¿Por qué el universo tiene un límite de velocidad?

Einstein muestra en su teoría de la Relatividad Especial que es imposible acelerar una partícula a una velocidad mayor que 3 x 10 ^ 8 m / s porque tomaría una cantidad infinita de energía. Esto significa que desde un punto de la energía cinética que “le das” a la partícula para acelerar, en realidad se convertiría en masa (debido a la conservación de la energía). Entonces, se llega a la conclusión de que cuanto más rápido se mueve la partícula, más pesada se vuelve, para una velocidad igual a la velocidad de la luz, la partícula tendría una masa infinita.
Habiendo dicho eso, no debe mirar la velocidad de la luz (c) como una cantidad finita, ya que es solo para nosotros los extraños. Si fueras un fotón, tendrías muchas razones para llegar a la conclusión de que c es infinitamente genial. Esto se debe a que, para un fotón, el tiempo está infinitamente dilatado y el espacio está infinitamente contraído, lo que significa que un fotón en su perspectiva cubre cada distancia instantáneamente simplemente porque no hay distancia para cubrirlo. Entonces, para un fotón, el momento de su creación es también el momento de su desaparición (absorción). 🙁
También hace que te preguntes cuál sería el punto de tener más de un fotón en nuestro Universo.

DATO CURIOSO: El   El simbolismo c para la velocidad de la luz proviene probablemente de la palabra latina celeritas, que significa rapidez.

El límite de velocidad para los objetos físicos en nuestro Universo está directamente relacionado con la “estructura (matemática)” del Universo, y con lo que la teoría de la relatividad entiende por “espacio-tiempo”.

En la física newtoniana, y hasta la teoría de la relatividad de Einstein, los físicos pensaban que el Universo podría describirse con precisión como un espacio tridimensional, con objetos dentro de él que evolucionan a través del tiempo.

Dentro de este punto de vista, para cualquier observador, la percepción de la evolución del tiempo parecía ser universal, lo que implicaba para dos objetos A y B, dos observadores estarían de acuerdo con la siguiente afirmación:

“la distancia (espacio 3D) [matemática] D [/ matemática] entre los objetos A y B que evolucionan a través del tiempo (¡con movimiento!) puede medirse como:

[matemáticas] D (t) ^ 2 = (x_B (t) -x_A (t)) ^ 2 + (y_B (t) -y_A (t)) ^ 2 + (z_B (t) -z_A (t)) ^ 2 = (x’_B (t) -x’_A (t)) ^ 2 + (y’_B (t) -y’_A (t)) ^ 2 + (z’_B (t) -z’_A ( t)) ^ 2 [/ matemáticas]

o para abreviar:

[matemáticas] D (t) ^ 2 = (X_B (t) -X_A (t)) ^ 2 = (X’_B (t) -X’_A (t)) ^ 2 [/ matemáticas]

donde X = \ [matemáticas] {x, y, z \} [/ matemáticas] es el sistema de coordenadas para un observador, y X ‘= \ [matemáticas] {x’, y ‘, z’ \} [/ matemáticas] es el sistema de coordenadas para otro observador “.

Esta expresión muy simple (la distancia entre dos objetos cualquiera medida por dos observadores) está en el núcleo de la física newtoniana. Refleja que el tiempo es un parámetro percibido como universal por ambos observadores, y que una característica fundamental de nuestros universos es la cantidad geométrica [matemática] D [/ matemática] También universal. Mientras que las coordenadas espaciales son cantidades relativas dependientes de las elecciones arbitrarias de cada observador.

¡Entonces esto es para Newton! Tenga en cuenta que no hay respuesta en cuanto a por qué tiene 3 dimensiones de espacio solamente, o por qué son “D” y “t” las que son universales. Así es porque eso es lo que observamos. Al menos antes de que Einstein presentara su nueva teoría …

Ahora moviéndome al punto de vista de Einstein. Entonces, desde hace más de un siglo, sabemos que la física newtoniana es una aproximación muy efectiva para los “objetos físicos de baja velocidad” en relación con la velocidad de la luz, entre otros fenómenos. El punto de vista de Einstein es, por lo tanto, más preciso que el de Newton, y está mucho más cerca de una descripción real de nuestro Universo.

Lo que Einstein descubrió gracias a los nuevos experimentos físicos de su tiempo fue que el “tiempo” como parámetro para la evolución de los objetos físicos no parecía ser tan universal como antes. Literalmente significa que cuando un observador mide 1 hora en su reloj, no puede saber si también ha pasado 1 hora para otros observadores, y viceversa.

Como consecuencia de nuestra ecuación anterior, no podemos usar una sola letra “[math] t [/ math]” para describir la evolución del tiempo. Necesitamos una descripción del tiempo para cada observador: “[matemáticas] t [/ matemáticas]” y “[matemáticas] t ‘[/ matemáticas]”. Ahora tenemos:

[matemática] D (t) ^ 2 = (X_B (t) -X_A (t)) ^ 2 [/ matemática]

[matemática] D ‘(t’) ^ 2 = (X’_B (t ‘) – X’_A (t’)) ^ 2 [/ matemática]

Obviamente, ahora tenemos dos medidas diferentes de distancias, “[matemáticas] D [/ matemáticas]” y “[matemáticas] D ‘[/ matemáticas]” que evolucionan de manera diferente en el tiempo para cada observador.

Así que Einstein trató de encontrar alguna cantidad nueva que pudiera medirse y sobre la cual todos los observadores estarían de acuerdo. ¿Cuál podría ser la nueva cantidad, similar a “[matemática] D [/ matemática]”, e independiente de cualquier evolución temporal relativa? Tenemos la respuesta, y se expresa de esta manera:

[matemáticas] S ^ 2 = c ^ 2 t ^ 2 – D (t) ^ 2 = c ^ 2 t ‘^ 2 – D’ (t ‘) ^ 2 [/ matemáticas]

donde “[math] S [/ math]” es una cantidad geométrica que caracteriza nuestro Universo. En matemáticas, “[matemática] S [/ matemática]” es similar a una medida de distancia en un espacio-tiempo 4D. En física, es un poco diferente, porque medimos la distancia en metros, y aquí, estamos sumando distancias (en metros) con la duración del tiempo (en segundos). Para hacerlo, necesitamos introducir una cantidad física “[matemática] c [/ matemática]” que convierta metros en segundos, y viceversa. Naturalmente, tiene una dimensión de velocidad (metros por segundo).

Entonces, ¿cuál es el significado físico de “[matemáticas] S [/ matemáticas]” para el físico? En realidad, mide la “distancia causal” entre los objetos, “hasta qué punto” un objeto puede influir sobre el otro, y viceversa.

Comparemos con la distancia de Newton. “[matemáticas] D ^ 2 = 0 [/ matemáticas]” significa que los 2 objetos están en el mismo lugar (pueden interactuar causalmente entre sí en este mismo momento). “[matemáticas] D ^ 2> 0 [/ matemáticas]” significa que los 2 objetos están distantes entre sí, pero pueden interactuar causalmente en el futuro. “[matemáticas] D ^ 2 <0 [/ matemáticas]" no es físico. Es lo mismo para "[math] S [/ math]" en el espacio-tiempo 4D. "S [matemáticas] ^ 2 = 0 [/ matemáticas]" significa que los 2 objetos están interactuando entre sí, o interactuarán en el futuro. "S [matemáticas] ^ 2> 0 [/ matemáticas]” significa que los 2 objetos pueden interactuar causalmente en el futuro. “S [matemáticas] ^ 2 <0 [/ matemáticas]" no es físico; Los 2 objetos no pueden tener ninguna interacción causal en el futuro.

Al observar los casos físicos “[matemática] S ^ 2 \ geq 0 [/ matemática]”, y porque [matemática] D (t) ^ 2 = v (t) ^ 2 t ^ 2 [/ matemática], tenemos [matemáticas] c \ geq v (t) [/ matemáticas]. Y así, “[matemáticas] c [/ matemáticas]” parece ser una constante de velocidad límite para eventos causales en nuestro Universo.

Experimentalmente, y por otras razones fundamentales, sabemos que “[matemáticas] c [/ matemáticas]” tiene el mismo valor que la velocidad de la luz. Recíprocamente, para la luz, “[matemáticas] S ^ 2 = 0 [/ matemáticas]” que implica “[matemáticas] v_ {luz} = c [/ matemáticas]” cualquiera que sea el observador y su propia percepción del tiempo “[matemáticas] t [/ math] “o” [math] t ‘[/ math] “.

PD: En la física de Newton, decimos que vivimos en el espacio 3D porque la expresión del valor universal de “D” es solo una suma en 3 coordenadas del espacio. En la física de Einstein, decimos que vivimos en el espacio-tiempo 4D porque la expresión del valor universal de “S” es ahora una suma sobre 4 coordenadas de espacio y tiempo. “D” y “S” realmente caracterizan la estructura geométrica del Universo y lo que se entiende por espacio 3D o espacio-tiempo 4D.

¡Gran pregunta y profunda!

No estoy del todo de acuerdo con las respuestas que invocan argumentos “sofisticados”, como la energía necesaria para acelerar una partícula más rápido que la velocidad de la luz (c) es infinita, etc. Me gusta la respuesta de Sabuj Chattopadhyay mejor y completaré algunos detalles faltantes con algunos tecnicismos.

Primero, dado que su pregunta es sobre un límite de velocidad, sin referencia a la luz, estoy obligado a responder a la pregunta sin ninguna referencia a la luz o al electromagnetismo. Es común comenzar a hablar sobre la teoría especial de la relatividad (SR) con dos postulados:

  1. Las leyes de la física (no solo la mecánica) son las mismas en todos los marcos inerciales.
  2. (a) La velocidad de la luz es constante (finita) para todos los observadores inerciales.

SR también se puede obtener de una segunda hipótesis alternativa 2 (b) que no habla de luz en absoluto. Y como prometí responder a su pregunta sin referencia a la luz, veamos qué es eso.

2. (b) En cada marco inercial, hay un límite de velocidad universal finito, llámelo C.

OK, eso no fue de mucha ayuda dado que su pregunta es precisamente por qué ese postulado es verdadero. En realidad, es posible derivar la fórmula de adición de velocidad que Sabuj Chattopadhyay mencionó con solo el primer postulado. Lo siguiente es bastante técnico, por lo que si no está familiarizado con el SR básico, omita todo lo que sigue. Voy a describir los pasos necesarios para justificar, si no probar el Postulado 2 (b). Los pasos delineados son esencialmente los problemas 11. 1 y 11. 2 son de la Electrodinámica clásica de Jackson (3ª ed.)

Para este argumento, podemos suponer que vivimos en un espacio 1-D. Si O ‘es un observador inercial que se mueve wrt O como una velocidad constante v (obviamente, a lo largo de la dirección x), entonces las leyes de transformación que relacionan las coordenadas de O y O’ están dadas por

[matemáticas] x ‘= f (v ^ 2) x – vf (v ^ 2) t [/ matemáticas]

[matemáticas] t ‘= g (v ^ 2) t – vh (v ^ 2) x [/ matemáticas]

Aquí, solo hemos invocado el primer postulado y asumido que el espacio-tiempo es homogéneo, lo que significa que cualquier traducción en el espacio y el tiempo es irrelevante. Como O y O ‘son esencialmente equivalentes, la ley de transformación inversa debe tomar la misma forma, con + v en lugar de -v. Entonces, la consistencia requeriría que [matemáticas] f = g [/ matemáticas] y [matemáticas] f ^ 2 – v ^ 2fh = 1 [/ matemáticas]. Ahora, si una partícula tiene una velocidad [matemática] u ‘[/ matemática] wrt O’, entonces su velocidad [matemática] u [/ matemática] wrt O viene dada por

[matemáticas] u = \ frac {u ‘+ v} {1 + vu’ (h (v ^ 2) / f (v ^ 2))}. [/ matemáticas]

Ahora invocando un tercer observador inercial O “y dándose cuenta de que las leyes de transformación obedecen a la propiedad del grupo, se puede demostrar que [math] | h (v ^ 2) / f (v ^ 2) | [/ math] es una constante independiente de [matemática] v [/ matemática] y tiene dimensiones de velocidad inversa al cuadrado. Si podemos suponer que [matemática] h / f [/ matemática] es positiva (o verificar experimentalmente), entonces podemos escribir [matemática] h / f = 1 / C ^ 2 [/ math], donde [math] C [/ math] es solo una constante, que todavía no tiene nada que ver con la luz. Obtenemos la fórmula de adición de velocidad como

[matemáticas] u = \ frac {u ‘+ v} {1 + vu’ / C ^ 2}, [/ matemáticas]

donde nuevamente, C no tiene nada que ver con la velocidad de la luz. Es solo una constante, que por conveniencia, configurémosla como 1 (en algunas unidades adecuadas). Si luego comenzamos con [matemática] u ‘<1 [/ matemática] y [matemática] v <1 [/ matemática], entonces se garantiza que u será menor que 1. Si cualquiera de ellos es exactamente igual a 1 (o C), entonces [matemáticas] u = C [/ matemáticas]. Es decir, si algo viaja exactamente al límite de velocidad para un observador inercial, lo está haciendo para todos los observadores inerciales.

También hay un corolario interesante de la fórmula de adición de velocidad. Si [matemática] v <1 [/ matemática] pero [matemática] u '> 1 [/ matemática], entonces [matemática] u> 1 [/ matemática]. Esto significa que si hay una partícula que viaja más rápido que el límite de velocidad para un observador inercial, lo está haciendo para todos los observadores inerciales. [matemática] C = 1 [/ matemática] se convierte en un límite de velocidad inferior para tales partículas. Estos se llaman como taquiones. No pueden ser detenidos y se cree que tales partículas no existen.

Por lo tanto, [matemática] C [/ matemática] es una velocidad especial que las partículas no pueden cruzar. Ahora, es solo una coincidencia que la luz esté viajando exactamente a esta velocidad y, por lo tanto, tenga la misma velocidad para todos los observadores inerciales. Por lo tanto, la cuestión del límite de velocidad cósmica realmente tiene que ver con la estructura del espacio-tiempo.

Observamos que la velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, independientemente de la velocidad del observador. Este es un hecho experimental, pero piénselo por un momento. Si conduzco mi automóvil al 50% de la velocidad de la luz y usted está parado al lado de la carretera, cuando enciendo los faros, AMBOS medimos su luz como si se moviera exactamente a la velocidad de la luz. (¿Cómo lo medimos? Piense en el tiempo que tarda en regresar de las señales más adelante en el camino). No lo mido al 50% y usted no lo hace al 150%. Ambos medimos que la luz tiene la misma velocidad.

Todo el resto de la relatividad especial fluye del intento de Einstein de hacer que ese resultado notable coincida con el resto de las leyes de la física. Encontró que el espacio y el tiempo se tuercen en nudos para cumplir con esa garantía, pero encontró un sistema que funcionó. Y tuvo muchas consecuencias interesantes.

Un resultado mostró que si aceleras a (digamos) 1 g, nunca alcanzas la velocidad de la luz, aunque te acercas arbitrariamente a ella. Si recuerdas que v = at en la física newtoniana, juega con v = c tanh (at / c), que es el equivalente en relatividad especial. Así que definitivamente nadie puede acelerar más allá de la velocidad de la luz, y se deriva completamente del hecho de que todos medimos la luz como si tuviera la misma velocidad.

No soy científico, no tengo ningún conocimiento de física, pero lo que voy a responder se deriva de mi propia inteligencia y observación. Así que no puedo probar lo que digo que es cierto, pero hay otros para juzgarlo.

La velocidad finita del universo es en realidad el tiempo que experimentamos.

Ahora sé que necesito explicarme.

Comienzo con la pregunta ¿qué es el tiempo? Por favor, no lo confundamos con la experiencia del tiempo, primero intentemos ver claramente qué hora es por su cuenta sin que lo experimentemos.

Bueno, si realmente piensas, el TIEMPO es el ESPACIO en expansión.

Así que de nuevo: el tiempo, no la experiencia de él, sino el tiempo en sí mismo no es más que la expansión del espacio. Porque no importa si se está experimentando o no, el espacio se está expandiendo todo el tiempo, pero ese momento de “todo el tiempo” se debe a que el espacio se está expandiendo.

Vamos a sumergirnos más en eso, ¿qué significa que el tiempo es el gasto del espacio?

Bueno, el tiempo es la diferencia entre las versiones menos expandidas y más expandidas del universo.

La experiencia del tiempo es la experiencia de esta diferencia.

Para entenderlo aún más claramente, preguntémonos, ¿qué hay más allá del borde del espacio que se está expandiendo? Una pregunta muy difícil en cierto sentido, una pregunta que puede hacer que la cabeza gire, pero la respuesta es simple: más allá del espacio en expansión está el FUTURO.

Debido a que el concepto de futuro solo existe en nuestra cabeza, el futuro es la experiencia. Dado que la experiencia del tiempo es la experiencia de la diferencia entre versiones del espacio cada vez menos expandidas, entonces más allá del borde del espacio que se está expandiendo está lo que se convertirá en una experiencia del tiempo que aún está por suceder. Por lo tanto, más allá del espacio que se está expandiendo está el futuro.

Si es así, ¿qué fue antes de que el espacio comenzara a expandirse? (momento de big bang)

Bueno, no había ANTES. Porque de nuevo “antes” o “pasado” es una construcción de la mente, es la experiencia de una versión menos expandida del espacio y una versión más expandida del espacio. Si no se inició la expansión, no hubo “antes”.

Sé lo que escribo, no tengo pruebas, pero no hace daño compartir lo que creo correcto, tal vez alguien pueda dar más detalles sobre esto. O señalar dónde me equivoco.

Así que ahora veamos la paradoja gemela, creo que así es como se llama. Si un gemelo viaja cerca de la velocidad de la luz y otro permanece en la tierra, descubriremos que el que está en la tierra ha envejecido más. Por lo tanto, más rápido, más lento, se experimenta el tiempo.

Pero qué pasa si no te mueves en absoluto. ¿No significa eso que todo el tiempo sucedería simultáneamente? Porque, incluso si uno de los gemelos permaneció en la Tierra, el hecho es que la Tierra se mueve en este espacio alrededor de su eje, alrededor de su órbita del sol, y se mueve toda la galaxia. Entonces estamos en el proceso de movernos, a cierto porcentaje de la velocidad de la luz. Ese porcentaje define la velocidad a la que experimentamos el tiempo para pasar.

Si no nos moviéramos, todo sucedería de una vez, si nos moviéramos al límite superior de la velocidad, el tiempo iría infinitamente lento. (que creo que sentiría lo mismo)

Pero si no hubiera límite de velocidad, no habría experiencia del tiempo, ni rápido ni lento. Si la velocidad fuera infinita, significaría que no importa qué tan rápido vaya, seguirá siendo una velocidad infinitamente pequeña en comparación con la velocidad máxima infinitamente grande. Por lo tanto, sería exactamente como si no nos moviéramos, o sería todo lo que sucede a la vez.

Entonces, de alguna manera, si lo que describo aquí es cierto, entonces la velocidad de la luz es el proceso de experimentar el tiempo, el proceso de experimentar la diferencia entre las versiones menos expandidas y más expandidas del universo. Ahora tenga en cuenta que para un objeto que está en el centro de esta expansión, donde podría haber comenzado el Big Bang, ese lugar es el único lugar que no tiene movimiento en relación con el espacio. Y desde la perspectiva de ese lugar, todo el futuro ya ha sucedido, toda la expansión ha sucedido simultáneamente. Para nosotros que nos movemos en el espacio en la tierra sucede en la proporción de nuestro tamaño en el universo y la velocidad con la que nos movemos en él. Y para la luz es infinitamente lenta.

Ahora también puedo explicar este mismo concepto de una manera diferente.

Imagina cómo importa el tamaño en el espacio. Imagínese si fuera tan grande que el sol y la tierra encajarían en su palma. Pero imagina si fueras tan grande pero tuvieras el mismo movimiento que tienes ahora. Como si te tomara la misma cantidad de tiempo de esfuerzo moverte en el espacio. Entonces, al dar dos pasos, cruzarías la vía láctea. 🙂

Ahora, en ese caso, mirarías la tierra girando alrededor del sol y parecería un movimiento muy rápido, no como las 24 horas.

Entonces, ahora no necesitas ser un gigante, lo único que importa es qué tan rápido te mueves para que se pueda comparar con qué tan rápido se mueven otras cosas en comparación con tu movimiento. Y eso define cómo experimentamos el tiempo. Debido a que cuanto más rápido nos movemos, mayor será el cambio que podamos detectar en las versiones cada vez menos expandidas del universo, más cambios que pueda detectar más lento se siente. Es como la velocidad de fotogramas de la cámara. Si disparas un globo explotando con 1000 fps y lo reproduces con 24, verás más detalles del cambio que estaba ocurriendo en ese intervalo de un segundo cuando explotó el globo con agua.

Por lo tanto, el tiempo puede ampliarse de manera infinita, pero solo porque hay un límite de velocidad. Porque si no hubiera límite en la velocidad, entonces acercaríamos infinitamente una medición sin fin. Déjame explicarte un poco más. Si miras la regla, puedes ver la distancia entre dos puntos que conforman una pulgada, pero en esa pulgada hay distancias infinitas más pequeñas, puedes acercarla infinitamente a tu mente, pero aún así se ajusta a esa pulgada. Entonces, en cierto modo, la velocidad de la luz es esa pulgada.

Si algo no estaba claro o no tenía sentido, tenga en cuenta que este es un asunto muy complicado que debe aclararse en quora, pero sé que lo que digo podría probarse si alguien que sabe probar teoremas lo intenta. (Ni siquiera estoy seguro de si esto se llama teorema o teoría o qué)

Si lees esto y eres científico y pareces BS, por favor cuídate lo suficiente como para ahorrarme tiempo y esfuerzo y decirme qué hay de malo en mi razonamiento aquí.

El límite de velocidad cósmica fue creado por Lorentz primero antes de que Einstein lo integrara en su teoría. Es una consecuencia de las matemáticas detrás del “factor de Lorentz”.

El factor Lorentz fue creado por Lorentz porque intentaba describir lo que creía que era una ilusión en la naturaleza. Por sugerencia de George Fitzgerald, Lorentz interpretó que el nulo del Michelson-Morley (MM) significaba que, si bien todavía existía realmente un “viento etéreo” (ahora llamado “éter”) causado por moverse a través del éter luminífero, ese viento era indetectable porque la naturaleza se configuró de tal manera que acorta y altera el tiempo la cantidad justa para ocultarlo del experimento.

La matemática del factor de Lorentz y la posterior “transformación” es simplemente un modelo matemático (una descripción) de este efecto. Es un modelo de cómo el éter afecta a los objetos para que oculten el viaje de la luz con respecto a su medio. EG: Un observador en movimiento está experimentando que la luz se mueve a diferentes velocidades en cada dirección, pero no puede detectarla debido al acortamiento y los efectos del tiempo. Parece ser constante cuando, de hecho, no lo es.

Entonces, el “Por qué” detrás del límite de velocidad cósmica es que, en un experimento MM, si alcanzas la velocidad de la luz, esa luz nunca podría alcanzar el espejo delantero para rebotar y, por lo tanto, el tiempo del experimento (que requiere el la luz para ir al viento y recuperarse del espejo “que se escapa” para completar) tomaría una cantidad infinita de tiempo en completarse.

Todos los cálculos se vuelven infinitos porque el experimento que la transformación se creó para describir se vuelve infinito.

Esa es la razón por la que fue concebido y existe ahora, independientemente de las otras razones que la gente le da. No pueden discutir estas verdades, solo pueden agregar más información.

Volvamos las cosas a los primeros principios. El efecto motor: un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico y un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético. Así es como funcionan los motores, la electricidad se envía a través de una bobina de alambre, produciendo un campo magnético que hace que gire un imán. Los generadores funcionan según el mismo principio, pero al revés, un imán giratorio causa una diferencia potencial a través de un cable.

Pero de vuelta a la luz. La luz también se rige por el efecto motor. La forma en que se propaga la luz es generando un campo eléctrico, que genera un campo magnético, que a su vez genera otro campo eléctrico, hasta el infinito. Es por eso que la radiación electromagnética se llama lo que es, porque es una serie de campos eléctricos y magnéticos que se irradian hacia el exterior en el espacio. Ahora, este proceso de campo eléctrico, campo magnético, etc. es increíblemente rápido, pero sigue siendo un proceso que debe ocurrir y, por lo tanto, lleva tiempo. Entonces, aunque la velocidad de la luz es la forma más rápida de propagación de cualquier cosa, no es infinitamente rápida y nunca puede serlo.

Esta es una interpretación principalmente newtoniana, por lo que está muy diluida, sin embargo, si desea leer más sobre la relatividad y la mecánica cuántica específica, puede comenzar aquí si es nuevo en todo el tema:

Relatividad especial – Wikipedia en inglés simple, la enciclopedia libre

O aquí, si tienes un poco más de experiencia en física:

Relatividad especial

Radiación electromagnética – Propagación de EMR

Porque el espacio y el tiempo no se comportan de la misma manera que nuestra intuición nos lleva a creer en las velocidades ordinarias. En otras palabras, las leyes de transformación de Galilea son solo una aproximación a baja velocidad de leyes de transformación más precisas entre coordenadas de diferentes marcos inerciales y esas leyes necesariamente implican un límite de velocidad.

Una cosa interesante sería imaginar cómo se haría para aumentar las velocidades más allá de la velocidad de la luz. Veamos primero a partir de argumentos cinemáticos simples. La fórmula de adición de velocidad para 3 observadores: uno asignado arbitrariamente como ‘estacionario’, digamos A, un observador, B, que viaja a una velocidad [matemática] v [/ matemática] con respecto al observador estacionario y otro, C, que viaja con velocidad [matemáticas] u [/ matemáticas] con respecto al observador B viene dado por:

[matemáticas] w = \ frac {u + v} {1+ \ frac {uv} {c ^ 2}} [/ matemáticas]

donde [math] w [/ math] es la velocidad de C con respecto a A.

Es fácil ver que no importa qué valores de [matemáticas] u [/ matemáticas] y [matemáticas] v [/ matemáticas] pongamos, nunca va a exceder [matemáticas] c [/ matemáticas]. Puede intentar compilar muchas velocidades juntas, cada una de las cuales equivale a un 99% de la velocidad de la luz. El observador estacionario dispara algo al 99% de la velocidad de la luz, la cosa en movimiento dispara aún más algo al 99% de la velocidad de la luz y esa cosa aún dispara algo más al 99% de la velocidad de la luz, etc. puede seguir haciendo esto y aún así no pasará la velocidad de la luz.

Otra forma posible sería aplicar fuerza y ​​seguir empujando hasta que su velocidad alcance más allá de la velocidad de la luz. Pero para que la ley de conservación del momento siga siendo válida en diferentes marcos de referencia, se requiere en relatividad especial que la energía total de la partícula se dé como:

[matemáticas] E = \ frac {mc ^ 2} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} [/ matemáticas]

Si conectamos [matemáticas] v = c [/ matemáticas], la energía del objeto se aproxima al infinito y se necesitaría una cantidad infinita de fuerza para impartir una energía infinita y tales fuerzas simplemente no son parte de la naturaleza.

Si te refieres a por qué la velocidad de la luz tiene un valor fijo en el espacio vacío, entonces la respuesta está en la invariancia de Lorentz de todas las leyes fundamentales de la naturaleza. Una invariancia con respecto a alguna transformación implica una conservación correspondiente de una cantidad física. Entonces, por ejemplo, si una ley de la naturaleza es invariante con respecto a la traducción espacial, entonces el momento lineal se conservaría y, de manera similar, una invariancia con respecto a la traducción del tiempo conduciría a una conservación de energía correspondiente. Todas las leyes de la naturaleza tienen estas cantidades conservadas.

Entonces, una conservación con respecto a la transformación de Lorentz conduce a la conservación de la velocidad de la luz. En otras palabras, la velocidad de la luz es la misma (en el espacio vacío) para los marcos de referencia inerciales. Esto se ha verificado en innumerables pruebas experimentales durante el siglo pasado.

Por cierto, hay un esfuerzo intenso en marcha para poner la invariancia de Lorentz a pruebas cada vez más estrictas. Aún no se ha encontrado ninguna violación, pero cualquier violación de este tipo sería extremadamente importante para otra simetría fundamental de la naturaleza: la invariancia CPT. Si se viola la invariancia de Lorentz, también se violaría la simetría CPT y eso significaría que las partículas de materia y antimateria no necesitan tener la misma masa. ¡Pero esa es otra historia!

Otras respuestas han cubierto muy bien las ecuaciones involucradas en esto, así que pensé en agregar un poco más de una perspectiva no matemática. Una de las cosas que aprendimos de la relatividad es que el tiempo y el espacio se entrelazan de manera inseparable, y distorsionar uno puede afectar el comportamiento del otro. Tiendo a pensarlo de esta manera; Cada objeto en el universo se mueve a través de cuatro dimensiones diferentes. La forma en que funcionan estas dimensiones, cada objeto que observamos debe tener la misma velocidad total a través de estas cuatro dimensiones. Siempre estamos estacionarios en relación a nosotros mismos, por lo que personalmente vemos esta velocidad como totalmente a través del tiempo en lugar del espacio. La mayoría de las otras cosas que observamos se mueven relativamente lentamente a través del espacio, por lo que vemos que se mueven a nuestro ritmo en el tiempo. Sin embargo, si van lo suficientemente rápido en el espacio, podemos comenzar a verlos experimentar el tiempo más lentamente que nosotros.

La velocidad de la luz es menos un límite en cuanto a qué tan rápido puede ir, y más un ajuste de qué tan rápido siempre va. Lo único que cambia es si su velocidad apunta hacia el espacio o el tiempo.

El límite de cualquier objeto con masa no es alcanzar la velocidad de la luz. Esto es aposulado por la teoría especial de la relatividad. Por lo tanto, dentro del marco de las leyes de la física, el universo es una estructura de un gran número de estrellas y galaxias que son de masas enormes, por lo tanto, su expansión acelerada nunca alcanza la velocidad de la luz. Pero como algunas teorías cosmológicas predicen que cuando todas las galaxias y estrellas pasan el horizonte, sus velocidades podrían exceder la velocidad de la luz.

Infinito, distancia a través de todo el espacio en muy poco tiempo. Según MC Physics, la limitación de velocidad viene con cualquier masa, como fotones limitados a c. Pero la fuerza no tiene masa móvil y puede aplicarse instantáneamente en todo el espacio, hasta que se demuestre lo contrario.

Más sobre fotones reales, según un modelo físico, en “MC Physics- Model of a Real Photon with Structure and Mass”, un artículo de la categoría de física de partículas de alta energía viXra, http://vixra.org/pdf/1609.0359v1

¿Ahora por qué? Supongo que una tasa de cambio demasiado alta sería demasiado difícil de seguir. La relatividad limita la velocidad de las masas (y más) y debe considerarse un sistema de frenado en el cambio dentro del Universo .

LA CUANTIZACIÓN ES LA RESPUESTA

El universo tiene un límite de velocidad porque todo el movimiento en el universo es causado al impactar la energía cuantificada a la masa cuantificada dentro de un universo de espacio cuantificado y tiempo cuantificado.

Dado que la masa, la energía, el espacio y el tiempo tienen sus mínimos mínimos . Por lo tanto, hay un límite de velocidad máxima.

Para detalles de esta interpretación, consulte GRANDES PREGUNTAS

Realmente no, los fotones individuales PUEDEN -y viajan- velocidades más altas que C (QED lo usa con gran éxito) pero en promedio, los fotones que usted mide (o “paquetes” de fotones en realidad) viajan en C, pero solo porque los eventos “superiores a c” se cancelan con los eventos “superiores a c”.

Es información que no puede viajar a velocidades superiores a C, no partículas o efectos. El efecto de cambiar un fotón se “transmite” a un par de fotones enredados al instante, independientemente de la distancia … wow, esto es mucho más rápido que C, pero no se puede usar para enviar información, de la misma manera, una luz más rápida Los fotones nunca prevalecerán en ningún efecto macroscópico.

Quizás encuentre interesante esta respuesta. El límite de velocidad universal se debe simplemente a la dilatación del tiempo.

Si aplicamos fuerza a un objeto, tendrá aceleración F = ma. La aceleración permanecerá en todo momento hasta que se aplique la fuerza. Pero su velocidad aumentará gradualmente con el tiempo. Por ejemplo, si la aceleración = 1, entonces en t = 1 v = 1, en t = 2, v = 2, en t = 3, v = 3 y así sucesivamente. Entonces, si miro t = 1, y luego nuevamente en t = 1 y nuevamente en t = 1, la aceleración estará allí pero la velocidad en los 3 casos seguirá siendo v = 1, ya que hemos observado tres veces Mismo tiempo. El tiempo debe avanzar para que la velocidad aumente.

Pero cuando un objeto se mueve a la velocidad de la luz, debido a la dilatación del tiempo, vemos que su reloj se detiene y cada vez que lo miramos, vemos la misma hora en su reloj. A medida que lo observamos, el tiempo no avanza para ese objeto, por lo que según nuestra observación, su velocidad no puede aumentar aún más, aunque la aceleración todavía está allí continuamente.

Incluso cuando se mueve a una velocidad muy cercana a la de la luz, su reloj avanza muy lentamente, así que si lo miramos después de unas pocas horas o días, su reloj habrá avanzado solo un segundo, y entonces veremos pequeño aumento en la velocidad. A medida que la velocidad se acerca aún más a la velocidad de la luz, su aumento en la velocidad se vuelve aún más pequeño, y finalmente se vuelve casi cero. Por lo tanto, cualquier objeto solo puede acercarse a la velocidad de la luz, pero nunca puede alcanzarla exactamente. Y por la misma razón (el reloj se detiene, la velocidad deja de aumentar ya que estamos mirando una y otra vez al mismo tiempo) nada puede superar la velocidad de la luz.

Un fotón viaja a la velocidad de la luz porque nunca acelera del reposo a la velocidad de la luz. Siempre está a la velocidad de la luz desde el momento en que se crea. Como es de naturaleza electromagnética, nunca puede existir a una velocidad distinta de c (en vacío)

Para que puedas alejarte de las personas y que no te molesten.

En serio, es como la prohibición de la Torre de Babel en el Antiguo Testamento. Nadie podrá controlar la galaxia con un imperio. La gente eventualmente colonizará planetas y hará que cada uno sea diferente. ¡Imagínese visitarlos a todos y elegir uno!

La luz, por definición, es una onda electromagnética, un movimiento de energía que se propaga en el espacio y el tiempo. La velocidad de la luz tiene el mismo valor independientemente de la velocidad relativa entre la fuente y el observador. De hecho, el movimiento relativo cambia la relación entre el espacio y los intervalos de tiempo para mantener la distancia cubierta por la luz por unidad de tiempo igual para todos los observadores.

El hecho de que el espacio y el tiempo deben ser vistos como un ‘continuo’ para mantener constante la velocidad de la luz implica que, en cierto sentido, son uno y el mismo a pesar de que medimos el espacio en metros y el tiempo en segundos. Por lo tanto, si el espacio y el tiempo pueden intercambiarse, entonces necesitamos un factor de conversión universal calculado en metros por segundo que pueda usarse para multiplicar segundos de tiempo para obtener metros de espacio. Esa es la velocidad de la luz. La razón de que sea limitada es simplemente el hecho de que una cantidad finita de espacio es equivalente a una cantidad finita de tiempo.

En otras palabras, si aceptamos que la luz es una onda que se propaga, entonces tiene que ser algo que requiere tiempo para ir de un punto a otro. En otras palabras, tiene que viajar a una velocidad finita.

La respuesta a esto radica en una fórmula especial que da la relación entre masa y velocidad de un cuerpo.

Si la masa de un cuerpo es M a una velocidad V cuando Mo es masa en reposo, entonces

M = Mo / sqrt [1- (V / C) ^ 2]

donde C es la velocidad de la luz.

Ahora, si el cuerpo se moviera a una velocidad igual a la de la luz, es decir, V = C, el denominador gira a cero y la masa del cuerpo se vuelve infinita, lo que realmente no tiene sentido.

por lo tanto, para cualquier cuerpo que tenga una masa de descanso finita, la velocidad de la luz es inalcanzable.

Esta fórmula no se puede aplicar a los fotones ya que tienen una masa en reposo cero y, por lo tanto, pueden viajar a la velocidad de la luz.

Espero que esto ayude.

Consulte mi respuesta a la pregunta: ¿Por qué Einstein asumió que la velocidad máxima posible es la velocidad de la luz?

La velocidad de la luz realmente no tiene un límite de velocidad. Siempre es el mismo. A menos que tal vez considere que su límite superior es también su límite inferior. ¿Por qué? Porque así es como funciona el universo. En física, algunos hechos fundamentales realmente no te dicen por qué. ¿Por qué la materia crea gravedad? ¿Por qué ocurren los fenómenos cuánticos en paquetes discretos? Solo sabemos que estas cosas son ciertas. No sabemos por qué.