Para un objeto masivo que viaja muy cerca de la velocidad de la luz, ¿puede el efecto del principio de incertidumbre permitirle hacer un túnel hacia el otro lado de la barrera de velocidad de la luz y desde qué punto el objeto puede continuar acelerando?

Como fanático de la ciencia ficción, puedo entender el atractivo de esta posibilidad, en términos del potencial que podría ofrecer para un viaje más rápido que la luz a las estrellas (y supongo que esto es lo que motivó su pregunta). Pero desafortunadamente algunas consideraciones bastante elementales lo descartan.

En primer lugar, tiene el problema de que un objeto masivo de masa en reposo m requiere una cantidad infinita de energía para acelerarlo a la velocidad de la luz, porque su masa relativista M es una función de su velocidad v , a través de la ecuación:

[matemáticas] M = \ frac {m} {\ sqrt {1 – v ^ 2 / c ^ 2}} [/ matemáticas]

Cuando v se acerca a c , el denominador se acerca a cero y la masa relativista M se dispara hasta el infinito. Y cuanto más masivo es un objeto, más energía necesitas inyectar para seguir acelerándolo. Con lo que termina es una ley de rendimientos decrecientes, donde la mayor parte de la energía que suministra para acelerar el objeto solo aumenta su masa, y no su velocidad, por lo que nunca puede llegar a la velocidad de la luz.

Por cierto, esta es la razón por la que los aceleradores de partículas como el LHC tienen que ser tan grandes y poderosos como ellos; si no fuera por el efecto de masa relativista, solo tendrían que ser una pequeña fracción de su tamaño y potencia reales para acelerar las partículas a la velocidad deseada, si la velocidad de las partículas en colisión fuera lo único que importara. Afortunadamente, el efecto de masa relativista en última instancia resulta ser muy útil, porque a medida que aumenta la masa, también lo hace la energía de colisión, y es esto, más que la velocidad de colisión, lo que es realmente importante en los experimentos de aceleración de partículas; A medida que las partículas se aceleran, actúan como baterías, almacenando la energía del acelerador como masa relativista y luego liberando toda esta energía en la colisión.

¿El Principio de incertidumbre de Heisenberg ofrecería una forma de evitar este requisito de energía infinita? Bueno, no, en realidad no. Todavía necesita obtener una cantidad infinita de energía de algún lado. Incluso suponiendo que pueda extraer esto del vacío cuántico a través de algún tipo de proceso virtual de creación de pares de partículas, aún necesitaría devolver esa energía al vacío cuántico en un tiempo inversamente proporcional a la cantidad de energía prestada (según el Heisenberg Principio de incertidumbre para la energía y el tiempo para procesos virtuales, Et = h), que sería cero tiempo, para energía infinita, por supuesto.

Y luego tienes el problema de que un cuerpo tan masivo y enérgico podría, según algunas teorías (ciertamente polémicas), colapsar en un agujero negro, lo que haría que el proceso sea algo letal como un medio para enviar seres humanos a las estrellas. Volviendo al ejemplo del acelerador de partículas, esto pone un límite fundamental en la energía a la que puede acelerar las partículas antes de que colapsen en agujeros negros del tamaño de Planck y luego se evapore inmediatamente en una lluvia de radiación a través del proceso de Hawking. (Escribí un artículo sobre este problema de ‘Barrera de Planck’ hace un tiempo para otro foro de discusión, pero probablemente sea demasiado largo para reproducirlo aquí. Stephen Hawking también mencionó esta posibilidad en ‘The Illustrated A Brief History of Time’, p225)

Pero incluso suponiendo que pueda superar todas estas dificultades técnicas, viajar a velocidades superluminales, volviéndose esencialmente taquiónicas (los taquiones son partículas hipotéticas que solo viajan más rápido que la velocidad de la luz), presentaría un conjunto completamente nuevo de problemas, porque el Las leyes de la física para los taquiones son muy raras y contradictorias; ¡vuelven muchas de las propiedades cinemáticas de la materia ordinaria completamente sobre su cabeza, violan la causalidad y permiten el viaje en el tiempo! (La investigación teórica de los taquiones fue realizada originalmente por Sudarshan, Bilaniuk y otros: http://en.wikipedia.org/wiki/Tac…).

Por lo tanto, como un medio viable de viaje rápido a las estrellas, me temo que intentar atravesar la barrera de la velocidad de la luz y lograr velocidades superluminales realmente no es un comienzo.:o (

Sin embargo, no se desespere: o) Hay otros medios de viajar más rápido que la luz (‘FTL’) que han sido seriamente propuestos e investigados por físicos teóricos en los últimos años. La clave entre ellos es el modelo de unidad de distorsión de Miguel Alcubierre (http://en.wikipedia.org/wiki/Alc…) y varias versiones de una unidad de disco (tengo un texto académico serio sobre unidades de agujero de gusano sentado en mis estanterías, en hecho).

¡Ambos modelos dependen de poder esquivar el problema de exceder la velocidad de la luz simplemente sin molestarse en intentarlo! En cambio, conciben varios medios para deformar el espacio-tiempo en sí mismo, de modo que ni siquiera tiene que viajar más rápido que la luz para llegar a su destino más rápido que un fotón que viaja desde su ubicación original. En el modelo de conducción Alcubierre, creas una burbuja de espacio-tiempo deformado alrededor de tu nave, que comprime el espacio frente a él y estira el espacio detrás de él. Dentro de esta burbuja, no viajas a velocidades superluminales; en cierto sentido, ¡es la burbuja de urdimbre la que lo hace! En el modelo de conducción de agujero de gusano, perforas un agujero de gusano a través del espacio-tiempo, creando un túnel entre dos puntos distantes en el universo (técnicamente llamado puente Einstein-Rosen), y luego viajas instantáneamente entre los dos puntos sin tener que cruzar todo el espacio intermedio (este es el equivalente científico del famoso ‘salto hiperespacial’ de la ciencia ficción).

Por supuesto, ambos esquemas siguen siendo altamente teóricos e hipotéticos, y no sabemos si alguno de ellos funcionaría realmente en la práctica. Y también presentarían desafíos de ingeniería formidables, debido a la asombrosa cantidad de energía que se necesitaría para deformar el espacio-tiempo en cada caso (¡aproximadamente equivalente a convertir la masa de una estrella entera en energía!).

Pero, como usted, sospecho, vivo con la esperanza de que algún día, si las leyes de la física, la voluntad política y la economía global (o, más probablemente, estelar) lo permitan, logremos el sueño de ciencia ficción de los viajes FTL. Pero sospecho que no será por unos cientos de años, por lo menos. Mientras tanto, vivo el sueño viendo películas de ciencia ficción y jugando EVE (www.eve-online.com), donde aparentemente ya han resuelto todos estos problemas. : o)

En realidad, la respuesta es “sí”, pero no de ninguna manera que te acerque más a la velocidad de deformación.

Según el Principio de incertidumbre de Heisenberg, la velocidad no se puede definir con precisión perfecta. Solo puede darle un rango, y ese rango se define en parte por la precisión con la que midió la posición. Si mide la precisión lo suficientemente cerca, el rango de la velocidad puede llegar a ser muy amplio, incluso más alto que la velocidad de la luz.

Pero esto realmente no te ayuda en términos prácticos. Medir cualquier objeto del mundo real con ese tipo de precisión es esencialmente imposible. E incluso si lo hiciste, no hace que el objeto de repente vaya más rápido que la velocidad de la luz; solo reduce su certeza sobre la velocidad. La velocidad se vuelve indefinida, en lugar de rápida.

Realmente funciona para objetos submicroscópicos. Se podría decir que el túnel cuántico ocurre más rápido que la velocidad de la luz. Pero debido a los límites de precisión, no puedes usar eso para enviar mensajes más rápido que la luz. La partícula en realidad puede llegar más rápido, pero no puede estar seguro hasta que haya llegado “suficiente” de la onda de partículas, que resulta ser (a lo sumo) a la velocidad de la luz.

Esta es una de las razones por las que decimos que la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica deben conciliarse. Son dos formas muy diferentes de mirar el mundo. La relatividad especial (que es de donde proviene la velocidad del límite de luz) está más o menos conciliada con QM en la teoría de campo cuántico, y no hay nada en QFT que le permita tener un viaje más rápido que la luz, excepto en el sentido no muy útil. Acabo de mencionar. Armonizar la relatividad general con QM es uno de los santos griales de la física.

No.

El principio de incertidumbre es entre el momento y la posición. A medida que te acercas a la velocidad de la luz, cualquier cambio en el impulso aún te pone por debajo de la velocidad de la luz.

La “confusión” que se obtiene en la mecánica cuántica no se aplica a las transformaciones matemáticas asociadas con la relatividad.

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