¿Por qué la física todavía dice que los objetos no pueden exceder la velocidad de la luz cuando tenemos observaciones que muestran que sucede?

Según los comentarios de las preguntas y los comentarios a continuación, parece que tiene dos preguntas (ambas buenas):

1. Si dos objetos se mueven a velocidad [matemática] c [/ matemática] en direcciones opuestas, ¿no se mueven a velocidad [matemática] 2c [/ matemática] entre sí? Esto fue respondido por Diptarka Hait en los comentarios a continuación, y tiene que ver con la fórmula de adición de velocidad en relatividad especial.
2. ¿Cómo puede el universo expandirse “más rápido que la velocidad de la luz” cuando ningún objeto puede moverse más rápido que la velocidad de la luz? Como se explica por ejemplo en la respuesta de Ryan Carlyle a ¿Cuáles son las implicaciones de que el universo se expanda más rápido que la velocidad de la luz para las relaciones causales ?, no es exactamente correcto decir que el universo se expande más rápido que la velocidad de la luz. En cambio, la geometría del espacio-tiempo en sí está cambiando de tal manera que las distancias entre los objetos se hacen más grandes. Una analogía común es pensar en el universo como un globo en expansión: cada punto del globo se aleja de cualquier otro punto. Cuando los puntos están muy lejos, no hay una definición precisa de la velocidad a la que se están separando (este es un punto importante y sutil sobre el espacio-tiempo curvo). Pero podemos preguntarnos si es posible que una señal de luz viaje de un punto a otro. Cuando los puntos están muy cerca, obviamente podemos enviar luz de un punto a otro (por ejemplo, mirando la pantalla de su computadora). Pero cuando los puntos están muy lejos, a veces no es posible enviar una señal entre ellos porque el espacio se expande demasiado rápido.

Creo que una buena manera de abordar esto es la siguiente: un objeto que se mueve a una velocidad finita necesita tener una velocidad relativa a algo. No puede decir que se está moviendo a 3 m / s sin decir a qué se está moviendo en relación. Este no es el caso con la velocidad de la luz. Cuando algo se mueve a la velocidad de la luz, lo hace en relación con todo. La razón de esto tiene que ver con la velocidad a la que los relojes funcionan. No tiene sentido decir que mi reloj marca 3s / s. Esa afirmación por sí sola no tiene sentido, pero puedes decir “Mi reloj funciona a 3 segundos por segundo de tu reloj”. De acuerdo con la Relatividad Especial, a cualquier velocidad relativa se le puede asignar una velocidad relativa a la cual se observa que dos relojes marcan. La razón por la cual la velocidad de la luz es la misma en relación con todos es porque algo que se mueve a la velocidad de la luz tiene un reloj que no funciona. Tiene sentido decir “Mi reloj funciona a cero s / s”, no necesita un marco de referencia externo para esto porque un reloj que no funciona no funciona en relación con cualquier otro reloj (es como decir ‘esto la cosa tiene una altura de cero “; no necesita especificar metros o pies o años luz, porque si la altura es cero, es cero en cualquier unidad. La razón por la que no puede tener una velocidad relativa mayor que la velocidad de luz se debe a que un reloj no puede marcar menos que no hacerlo (no puede ser menor que cero).

Si pensamos en la expansión del Universo, algunas galaxias se alejan de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz porque el espacio entre nosotros se está expandiendo. Pero esta expansión es tal que la descripción matemática de la misma no dice que la expansión haga que ninguno de nuestros relojes deje de funcionar. Por lo tanto, el fenómeno físico de las velocidades de recesión de las galaxias es diferente de las descripciones de velocidad relativa de la relatividad especial. En la relatividad especial, la afirmación de que algo se mueve a la velocidad de la luz es equivalente a la afirmación de que el reloj de ese objeto no funciona (y un reloj que sí funciona nunca puede dejar de hacerlo sin una cantidad infinita de energía). Para la expansión del Universo, las velocidades de recesión surgen de una descripción de una expansión del espacio-tiempo, y esta expansión no tiene un efecto directo en los relojes de las galaxias (es decir, la expansión no puede hacer que un reloj se detenga).

Piensa en puntos en una banda de goma. A medida que estira la banda elástica, los puntos adyacentes se alejan unos de otros a una velocidad modesta. Sin embargo, los puntos en cada extremo se alejan unos de otros a una velocidad mucho mayor, que depende de la longitud de la banda de goma. Eso es análogo a la velocidad determinada del desplazamiento al rojo cosmológico. La expansión del espacio no está limitada en velocidad, hasta donde sabemos. La teoría de la inflación de Guth se basa en esto.

No se ha observado nada viajando más rápido que la luz. Si te estás refiriendo a la cosa de “los neutrinos viajan más rápido que la luz” que sucedió hace un tiempo, eso fue desacreditado. Lo que sucedió fue que, mientras la luz tomó el camino de un arco hacia su destino (debido a la curvatura de la tierra), los neutrinos atravesaron la tierra en línea recta y llegaron allí antes, como si fueran un atajo, y no fueron En realidad más rápido que la luz.

En realidad, no tenemos observaciones que muestren objetos que excedan la velocidad de la luz. Los objetos pueden estar separándose unos de otros a velocidades relativas mayores que c, pero ** no están pasando fotones a lo largo del camino. ** Piénselo de esta manera: imagine una regla inmóvil sin masa que se extiende a través del universo observable con un extremo marcado con una X y la otra Y. A medida que el espacio-tiempo se expande, estos objetos se llevan separados unos de otros, pero no son transversales al espacio. El espacio mismo se está expandiendo. Solo están siendo llevados. No se mueven a lo largo de la regla en absoluto; El espacio entre las marcas en la regla se hizo más grande. Los científicos en cualquier punto (o en cualquier lugar) podrían medir la velocidad de la luz allí y sí, sería c. Pero no hay lugar, tiempo o forma en que se pueda medir que X o Y exceden c.

Mira este video:

Aquí aislemos este problema a la velocidad de la luz misma y dejemos de lado otras cosas como marcos de referencia, observadores, espacio-tiempo o espacio y tiempo por el momento. Necesitamos un poco de simplicidad aquí.
Porque bajo esa velocidad, su estructura puede permanecer en un estado termodinámicamente estable óptimo que se ajusta al principio de eficiencia. Un fotón existe en un estado dinámicamente equilibrado de oscilación entre las existencias de fase de onda y fase de partículas. La naturaleza no tiene otras formas de mantener estable la estructura de un fotón. Y solo tiene una capacidad limitada de autoajuste para adaptarse a diferentes condiciones de energía en su estructura, al cambiar la frecuencia, convertir la energía del momento en energía de vibración y viceversa. Pero la amplitud y frecuencia de la vibración tienen una limitación: sobre el límite superior o inferior, este fotón no puede mantener estable su estructura, puede convertirse en otra cosa. Aquí podemos ver que solo puede usar la flexibilidad de su existencia de fase de onda para ajustar su estado de existencia para mantenerlo estable, pero su existencia de fase de partículas no tiene esta flexibilidad. Es un proceso de transformación de masa sin energía de fricción donde: Energía de fase de onda E = energía de fase de partículas el momento p. mientras que p = mv. Por lo tanto, la velocidad v que da la energía de momento p a la masa m de la existencia de la fase de partículas debe limitarse a un cierto valor para permitir que E esté en un rango de valor limitado para mantener la estabilidad estructural de este fotón debido a la rigidez de la m misma es partícula y tiene su propia estructura y eso no se puede cambiar sin que se convierta en otra cosa. La rigidez de m determinó la rigidez de v. Cuando m es rígido, el ajuste solo se puede organizar entre E y v. Entonces, cuando este fotón obtiene un arrastre que extrae su energía, E convierte parte de su energía de vibración en el momento p para mantener la velocidad v y que hacen que su frecuencia baje; cuando un impulso sobre este fotón le da más energía de impulso p, entonces esa energía extra se convertirá en energía de vibración E que aumentará su frecuencia.
Entonces, la conclusión es: la luz tiende a mantener su velocidad constante debido a que su existencia en fase de masa es una forma de existencia rígida – partícula que tiene una estructura para mantener, mientras que la existencia de fase de onda solo tiene una capacidad limitada para ajustar las condiciones de energía en el proceso . La materia tiende a permanecer en un estado termodinámicamente estable, razón por la cual la luz tiende a mantener su velocidad constante.

Creo que expandir el espacio en realidad transportaría cualquier luz junto con él. Solo las regiones del espacio que están muy separadas parecen viajar más rápido que la luz en relación entre sí, y no dos regiones directamente una al lado de la otra.

Por lo tanto, la luz emitida por un objeto puede llegar perfectamente a una región vecina del espacio. Del mismo modo, podría continuar hasta el siguiente y el siguiente y el siguiente, etc. Por lo tanto, aunque podría llevarle más tiempo a la luz llegar a su destino de lo previsto para el momento de la emisión, eventualmente llegaría allí.

Me parece que esta es una pregunta mucho mejor que cualquiera de las respuestas, ¡incluida esta!

Primero, que yo sepa, no tenemos observaciones que muestren que sucede . Las galaxias más distantes para las que tenemos datos razonablemente buenos están un poco más allá del desplazamiento rojo 1, por lo que no va en absoluto más rápido que la velocidad de la luz. Lo que creo que está diciendo es que si pensamos en la expansión del Universo, si es lo suficientemente grande en algún momento, habrá cuerpos que se alejarán más rápido, solo a través de la geometría. Con lo que otros explican esto es que el espacio-tiempo se está expandiendo. Esa es (a) una explicación para la inflación, que a su vez es una explicación para algunos otros hechos incómodos, pero puede haber alguna otra explicación para tales “hechos incómodos”, (b) algo para lo que no hay datos de observación reales que lo requiere, y (c) conlleva algunas implicaciones interesantes para lo que es el espacio-tiempo. Desde mi punto de vista, el espacio-tiempo es una construcción matemática muy útil que parece ser necesaria para avanzar en la Relatividad General, pero que no la convierte en una entidad física capaz de experimentar cambios físicos. Tal vez lo sea, pero tengamos evidencia observacional.

El siguiente problema es que confiamos en la relatividad de Einstein (y soy un gran admirador de eso en general), pero no está fuera del alcance de la posibilidad de que esas ecuaciones también dependan de la escala. El punto de la relatividad especial es que no hay inclusión del espacio-tiempo en él. Con eso quiero decir que las ecuaciones no dependen del espacio-tiempo, y Einstein estaba bastante feliz sin el espacio-tiempo hasta que se involucró en la Relatividad General. Ahora, si define la velocidad como la distancia a lo largo del tiempo, en principio podría exceder la velocidad de la luz entre dos puntos si el Universo fuera lo suficientemente grande, y no hay nada en la definición de velocidad que le permita detenerlo. Decir que se está expandiendo el espacio-tiempo es simplemente una proposición; igualmente puede ser que la relatividad en sí misma dependa de la escala. No lo sabemos No tenemos evidencia observacional, por lo que, desafortunadamente, cualquier otra cosa es poco mejor que la fe y agitar los brazos.

La relatividad dice que nada viajando a través del espacio puede viajar más rápido que la luz. Este no es el caso cuando todo el espacio se está expandiendo. Es similar a inflar un globo donde todos los puntos de la superficie se expanden separados unos de otros. En este sentido, parece que los puntos de referencia distantes, como las galaxias, se alejan más rápido que la luz, pero no se mueven A TRAVÉS del espacio más rápido que la luz, sino que el espacio mismo se está expandiendo.

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No estaba al tanto de que tenemos ‘observaciones que muestran que sucede’ a menos que se refiera a la radiación de Cherenkov, donde una partícula cargada va más rápido que la velocidad de la luz en un medio.

Incluso para el Universo en expansión, nada se mueve más rápido que la luz en relación con su entorno local, por lo que no hay contradicción con la relatividad especial.

Nadie observa que algo se mueva más rápido que la velocidad de la luz. A cualquier velocidad que vaya, la velocidad de la luz siempre parecerá moverse a … bueno, la velocidad de la luz. Y el universo se estira, no se expande. Piense en ello como un globo donde somos imágenes bidimensionales dibujadas en el globo.

El límite superior de velocidad es el de la luz en el vacío (que es constante). Los objetos pueden ser más rápidos que la luz solo si la luz no se propaga en el vacío sino en otro medio

La velocidad de la luz en el vacío es el límite.

Hemos reducido la velocidad de la luz a unos 10 m / s (40 km / h) para que muchos objetos se muevan más rápido.