaman “R” y “S”, de ahí el nombre. Si maneja “R” y “S” ambos en alto, almacena un poco. El bit se puede establecer en 0 al conducir R bajo mientras se mantiene S alto. Si mantiene R alto y conduce S bajo, el bit se establece en 1. Debe volver a subir ambos a alto para mantener el nuevo bit. Pero aparece una paradoja si intenta conducir tanto a R como a S bajo: si R se conduce a un nivel bajo y S se conduce a un nivel bajo, el circuito parece ser “capaz de ser 1 si y solo si puede ser 0”, en un situación muy contradictoria muy circular que recuerda exactamente la paradoja anterior, que, por cierto, para el caso de partículas más rápidas que la luz, específicamente se llama la paradoja de Tolman. Un tratamiento ingenuo del pestillo RS podría llevarnos, por la misma lógica que a menudo se promociona como “razón” para creer que un viaje más rápido que la luz es imposible, ¡creer que tales pestillos no se pueden construir! Pero eso es claramente absurdo: se usan universalmente en toda la lógica digital. ¿Qué hay de la supuesta paradoja? La paradoja, como se dijo, surge solo de un tratamiento demasiado simple y demasiado ingenuo del problema. No tiene en cuenta que estos son dispositivos físicos hechos de materia física compuesta de átomos voluminosos, fuerzas de rango finito, cristales imperfectos y otras cosas similares, y el resultado de esto es que en este caso “excepcional”, la teoría ingenua se rompe hacia abajo y la naturaleza más sofisticada de la realidad real hace que “caiga” en un estado consistente. El comportamiento puede ser impredecible, pero no es ilógico .

Del mismo modo, la interpretación más sensata de la paradoja de Tolman es que simplemente nos dice que nuestro ingenuo razonamiento sobre la materia, el espacio y el tiempo en estas situaciones ha alcanzado su límite. No nos dice nada sobre la prohibición o la posibilidad de viajar más rápido que la luz que cualquier otra cosa. Simplemente nos dice que no tenemos una comprensión lo suficientemente sofisticada del problema en un nivel lo suficientemente profundo y concreto . El problema surge de tratarlo a un nivel de abstracción demasiado alto . Una contabilidad completa de las señales e interacciones más rápidas que la luz que sea consistente tendría que resolver la paradoja, ya que eso es lo que significa “consistente”. El punto es que la paradoja en sí misma no dice nada acerca de si tal contabilidad puede existir o no, o incluso de cuán probable o improbable sea que se realice físicamente.

En resumen, la relatividad nos dice dos cosas: no se puede convertir entre dominios más rápidos que la luz, a la luz y más lentos que la luz, y las cosas más rápidas que la luz se pueden enviar a tiempo mediante arreglos inteligentes. Eso es. No hay nada que diga que el dominio más rápido que la luz debe estar despoblado.

La verdadera y única razón 100% honesta para pensar que es, es simplemente porque parece ser, dadas nuestras observaciones, tal como parece ser que la velocidad invariante que mencioné realmente es congruente con la velocidad de ligero. Parece ser que la naturaleza resuelve la paradoja simplemente al no proporcionar nada que vaya más rápido que la luz. Pero todo eso podría cambiar: casi lo hizo en 2011, cuando se anunció que los neutrinos parecían estar excediendo la velocidad de la luz. Pero eso resultó ser un defecto de medición debido a una mala conexión de cable en el equipo. Ese tipo de experimento NO es fácil de llevar a cabo, y no soy tan duro con los muchachos por haberlo perdido como lo fueron otros. Es muy importante que no nos volvamos demasiado dogmáticos o casados ​​con nuestras ideas preconcebidas para no sofocar el avance, aunque podamos terminar con algunos falsos positivos aquí y allá. Ser dogmático es tan malo como ser crédulo. No creo que fueran malos investigadores: esa pieza de maquinaria que tienen allí en el CERN es increíblemente complicada, y nosotros, los pequeños humanos, estamos lejos de ser perfectos y siempre cometeremos un error inevitable, en algún lugar, cuando se trata de dicho equipo. Errar es humano, y lo que hacemos es limpiar nuestros errores, no regañarnos por ser humanos.

Para beneficio de un sobrino, recientemente trabajé a través de la derivación de la relatividad especial de los primeros principios, así que en este momento, estoy inusualmente enterado de lo que realmente significa. Al revisar esta larga lista de respuestas, me sorprende que, hasta ahora, nadie haya dado realmente al OP nada que considere una respuesta razonable a su pregunta.

Mucha gente ha señalado que la Relatividad Especial dice que no se puede acelerar más allá de la velocidad de la luz. Para ser precisos, si mantiene una aceleración constante, su velocidad después de t segundos será v = c tanh (at / c), y eso claramente no puede exceder c. Esto ha sido apoyado de muchas maneras diferentes por el experimento. Pero esto es un fracaso de la imaginación. Quizás haya formas de viajar sin aceleración.
El problema con esa idea es que la relatividad especial también tiene cosas que decir sobre lo que sucede si puedes pasar de A a B más rápido que la luz por cualquier medio . Si lo haces bien, dice que puedes viajar al pasado. Un viaje más rápido que cualquier tipo de luz te permite viajar en el tiempo. Dado que el viaje en el tiempo destruye la idea de causalidad (groseramente, ¿qué sucede si regresas y te matas a tu adolescencia?), La mayoría de la gente cree que es imposible y, por lo tanto, FTL también debe ser imposible. Cualquier FTL.

También podrías imaginar que hay un error realmente profundo en nuestra física, y cuando hayamos corregido eso, entonces será posible FTL. Por ejemplo, podría sortear el problema del viaje en el tiempo si pudiera romper la suposición de la Relatividad Especial de que no hay un marco preferido (a pesar de que toda la evidencia en este momento es al revés).

Desafortunadamente, cada vez que encontramos ese tipo de error en física, siempre ha estado en lugares que no pudimos estudiar muy bien. Por ejemplo, la teoría de que la Tierra es plana solo se rompe cuando tomas medidas a largas distancias. Además, las leyes de Newton solo se rompen a velocidades cercanas a la de la luz. Las viejas teorías todavía funcionan bien como aproximaciones excelentes a distancias cortas o a velocidades normales. Cualquier física nueva se comportaría igual que la física anterior en las áreas donde hemos podido medir. Un FTL que solo funciona fuera de nuestra galaxia, o dentro del sol, o durante el Big Bang sería revolucionario pero aún inútil.

Además, antes de los grandes cambios en la física, había muchas pistas de que algo andaba mal. La forma en que las naves desaparecieron en el horizonte fue una pista de que la Tierra era redonda, al igual que la forma de la sombra de la Tierra en la luna durante los eclipses. Del mismo modo, la órbita de Mercurio, las ecuaciones de Maxwell y el experimento de Michelson-Morley señalaron problemas con las leyes de Newton. Pero en este momento, no hay una pista similar de que algo esté realmente mal con la Relatividad General, excepto posiblemente a nivel cuántico. (FTL que solo funciona dentro de un núcleo atómico también sería inútil).

Entonces, el problema es que nadie que realmente entienda estas cosas puede ver una manera de acomodar FTL sin realmente romper nuestra comprensión actual de la física en formas fundamentales, y no hay ningún problema obvio con nuestra física actual que sugiera que haya alguna necesidad de romperlo. .

Compare esto con problemas difíciles que realmente se resuelven. Esos casi siempre involucran algo que se puede hacer, pero no se puede hacer lo suficientemente barato o en la escala que deseamos. Durante mucho tiempo se pensó que el vuelo humano era imposible, pero sabíamos que los pájaros podían volar. Las células solares no eran prácticas, pero la ingeniería ha bajado los precios. Pero ir más rápido que la luz es algo que no podemos hacer en absoluto, no tenemos idea de cómo hacerlo, y nunca hemos observado nada más.

¿Podemos decir con certeza que nunca sucederá? No. La ciencia no trata con absolutos. Pero para cualquiera que realmente entienda los problemas, seguro que parece inútil.

De la forma en que lo describe un físico, la única velocidad a la que puede ir es la velocidad de la luz.

Nosotros, la gente normal, mientras estamos quietos, en realidad nos movemos a la velocidad de la luz a lo largo de la dimensión del tiempo, por lo que sentimos el paso del tiempo a un ritmo normal.

Los fotones y otras cosas que van a la velocidad de la luz lo hacen en dimensiones espaciales, pero permanecen quietos en la dimensión del tiempo, así que no sienta el paso del tiempo.

Lo que pensamos que es acelerar es tomar algo de la velocidad que tenemos en la dimensión del tiempo y mover algo de ella fuera de la dimensión del tiempo hacia la dimensión del espacio.

Al decir que no podemos ir más rápido que la luz, parece un problema muy limitante, pero implica algo muy liberador. Si vas a la velocidad de la luz no tienes paso del tiempo. Entonces alguien podría viajar la distancia a la galaxia de Andrómeda a la velocidad de la luz y no hubieran envejecido ni un día. Entonces, para la persona que viaja, llega en un instante.

El único inconveniente es que las personas que dejas atrás, bueno, están experimentando el tiempo normalmente.

Hay varias soluciones alternativas en proceso para permitir el efecto de ir más rápido que la luz. El espacio es capaz de deformarse a una velocidad superior a la de la luz, por lo que un objetivo es intentar deformar el espacio. La matemática detrás del concepto se originó con la idea del manejo de Alcubierre, y ha tenido refinamientos que hacen que parezca más factible todo el tiempo, no pasado mañana, eso sí, pero tampoco en el futuro lejano.

Otro concepto es encontrar o crear agujeros de gusanos que le permitan atravesar, no solo a otras partes del universo, sino también a otros momentos del universo.

Incluso se podría imaginar una serie de rutas tortuosas donde alguien puede viajar a la velocidad de la luz (envejeciendo no un día en el proceso) hasta el asimiento negro supermasivo en el centro de la vía láctea, utilizando la energía alrededor de ese agujero negro para crear saltos espaciales de tiempo que te llevan al pasado más de 100,000 años, luego viajan al lugar original al que querías ir, pero llegan allí el mismo día que dejaste la Tierra.

Por lo tanto, no piense en la teoría especial de la relatividad como limitante en el sentido de que ha reducido lo que las personas pueden hacer. Nos ha quitado una cosa que pensábamos que era necesario moverse rápido, que es viajar a una velocidad más rápida que la luz, pero abrió otras formas de moverse aún más rápido, jugando con los efectos de dimensión temporal.

En realidad, en cierto sentido puedes ir a una velocidad arbitraria … es solo que hay una trampa.

¿Quieres visitar la galaxia de Andrómeda? Son aproximadamente 2 millones de años luz de aquí. Aún así, no hay problema si tiene un barco con un suministro ilimitado de combustible y un buen blindaje (un llamado ramjet Bussard, elemento básico estándar de la ciencia ficción pero algo que también puede ser factible en la realidad, podría ser el truco). enciende tus motores y … en menos de 15 años, medido por ti (tu reloj o tu cuerpo), estás volando a través de la galaxia de Andrómeda. Si no te importa viajar un poco más, aproximadamente 23 años en total, habrás alcanzado el borde del universo visible, entrando en un territorio que nunca se ha visto, nunca se podría haber visto, desde la Tierra.

¿Cómo es esto posible? Bueno, hay una contracción de longitud relativista. A pesar de que no puede alcanzar la velocidad de la luz, todo lo que se encuentra en la dirección del movimiento se contrae, de manera tan efectiva, que está viajando a una velocidad mucho mayor que la velocidad de la luz: para cuando llegue a Andrómeda, usted estará comiendo años luz cada pocos segundos.

¿La captura? Bueno … puede que solo le lleve a usted, el viajero, 15 años llegar a Andrómeda, pero mientras tanto, en la Tierra, habrían transcurrido los dos millones de años completos. Verás, en lo que concierne a los observadores de la Tierra, nunca excedes la velocidad de la luz, ni ven ninguna contracción de longitud en virtud del hecho de que, a diferencia de ti, no se mueven.

Aún así, piénsalo. Si la tecnología es más lenta que la luz, si se perfecciona, algún día podría ser suficiente para llevar a un ser humano a cualquier lugar dentro del universo visible e incluso más allá, dentro de la vida de ese humano.

No lo llamaría pesimista. El hecho de que comprendamos las consecuencias y advertencias es un conocimiento ganado con esfuerzo, no un pesimismo injustificado.

Lógicamente, su pregunta tiene sentido, especialmente en función de la forma en que experimenta el universo desde la comodidad de su pequeño planeta. Sin embargo, una vez que te acercas a la velocidad de la luz, suceden cosas que no notas en tu vida cotidiana.

La mejor analogía que me ayudó a entender esto fue la siguiente: imagina dos trenes espaciales corriendo a través de la galaxia hacia la estación de trenes estacionaria. Ambos tienen una milla de largo y van a la misma velocidad uno al lado del otro. Mirar por la ventana desde el otro parece normal, pero mirando a ambos desde la estación de trenes estacionaria, ambos se han acortado. Parecen tener solo 1/2 milla de largo y, en relación con cualquier cosa que esté quieta, lo son. Un tren decide competir con el otro para que duplique su velocidad, lo que significa que ahora toma su tren la mitad del tiempo cubriendo la distancia igual a la longitud de su tren en el espacio como el otro tren. Pero cuando acelera, su tren se acorta aún más. Desde la estación de trenes, el tren más rápido ahora se ve 1/4 de milla de largo, y desde el otro tren se ve 1/2 de milla de largo. Pero desde la estación de tren, el tren más rápido parece ir más rápido, pero no el doble de rápido.

Otras cosas extrañas suceden a los trenes a medida que van más rápido. El tiempo para ellos se ralentiza. Sienten que continúan yendo más rápido porque el resto del universo experimenta el tiempo a su ritmo normal, pero para los trenes parece que un video se reenvía rápidamente. La otra cosa que sucede es que su masa aumenta. Se necesita más y más combustible para que vayan aún más rápido y simplemente no pueden acelerar como solían hacerlo. Pero debido a que su longitud sigue disminuyendo y el tiempo que experimentan sigue disminuyendo, todavía sienten que van cada vez más rápido.

Digamos que alcanzan la velocidad de la luz. ¿Cómo se ve el tren desde la estación de tren? Bueno, obviamente no verían el tren hasta que llegue, pero cuando lo hace, no tiene longitud. Es como una imagen del tren desde el frente y desde atrás. Y al igual que una imagen, se congela en el tiempo. Pero a diferencia de una simple imagen, tiene más masa que todo el universo. Pero la razón por la que no puedes llegar tan rápido es porque tomaría más energía de la que tiene todo el universo para hacerte ir tan rápido.

No estoy seguro de cuán precisa es esa analogía, pero me ayudó a comprender cómo podría haber un límite de velocidad natural para el universo.

En el siguiente video de MinutePhysics en Youtube se puede encontrar una explicación realmente efectiva de por qué parece imposible (lógicamente hablando) exceder la velocidad de la luz:

En pocas palabras, por lo que podemos decir, hay un límite estricto sobre lo rápido que podemos ir, basado en la famosa ecuación de Einstein, [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas], aunque en su forma completa menos famosa:

[matemáticas] E ^ 2 = (pc) ^ 2 + (mc ^ 2) ^ 2 [/ matemáticas]. En general, reducimos esta fórmula al considerar los objetos que medimos (en relación con nuestro marco de referencia) como estacionarios, de modo que [math] p [/ math] (momentum) [math] = 0 [/ math], lo que lo reduce de nuevo a la conocida [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática].

Con respecto a la ecuación completa, sin embargo, notamos que [matemática] E ^ 2 = (pc) ^ 2 + (mc ^ 2) ^ 2 [/ matemática] puede modelarse como una relación de tres lados de un triángulo, por el pitagórico teorema:

(* esta imagen está tomada de una pregunta diferente sobre Quora: ¿por qué la fórmula de Einstein [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas] no da la energía correcta para una partícula en movimiento?)

Ahora necesitamos encontrar una manera de relacionar la velocidad con esta ecuación.
Como resultado, la velocidad se puede definir como la velocidad de la luz, multiplicada por la relación del impulso de un objeto, a la energía: [matemáticas] v = c \ cdot \ frac {pc} {E} [/ matemáticas]

Por lo tanto, hacer que un objeto acelere más allá de la velocidad de la luz es tan simple como hacer que la fracción [matemática] \ frac {pc} {E} [/ matemática] sea mayor que uno. Sin embargo, mirando hacia atrás en el triángulo de arriba, se da cuenta de que esto significaría que la hipotenusa no sería el lado más largo del triángulo, lo que es imposible, por lo que podemos decir.

La primera premisa es, la velocidad de una onda electromagnética oscilante, que, de Maxwell es c, es la velocidad máxima verdadera de transmisión de campo eléctrico y magnético. Eso es cierto o no, pero como prueba, la electrodinámica de Maxwell nunca ha sido criticada por ninguna observación de la que tenga conocimiento. Como comprende partículas que tienen campos eléctricos asociados (átomos y moléculas), sus partes no pueden exceder ese límite de velocidad.

Sé que algunos pueden verlo como una respuesta divertida, pero lo agrego porque todos los demás han notado correctamente que también es un límite de velocidad en la relatividad, sin embargo, en mi opinión, esa observación en la relatividad surge debido a la constancia de c en las ecuaciones de Maxwell. (Tenga en cuenta que el primer artículo de Einstein tiene un título que se traduce aproximadamente como “La electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, a pesar de que los cuerpos no tenían carga formal). Sin embargo, todas las observaciones realizadas hasta ahora están de acuerdo con las ecuaciones de relatividad de Einstein, y el La afirmación de que la relatividad requiere dicho límite de velocidad es observacionalmente correcta. No hay nada pesimista en aceptar las relaciones de la física que se basan en un acuerdo de observación.

Es teóricamente posible, contrario a lo que la mayoría de la gente parece pensar.

La teoría especial de la relatividad prohíbe cruzar la velocidad de la luz (es decir, acelerar desde una velocidad por debajo de la velocidad de la luz a una velocidad por encima de la velocidad de la luz), pero no prohíbe que una partícula permanezca por encima de la velocidad de la luz en todo momento. Ver la partícula hipotética llamada Tachyon. Ahora, si alguna vez se demuestra que existe, tales partículas destruirían nuestra concepción del tiempo, ya que tales partículas deberían viajar hacia atrás en el tiempo.

Además, considere la unidad Warp / Alcubierre, que es un dispositivo más rápido que la luz que obedece la Teoría General de la Relatividad teorizada en los años 90 por M. Alcubierre. La idea es que el espacio en sí no tiene límite de velocidad, al contrario de lo que hay dentro de él (luz, materia …), por lo que uno podría mover el espacio para impulsarlo. Además, dentro de la nave, el espacio sería ‘normal’ (euclidiano), no distorsionado. Sin embargo, tal dispositivo requeriría una masa negativa para funcionar … ¡más fácil decirlo que hacerlo!

Finalmente, algunos investigadores de física siguen jugando con un universo con velocidad de luz no constante (ya sea en el tiempo o en el espacio), lo que posiblemente podría explicar muchos fenómenos. Por supuesto, no significa que sea la solución correcta, pero aún no se debe descartar.

Entonces, ¡tienes un poco de optimismo para comer!

No estoy seguro de qué quiere decir con “nosotros” aquí, pero ciertamente es posible viajar más rápido que la luz. Sucede todo el tiempo en reactores nucleares cuando el uranio se descompone. Para fines de enfriamiento, el núcleo del reactor está bajo el agua. Las partículas cargadas liberadas por el uranio viajan más rápido que la velocidad de la luz en el agua , emitiendo luz azul conocida como radiación Cerenkov. Una especie de boom sónico, por así decirlo, pero con luz. El universo no cierra esto en absoluto.

En cuanto a la velocidad de la luz en el vacío , aún no hemos encontrado nada que pueda viajar más rápido. Cada experimento con ese fin ha demostrado que a medida que un objeto con masa se acerca a la velocidad de la luz en el vacío, su masa aumenta en consecuencia, y se vuelve cada vez más difícil acelerarla, hasta el punto en que nos resulta imposible acelerarla. más rápido Entonces … tampoco hay que cerrar aquí, simplemente no puedo alcanzarlo.

Como tantos otros han dicho, no hay forma de demostrar que nada puede moverse más rápido que la luz en el vacío. Sin embargo, si lo aceptamos como cierto, explica muchas otras cosas que son difíciles de explicar de otra manera.

Edición 16/11/2015: Escribí esta respuesta al principio de la historia de este tema, cuando casi todas las respuestas básicamente decían “porque la relatividad especial lo dice”, sin más justificación. Tenía la intención de que esta respuesta señalara las fallas en tal razonamiento y dirigiera a los lectores a las respuestas superiores; mi respuesta es incompleta, por ejemplo, al no mencionar violaciones de causalidad u otros problemas con un viaje más rápido que ligero. Afortunadamente, en el tiempo transcurrido, ¡se han escrito muchas mejores respuestas!

Me gustaría enfatizar la respuesta de Brian Bi sobre la mayoría de los demás. La mayoría de las respuestas aquí hacen un argumento basado en la teoría especial de la relatividad, señalando una de las muchas inconsistencias con partículas masivas que se mueven más rápido que la velocidad de la luz, por ejemplo, energía infinita. Es perfectamente cierto que la teoría especial de la relatividad no se adapta más rápido que el viaje de la luz; sin embargo, estos argumentos tergiversan lo que significa hacer ciencia, en el sentido de que postulan que la teoría especial de la relatividad es la verdad, y la naturaleza debe ajustarse a ella. La ciencia es exactamente lo contrario: construimos teorías para describir las observaciones que hacemos de la naturaleza. La naturaleza, y los datos que recopilamos de las observaciones de la naturaleza, son el criterio por el cual juzgamos la solidez de una teoría, no al revés.

Por supuesto, no estoy tratando de argumentar que STR está mal. Es una teoría fundamental sobre la cual se construyen 110 años de física, hasta nuestras propias definiciones de masa y energía, y se necesitaría evidencia extraordinaria para que cualquier físico en su sano juicio lo descarte. Estoy diciendo que es lógicamente coherente que la humanidad pueda observar velocidades mayores que la velocidad de la luz, y entonces la responsabilidad recaería en la humanidad para revisar nuestras teorías.

Al final, el pesimismo sobre el viaje más rápido que la luz no proviene de la teoría especial de la relatividad en sí, sino de las observaciones en las que se basa la teoría especial de la relatividad, a saber, el hecho de que nunca hemos observado que las partículas se muevan más rápido que la velocidad de la luz.

La ciencia es para los pesimistas: estás equivocado a menos que se demuestre que tienes razón, y nunca se puede demostrar de manera concluyente que tienes razón. Y cuando una declaración se considera una ley de la naturaleza, debe ser absolutamente pesimista sobre las perspectivas de romperla.

Entonces, las personas con mentalidad científica son pesimistas acerca de ir más rápido que la luz, por la misma razón que son pesimistas sobre producir una máquina de movimiento perpetuo, inventar un escudo antigravedad, viajar al pasado o demostrar que Dios existe o no.

(((Optimistas, no se preocupen. Siempre pueden recurrir a la ciencia de Hollywood, la ciencia de la creación, la ciencia oculta, la ciencia ficción o la ciencia alternativa; estas son mucho más poderosas, mucho más emocionantes y mucho menos costosas para el público). contribuyentes que la ciencia de la ciencia aburrida. Y pueden descubrir cualquier cosa que quieran que descubran, como aprendí de mi profesor de la Universidad Fox News: “Todo es posible [excepto, por supuesto, el cambio climático.”)))

Ahora en serio Algunas explicaciones teóricas dadas aquí para la velocidad de la luz, c , que es una velocidad límite, como que las masas se vuelven infinitas y, por lo tanto, impiden una mayor aceleración, son de hecho circulares: el límite c está incrustado en los supuestos básicos de la teoría de que reclama estos efectos. (Experimentalmente, sin embargo, las afirmaciones son, por supuesto, reivindicadas).

Un principio básico único de la cinemática de la relatividad especial, que lo distingue de la cinemática clásica, es que c es diferente a la velocidad v de un objeto material: mientras que las velocidades de los objetos materiales son relativas al marco de referencia del observador, c no lo es, es absoluto. Esto, junto con la sincronización de relojes en diferentes lugares utilizando luz, es suficiente para inducir matemáticamente una singularidad en v = c en cualquier función que involucre la velocidad del objeto material. Si es físicamente correcto, esto significa que ninguna velocidad del objeto material puede exceder c desde abajo.

Pero es correcto? No se puede confirmar una teoría desde adentro: la prueba del budín está en comer. Hasta ahora, durante más de cien años, la teoría de la relatividad resistió cualquier prueba lanzada con gran éxito. Y eso es lo que hizo que el límite c sea ​​una ley de la naturaleza, obviamente rompiendo muchos corazones.

Esto se debe a que para impartir velocidad a cualquier objeto, necesitamos aplicar fuerza. Y para aplicar la fuerza, necesitamos energía. Ahora más alta la velocidad, se necesita más energía. Ahora, según la física relativista, está dada por:

Ahora esta ecuación tiene validez universal como lo demuestran los resultados experimentales (Google para pruebas. ¡Soy demasiado vago para escribir!). Ahora, de acuerdo con la primera ecuación que se muestra aquí, cuando ‘v’, que es la velocidad del objeto, se acerca a ‘c’, que es la velocidad de la luz, el valor de ‘p’, que es el momento y, por lo tanto, ‘E’, que es El valor de la energía se acerca al infinito. En otras palabras, requerimos una cantidad infinita de energía para propulsar un objeto que tenga una masa distinta de cero a la velocidad de la luz, lo cual me atrevería a decir, parece imposible.

Ahora, si aumenta el valor de ‘v’ a más de ‘c’, ¡el lado izquierdo de la ecuación adquiere un valor imaginario y simplemente no tengo idea de cómo proporcionar energía imaginaria a un cuerpo! Espero que aclare tu duda. ¡¡¡¡¡Salud!!!!!

Es probablemente la pregunta más frecuente que la gente sigue haciendo. No recuerdo cuántas veces he respondido esta pregunta para mis amigos, pero aún está por llegar.
Entonces, un día me doy cuenta de que es un problema psíquico más que físico. ¡Es una naturaleza del hombre, no puedes decirles que NO hagan cosas! Se ponen mentalmente a la defensiva cuando les dices: ¡NO te muevas más rápido que la luz!

Y rigurosamente preguntan, ¿cómo puedo moverme más rápido que la luz?

Para superar esa “pregunta mental”, daría esta respuesta,
¡No necesitas moverte más rápido que la luz!

Al mover NSL (cerca de la velocidad de la luz), puede llegar a Alpha Centaury en cuestión de semanas. También puede viajar al borde de esta galaxia, o tal vez desee visitar a nuestra vecina Andrómeda en unos meses. Solo haz los cálculos. No necesita moverse más rápido que la luz para tener esa experiencia de viaje espacial.

El único problema surge después de unos meses viajando por el espacio y de regreso a la tierra … conocerás a tus hijos (o nietos o bisnietos) mayores que tú (al igual que Cooper conoce a Murph en interestelar). Así que mi consejo … tenga suficientes ahorros para comprar boletos para toda su familia.

Feliz viaje y por favor maneje con seguridad (por seguridad quiero decir debajo de la velocidad de la luz 🙂)

Los optimistas pueden “poner un 115% de esfuerzo”.
Los pesimistas usan solo “el 10% de su cerebro”.
Los realistas limitan la velocidad a la “Velocidad de la luz”.

¿Por qué? Realmente no puedo hablar con los dos primeros, pero la mejor teoría que tenemos, Relatividad general, tiene una constante fundamental, [matemática] c [/ matemática], incrustada en ella que aparece por todas partes. Afecta el tiempo medido, la distancia, la energía, la curvatura y casi todo en la teoría. La teoría ha sido confirmada con notable precisión en una amplia gama de experimentos objetivos repetibles por muchas personas independientes.

La teoría predice que la velocidad de la radiación electromagnética en el vacío será igual a [matemática] c [/ matemática]. También predice que la información no puede pasar entre dos eventos en el espacio-tiempo más rápido que [math] c [/ math]. Los realistas creen en estas predicciones. Los optimistas, los pesimistas y otros “pensadores” informales (uso la palabra con cuidado) piensan que pueden evitar ciertas predicciones: proponer una nueva teoría coherente sería “demasiado parecido al trabajo duro” para ellos …

Sin profundizar en la física, el pesimismo surge del hecho de que estamos obligados a viajar a las vastas regiones del espacio y llegar a otros planetas habituales, al menos no en la vida de un individuo. Según GR necesitamos una gran cantidad de energía para hacer eso y necesitamos una aceleración> 1g. Cuando dejamos nuestro planeta para explorar otros sistemas solares, sería prácticamente imposible llegar a otros sistemas planetarios en nuestro tiempo de vida, y mucho menos volver a casa sin ver a la Tierra envejecer tanto que solo conocerás a una generación futura desde la que conoces ya habría fallecido mucho antes.

Incluso cuando, debido a la contracción de Lorentz, el tiempo de viaje al sistema distante se acorta para el viajero, digamos 1 año, hasta la estrella más cercana, todavía necesita una gran cantidad de energía para acelerar y desacelerar continuamente con 1 g, el aceleración necesaria para imitar la gravedad de la tierra. La energía sería equivalente a aproximadamente 100 billones de galones de gas para llegar a la estrella más cercana; eso es aproximadamente la misma cantidad de energía solar que golpea toda la tierra cada 7 minutos. Y fíjate, todo eso supone que solo estamos enviando a una sola persona a través del espacio en una caja de cartón con una “nave espacial” escrita en el costado.

Se vuelve más pesimista cuando nos damos cuenta de que la especie humana nunca puede encontrarse con otra forma de vida que no sea la que existe en la Tierra únicamente debido a la pequeña probabilidad de encontrar sistemas planetarios capaces de mantener la vida y la enorme dificultad de alcanzar la velocidad de la velocidad de la luz cercana para alcanzar otras estrellas

Si el universo o la realidad fueran newtonianos, es decir, Einstein estaba equivocado, tampoco sería mucho más optimista. En un universo euclidiano newtoniano, la velocidad superluminal es posible, pero no hay contracción de Lorentz, por lo que el tiempo hasta el destino lleva mucho más tiempo y todavía se necesita una gran cantidad de energía para acelerar a 1 G. Lamentablemente, Einstein tenía razón, pero nos entregó su hermosa Ecuaciones tensoras que describen el espacio-tiempo, que en su mayoría ha demostrado ser correcto, excepto en el mundo cuántico.

Entonces sí, estamos atrapados en la partícula de polvo llamada tierra aligerada por los rayos del sol, en las vastas, vastas, vastas regiones del Universo, mientras exista la especie humana. No nos encontraremos con otras especies, ya que otras especies no nos alcanzarán por la misma restricción física. Estamos atrapados en la tierra y tal vez la tierra sea solo esa nave espacial.

Tenemos una teoría que nos dice cómo se comportan los objetos a altas velocidades relativas. La teoría puede usarse para hacer predicciones sobre lo que observaremos cuando realicemos ciertas observaciones y, como resultado, en cada caso en que se probó dicha predicción, la teoría salió bien. En ningún caso conocido, tal predicción salió mal.

La teoría se llama relatividad especial, y uno de sus supuestos básicos es que cuando algo se mueve a la velocidad de la luz en el vacío como lo observa un observador que no “siente ninguna fuerza actuando sobre él”, entonces se observará que se mueve a la velocidad de la luz en el vacío por cualquier otro observador que no “siente ninguna fuerza actuando sobre él”.

Entonces, si alguien pudiera alcanzar la velocidad de la luz (no importa superarla), entonces su velocidad con respecto a los objetos que se mueven a la velocidad de la luz en la misma dirección sería cero. Pero esto implicaría que la suposición básica de que, en relación con él, todos esos objetos se mueven a la velocidad de la luz sería errónea. Esto es una contradicción.

Entonces, lógicamente, o bien es el caso de que la relatividad especial es una teoría correcta de la naturaleza, o es posible alcanzar y exceder la velocidad de la luz. Solo uno de estos puede ser el caso porque los dos casos se contradicen entre sí.

Dado que en todos los casos hasta ahora en los que podría haber salido mal, la relatividad especial resultó ser correcta, las personas tienen razón al ser pesimistas sobre ir más rápido que la velocidad de la luz.

Para obtener más detalles técnicos sobre una forma de entender por qué no puede alcanzar o exceder la velocidad de la luz, vea
La respuesta de Armin Nikkhah Shirazi 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?