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Superlumínico

Fenómeno más rápido que la luz (también llamado superlumínico) se refiere a la propagación de información o materia a una velocidad superior a c (velocidad de la luz).

Terminología

Viajar más rápido que la luz

En el contexto de este artículo, más rápido que la luz se refiere a transmitir información o materia a una velocidad superior a la constante c, aproximadamente 300.000 km/s, que es lo que se definió como velocidad de la luz. Esto no es igual a viajar más rápido que la luz porque:

  • Algunos procesos se propagan a velocidades mayores a c, pero no portan información (ver la sección Aparentemente más rápido que la luz de este mismo artículo).
  • La luz viaja a una velocidad dada por c/n cuando no está en un vacío, sino que viaja en un medio con índice de refracción equivalente a n, provocando que la luz se refracte; en otros materiales una partícula puede viajar más rápido que la luz en dicho medio c/n (aunque siempre más lento que c, lo cual provoca Radiación de Cherenkov).

Ninguno de estos fenómenos viola la Relatividad especial ni crea un problema de causalidad, por lo que no califican como más rápidos que la luz.

Propiedad superlumínica

La propiedad superlumínica se refiere a la capacidad de una partícula o sistema de viajar o ser capaz de enviar información a una velocidad superior a   (velocidad de la luz)[cita requerida].

Las partículas hipotéticas con la propiedad superlumínica[cita requerida] se denominan taquiones.

Posibilidad de realización

El viaje o comunicación superluminales son problemáticos en un universo consistente con la Teoría de la Relatividad de Einstein. En un universo hipotético donde las Leyes de Newton y las Transformaciones de Galileo son exactas, lo siguiente sería cierto:

  • Las leyes de la Física son las mismas en cualquier marco de referencia, aunque algunas leyes incluirían terminología que involucre la velocidad de dicho marco de referencia
  • Las cantidades medidas en diferentes marcos de referencia se relacionan por las Transformaciones de Galileo, aunque para algunas cantidades la transformación será más complicada que para otras
  • Las velocidades se suman de forma lineal
  • En un marco de referencia, un punto x corresponde a la trayectoria x-vt, donde el marco se mueve a una velocidad relativa (relativa al marco de referencia original) llamada v
  • No hay nada fundamental acerca de la velocidad de onda de la luz
  • Todos los observadores coinciden en tiempo
  • La simultaneidad es un concepto bien definido, en el que todos los observadores están de acuerdo en que 2 eventos cualesquiera son simultáneos

Sin embargo, de acuerdo a la Relatividad Especial, lo que medimos como velocidad de la luz en el vacío es en realidad la constante física c. Esto significa que todos los observadores, sin importar su aceleración o velocidad relativa, siempre verán que las partículas de masa cero (como el fotón o el gravitón) viajan a velocidad c. Esto significa que las medidas de tiempo y velocidad en distintos marcos ya no se relacionan por constantes, sino por las Transformaciones de Poincaré, lo que a su vez implica que:

  • Para acelerar un objeto de masa distinta a cero hasta que tienda a c se necesitaría tiempo infinito con aceleración finita, o aceleración infinita con tiempo finito
  • De cualquier manera, tal aceleración requiere energía infinita. Ir más allá de la luz en un espacio homogéneo entonces requeriría más que infinita energía, lo cual es una noción irracional
  • Viajar más rápido que la luz en un marco de referencia inercial equivaldría a viajar hacia atrás (o adelante dependiendo del sentido) en el tiempo si se observa desde un marco referencial distinto, pero igualmente válido

Por esto, parece que sólo existe un limitado número de razones para justificar el comportamiento más rápido que la luz[cita requerida]:

Opción A: Ignorar la Relatividad Especial

Es la solución más sencilla, y es particularmente popular en ciencia ficción. Evidencia empírica[¿cuál?] afirma de manera unánime que el universo obedece las leyes de Einstein, y no las de Newton, cuando ambas leyes entran en conflicto. Sin embargo, la relatividad general es únicamente un vistazo aproximado a la realidad[cita requerida], dado que es incompatible con la mecánica cuántica[aclaración requerida].

La relatividad especial es fácilmente incorporada en la teoría cuántica de campos (que es no-gravitacional), aunque sólo aplica a un universo plano. En particular, nuestro universo en expansión contiene puntos de energía que curvan el espacio-tiempo e incluso puede contener una constante cosmológica que rechazaría la hipótesis del universo plano. Pero en el contexto más amplio de relatividad general, el cambio de aceleración subluminal a superluminal no pareciera ser posible de realizar[aclaración requerida].

Opción B: El vacío de Casimir

Las ecuaciones de Einstein acerca de la relatividad especial sugieren que la velocidad de la luz no varía en marcos de referencia inerciales, o en otras palabras, siempre será la misma desde cualquier punto donde se vea. Las ecuaciones no especifican ningún valor particular para la velocidad de la luz[cita requerida], que más bien se ha podido determinar de manera experimental.

Esta averiguación experimental ha sido llevada a cabo en el vacío. Pero el vacío que nosotros conocemos no es el único vacío que existe. El vacío tiene una energía asociada a él, llamada energía de vacío, y ésta puede ser modificada en ciertos casos[cita requerida]. Cuando disminuye, la luz puede alcanzar un valor superior a c. Dicho vacío puede ser producido al juntar (hasta separaciones en escala atómica) 2 placas metálicas perfectamente lijadas. Esto se llama el Vacío de Casimir, y de los cálculos [¿cuál?]se infiere que la luz rebasará c en dicho entorno. Sin embargo, esto no se ha podido verificar de forma experimental por las limitaciones tecnológicas actuales[cita requerida].

Las ecuaciones de Einstein acerca de la relatividad especial supone de manera implícita el concepto de homogeneidad. El espacio es igual (homogéneo) en todos lados. En el caso del Vacío de Casimir, esto es claramente violado, pues el valor de c dentro del vacío es distinto al del resto del universo, lo cual altera las ecuaciones de relatividad especial[cita requerida]. Sin embargo, al considerar que hay dos marcos de referencia (el vacío es uno, el resto del universo es el otro), las ecuaciones de relatividad especial ya no se aplican pues ya no se puede suponer que exista homogeneidad en el universo[cita requerida].

Dicho en otras palabras, el Efecto Casimir divide el espacio en distintos sectores homogéneos, cada uno de los cuales sigue las reglas de la relatividad general a su manera.

Si bien lo anterior es, técnicamente hablando, ir más rápido que la luz sólo es cierto cuando se compara con regiones del espacio disociadas del fenómeno Casimir. No está claro si el vacío de Casimir es estable bajo las leyes de mecánica cuántica, y si se puede establecer comunicación entre la región del espacio bajo efectos de Casimir, y otras regiones.

Opción C: Desechar la causalidad

Otra aproximación sería aceptar la relatividad especial, pero admitiendo que algunos mecanismos de la relatividad general, tales como los agujeros de gusano, permitirían viajar entre 2 puntos dados sin recorrer el espacio intermedio.

Mientras que esto soluciona la necesidad de una aceleración infinita, todavía acarrea el problema de violar la causalidad y generar curvas de tiempo cerradas. La causalidad no se necesita en relatividad especial ni general[cita requerida], pero es considerada una propiedad básica del universo, que no puede ser obviada. Es por esto que muchos [¿cuántos?]científicos [¿quién?] esperan (y desean) que la gravedad cuántica pueda solucionar este bache. Una alternativa es suponer que si el viaje en el tiempo fuera posible, nunca llevaría a ocasionar paradojas. Esto se llama principio de autoconsistencia de Novikov.

Opción D: Desechar la relatividad absoluta

Debido al fuerte apoyo de los hallazgos empíricos hacia la relatividad especial, cualquier modificación a ésta debe ser muy sutil y difícil de medir. El intento más conocido es la relatividad doblemente especial, que plantea que la longitud de Planck es la misma en cualquier marco de referencia. Este concepto se asocia con el trabajo de Giovanni Amelino-Camelia y João Magueijo.

Una consecuencia de esta teoría es tener una velocidad de la luz variable, donde la velocidad de los fotones cambia de acuerdo a la energía, e incluso algunas partículas de masa cero podrían exceder c. Si bien evidencia reciente [¿cuál?]pone serias dudas sobre esta teoría, algunos científicos[¿quién?] todavía la consideran viable. Sin embargo, aún si fuera cierta, esta teoría sigue siendo poco clara acerca de si permitiría que la información excediera c, y de todas formas, pareciera no permitir que partículas con masa distinta de cero puedan viajar más rápido que la luz.

Existen teorías especulativas que dicen que la inercia se produce por la masa combinada del universo (el Principio de Mach, por ejemplo), lo cual implica que el universo quieto (en oposición al movimiento inercial de las demás cosas que hay en él) es "preferido" para llevar a cabo mediciones comunes de las leyes de la naturaleza (en otras palabras, que las leyes parecen ser como son porque las medimos en el contexto del marco de referencia escogido, en este caso, el universo).

Si esto se confirma, implicaría que la relatividad especial es una aproximación a una teoría más general, pero como por definición, esta confirmación se daría únicamente fuera del universo observable, es difícil (por ponerlo de alguna manera) imaginar, y mucho más difícil construir experimentos que comprueben esta hipótesis.

Opción E: Ir a un lugar donde la relatividad especial no rija

Una opción muy popular en películas, juegos, series y novelas de ciencia ficción es suponer la existencia de algún otro "lugar" (que usualmente se denomina hiperespacio), al que se puede acceder desde nuestro universo, y en el cual las leyes de la física y relatividad son distintas, pueden ser distorsionadas, manipuladas o incluso no existen, lo cual facilita el transporte rápido entre puntos distantes del universo sin necesidad de usar mucha energía o impulso para tal fin.

Para lograr este viaje, a menudo se supone que en el hiperespacio no afecta la relatividad especial, o que lo que en nuestro universo son 2 lugares muy lejanos, en este otro lugar pueden perfectamente ser sitios muy próximos.

Lamentablemente, este planteamiento aún no ha sido propuesto de forma seria por ninguna rama de la ciencia, aunque por otra parte tampoco se ha podido descartar su existencia de forma teóricamente concluyente[cita requerida].

Opción F: Ir más rápido sin acelerar

A menudo se supone de forma implícita, que para acelerar algo más allá de c, primero se debe de pasar por c (algo así como decir que para ir a 100km/h, primero hay que ir a 99km/h), encontrando el problema de necesitar infinita energía. La energía necesaria para acelerar llega a formar una asíntota al acercarse a la velocidad de la luz.

De forma parecida a la idea de los agujeros de gusano, puede existir un método para cambiar de velocidad de forma instantánea (o sea, sin acelerar[aclaración requerida]). Entonces, un objeto yendo a más que c sólo podría necesitar energía comparable a la de un objeto que va a menos que c. El problema reside en cómo "convencer" a las partículas (y al ser humano que las "pilote") a moverse más rápido que la luz sin acelerar[aclaración requerida].

Opción G: Tejido Espacio-Tiempo

Contrario a la creencia popular, Einstein nunca dijo que era imposible exceder la velocidad de la luz, sino que esto fue inferido de sus ecuaciones. Sin embargo, él no tuvo objeciones aceptando que el tejido espacio-tiempo puede ir más rápido que la luz.

Se hipotetiza que al ser creado el universo, el tejido espacio-tiempo viajaba más rápido que la luz. Por ende, si pudiéramos manipular dicho tejido, podríamos exceder la velocidad de la luz. Miguel Alcubierre con su métrica teoriza que es posible "combar" el espacio-tiempo encogiéndolo frente a uno mismo, y expandiéndolo detrás de uno. Desgraciadamente, tal combamiento necesitaría la emisión de energía negativa (véase energía del vacío)[cita requerida] , que no se ha descubierto o creado aún.

Opción H: Viajar distorsionando el Tiempo

Se puede llegar a partes lejanas del universo sin necesidad de ir más rápido que la luz[cita requerida]. El concepto es simple, si distorsionamos el tiempo por el cual viajamos, podemos acelerarlo o disminuirlo a la vez[cita requerida].

Ejemplo: Una nave espacial viaja de la Galaxia A hacia la Galaxia B que está a 150 años luz de distancia. La nave viaja a la velocidad de la luz. Pero nosotros al observar a la nave hacer el recorrido vemos que llegó en solo 1 año.

Lo que sucedió fue lo siguiente, la nave viajó todo el recorrido acelerando el tiempo 150 veces alrededor suyo, de modo que le tomo realmente 150 años llegar a la Galaxia B, pero como solo aceleró el tiempo en su recorrido, para el resto del universo fue como si hubiera viajado 150 veces la velocidad de la luz.

Si bien el viajar acelerando el tiempo parece poco útil, resulta extremadamente importante si dentro de la misma nave el tiempo fue disminuido 150 veces para ir acorde al resto del universo. En pocas palabras, para el piloto y el universo paso 1 año en llegar a la Galaxia B, pero para la nave fueron 150 años.

Taquiones

En relatividad especial, aunque es imposible acelerar un objeto hasta la velocidad de la luz, o para objetos con masa distinta de cero el poder viajar a tal velocidad, no es imposible que exista un objeto que siempre viaje más rápido que la luz. Estas partículas hipotéticas se llaman taquiones, y su existencia no ha sido probada ni refutada.

Si bien tales partículas nunca han sido observadas, están presentes en numerosas teorías de la física:

En cada uno de estos ejemplos, uno ve que los taquiones tal vez no sean concebidos tanto como una partícula, sino como una "desestabilización" de la teoría.

Relatividad general

La relatividad general se desarrolló con posterioridad a la teoría especial de la relatividad para incluir en ella conceptos tales como la gravedad. Mantiene, tal como ésta, la imposibilidad de los objetos de acelerar a la velocidad de la luz dentro del marco de referencia de cualquier observador local. Sin embargo, admite distorsiones en el espacio-tiempo tales que permitirían a un objeto moverse más rápido que la velocidad de la luz, desde el punto de vista de un observador distante. El motor de Alcubierre se aprovecha de una de estas distorsiones, produciendo una ruptura en forma de onda en el espacio-tiempo, permitiéndole a la partícula surfearla, es decir, moverse con ella y aprovechar su velocidad, sin necesidad de acelerar por sí misma a la velocidad de la luz. Otra forma teórica de aprovecharse de este tipo de distorsiones es usando un agujero de gusano, que conectaría dos puntos distantes en el espacio de tal forma que quedaran conectados por un atajo. Ambas formas requerirían la creación de una curvatura extrema en una región muy específica del espacio-tiempo, con lo que el campo gravitacional generado en tal sitio sería inconmensurable, generando fuerzas de marea de tal magnitud que destruirían cualquier objeto lo suficientemente cerca. Para contrarrestar la naturaleza inestable de tales campos y prevenir que las distorsiones colapsen bajo su propio 'peso', sería necesario introducir en ellos materia exótica o energía negativa.

La relatividad general especula con que cualquier técnica usada para viajar más rápido que la luz, también permitiría viajar en el tiempo. Y como consecuencia, sería posible, aunque teóricamente, violar el principio de causalidad. Muchos físicos afirman que los fenómenos descritos más arriba son, de hecho, imposibles, y que las futuras teorías de la gravedad (ver TGU o Teoría de la Gran Unificación), prohibirían tales violaciones. Una teoría concluye que la existencia de agujeros de gusano estables es posible, aunque cualquier intento de usar una red de ellos para violar el principio de causalidad resultaría en su colapso. En la teoría de cuerdas o supercuerdas, Eric Gimon y Petr Hořava[1]​ discuten si en un universo de Gödel supersimétrico de cinco dimensiones, las correcciones cuánticas a la teoría general de la relatividad efectivamente separan del espacio-tiempo a aquellas regiones que contienen curvaciones temporales violadoras del principio de causalidad. En particular para la teoría cuántica, existe un supertubo imperfecto que corta el espacio-tiempo conocido de tal forma que impide la existencia de una curva cerrada en el interior del mismo.

En mecánica cuántica

En mecánica cuántica, ocurre un conjunto de eventos que hacen crítico al supuesto de c como velocidad máxima absoluta e insuperable; ciertos fenómenos dan la impresión de implicar una propagación instantánea.

Efecto Hartman

Un fotón o un electrón atravesando por el efecto túnel una barrera cuántica puede manifestar un tiempo de travesía más breve que aquel requerido por la luz en una distancia equivalente, estos tiempos son evaluados mediante la observación de la cumbre del paquete de ondas correspondiente, antes y después de la barrera. Teniendo en cuenta el espesor de la barrera de túnel, la cumbre del paquete de ondas está reducida y parece obtener una velocidad superlumínica. Este fenómeno se denomina efecto Hartman o efecto Hartman-Fletcher.

Efecto Casimir

El efecto Casimir es un fenómeno observable a muy pequeña escala, sin embargo es mensurable por su presión sobre placas conductoras, tal presión sobre estas placas conductoras es ejercida por el llamado vacío cuántico (véase: energía del vacío) ubicado entre tales placas; la presión puede ser positiva o negativa según la geometría del dispositivo. En la teoría cuántica de campos el vacío cuántico es supuesto como el lugar de creación y aniquilación de numerosas partículas virtuales. La existencia de condiciones en principio diferentes para el vacío exterior y el interior a las placas implica entonces una diferencia de energía entre las dos la cual es la causa de las diferencias de la presión medida sobre las placas.

Las partículas virtuales son por definición externas a su lecho de masa, lo cual significa que las mismas no satisfacen ya  , y son por definición inobservables individualmente aunque su efecto colectivo sea mensurable como sucede en el efecto casimir y en todas las correcciones cuánticas a las observables clásicas de la cuántica de campos.

Paradoja EPR

Se puede también citar la experiencia hipotetizada por Einstein, Podolsky y Rosen (paradoja EPR) que parece haber sido concretada experimentalmente por Alain Aspect en 1981 y 1982. En este caso, la medida del estado de uno de los sistemas cuánticos entrelazados de un par de ellos impone al otro sistema (de otra medida) un estado complementario. A partir de ello funciona lo que se ha dado en llamar una "teleportación cuántica" . Entre los avances más importantes en esta cuestión se pueden citar los del equipo dirigido por el austríaco Rainer Blatt en la Universidad de Innsbruck y del estadounidense David Wineland del National Institute of Standards and Technology, en Boulder, Colorado),[2]​ ellos habrían realizado la teletrasportación o teleportación cuántica de un átomo completo de materia bariónica (iones de calcio en el primero de los experimentos y de berilo en el segundo). Esto permitiría muy numerosas aplicaciones en informática cuántica concernientes a la paradoja EPR. Por su parte el premio "Sciences" de la ciudad de Ginebra fue dado por sus hallazagos al profesor Nicolas Gisin en noviembre de 2006 por sus trabajos al respecto (Gisin afirma haber superado la velocidad c), aunque tal afirmación es aún dudosa.

Experiencia de Marlan Scully

La experiencia de Marlan Orvil Scully[3]​ también realizada por B.G.Englent y H.Walther, motivo por lo que se le llama también Experiencia ESW, es una variante de la paradoja EPR en la cual la observación, o no, de un patrón de interferencia luego del pasaje de un fotón a través de una hendidura de Young depende de las condiciones de observación de un segundo fotón correlativo al primero . La particularidad de esta experiencia está en que la observación del segundo fotón puede tener lugar en un futuro "lejano" en relación a la observación del primer fotón lo que da la impresión de que la observación del primer fotón "informa" sobre un evento que tiene lugar en el futuro.

Aparentemente más rápido que la luz

Movimiento relativo

Un observador puede concluir incorrectamente que dos objetos se están moviendo más rápidamente que la velocidad de la luz, si de manera errónea suma ambas velocidades de acuerdo con los postulados de la física newtoniana.

Por ejemplo, si tomamos dos partículas aceleradas ubicadas cada una en un extremo de un acelerador de partículas circular o sincrotrón, aparecerían para un observador inmóvil respecto del mismo, así como para cualquiera que sumara las velocidades de aquellas conforme los postulados de la física Newtoniana, como moviéndose apenas por debajo del doble de la velocidad de la luz. Sin embargo, si el observador conoce la teoría especial de la relatividad y compone las velocidades conforme ésta, concluirá correctamente que:

para dos partículas moviéndose a   y   respectivamente, donde

 

y

 ,

entonces desde el punto de vista del observador, la velocidad relativa Δβ (usando la velocidad de la luz c como unidad) resulta

 ,

que es menor que la velocidad de la luz.

Velocidad de fase superior a c

La velocidad de fase de una onda puede, de manera rutinaria, exceder la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, esto no implica que la señal se propague a una velocidad superior a c. En la mayoría de los medios ópticos, el índice de refracción es mayor que la suma de todas las longitudes de onda, manteniendo así la velocidad de fase por debajo de la velocidad de la luz.

Velocidad de grupo superior a c

Por otro lado, la velocidad de grupo de una onda (por ejemplo un rayo de luz), puede superar la velocidad de la luz bajo ciertas circunstancias especiales. En estos casos, en los que típicamente se produce una rápida atenuación de la intensidad, el máximo de la envolvente de un pulso puede viajar a una velocidad superior a c. Sin embargo, ni siquiera esta situación implica una propagación de señal por encima de c, aún viéndose uno tentado a asociar pulso máximo con señal. Esta asociación se ha probado engañosa, básicamente porque la información recibida al llegar un pulso se puede obtener antes que llegue el pulso máximo.

En 2000 la revista Nature publicó un resumen de los resultados de un experimento, de Lijun J. Wang y su equipo del Instituto de Investigación NEC en Princeton (Nueva Jersey), que mostraba que la velocidad la luz en forma de paquetes o pulsos puede, en condiciones muy especiales, sobrepasar 310 veces su velocidad de fase límite de 300.000 kilómetros por segundo, establecido en la teoría de la relatividad especial de Einstein.[4]​ Conviene aclarar que dicho resultado no viola la causalidad física, ya que la velocidad de grupo no corresponde a la velocidad de propagación real de los fotones, que siempre se mueven a una velocidad igual a c:

«En efecto, se puede hacer que nuestros impulsos luminosos viajen a una velocidad superior a c. Esto es una propiedad especial de la luz en sí, que es diferente de un objeto conocido, como un ladrillo, ya que la luz es una onda sin masa»
Lijun J. Wang en El País, 20/07/2000

Según la explicación del equipo que llevó a cabo el experimento, los pulsos superlumínicos son el resultado de mecanismos clásicos de interferencia debidos a la naturaleza ondulatoria de la luz y no se transmite información alguna (señal) a velocidad superior a c.

Véase también

Referencias

  1. Gimon, Eric G.; Petr Horava (May 2004). «Over-rotating black holes, Gödel holography and the hypertube». hep-th/0405019. Consultado el 5 de junio de 2006. 
  2. experimentos publicados en Nature 17 de junio de 2006.
  3. Marlan O. Scully et Yoon-Ho Kim, R. Yu, S.P. Kulik, y Y.H. Shih: A Delayed Choice Quantum Eraser at Physical Review Letters | volume = 84, año 2000, páginas 1—5 y arxiv = quant-ph | id = 9903047
  4. Un rayo supera 310 veces la velocidad de la luz en un experimento en EE UU El País, 20/07/2000
  •   Datos: Q44207
  •   Multimedia: Faster-than-light travel

superlumínico, redirige, aquí, para, videojuego, 2012, véase, faster, than, light, fenómeno, más, rápido, también, llamado, superlumínico, refiere, propagación, información, materia, velocidad, superior, velocidad, Índice, terminología, viajar, más, rápido, pr. FTL redirige aqui Para el videojuego de 2012 vease FTL Faster Than Light Fenomeno mas rapido que la luz tambien llamado superluminico se refiere a la propagacion de informacion o materia a una velocidad superior a c velocidad de la luz Indice 1 Terminologia 1 1 Viajar mas rapido que la luz 1 2 Propiedad superluminica 2 Posibilidad de realizacion 2 1 Opcion A Ignorar la Relatividad Especial 2 2 Opcion B El vacio de Casimir 2 3 Opcion C Desechar la causalidad 2 4 Opcion D Desechar la relatividad absoluta 2 5 Opcion E Ir a un lugar donde la relatividad especial no rija 2 6 Opcion F Ir mas rapido sin acelerar 2 7 Opcion G Tejido Espacio Tiempo 2 8 Opcion H Viajar distorsionando el Tiempo 3 Taquiones 4 Relatividad general 5 En mecanica cuantica 5 1 Efecto Hartman 5 2 Efecto Casimir 5 3 Paradoja EPR 5 4 Experiencia de Marlan Scully 6 Aparentemente mas rapido que la luz 6 1 Movimiento relativo 6 2 Velocidad de fase superior a c 6 3 Velocidad de grupo superior a c 7 Vease tambien 8 ReferenciasTerminologia EditarVease tambien Velocidad mas rapida que la luz Viajar mas rapido que la luz Editar En el contexto de este articulo mas rapido que la luz se refiere a transmitir informacion o materia a una velocidad superior a la constante c aproximadamente 300 000 km s que es lo que se definio como velocidad de la luz Esto no es igual a viajar mas rapido que la luz porque Algunos procesos se propagan a velocidades mayores a c pero no portan informacion ver la seccion Aparentemente mas rapido que la luz de este mismo articulo La luz viaja a una velocidad dada por c n cuando no esta en un vacio sino que viaja en un medio con indice de refraccion equivalente a n provocando que la luz se refracte en otros materiales una particula puede viajar mas rapido que la luz en dicho medio c n aunque siempre mas lento que c lo cual provoca Radiacion de Cherenkov Ninguno de estos fenomenos viola la Relatividad especial ni crea un problema de causalidad por lo que no califican como mas rapidos que la luz Propiedad superluminica Editar La propiedad superluminica se refiere a la capacidad de una particula o sistema de viajar o ser capaz de enviar informacion a una velocidad superior a c displaystyle c velocidad de la luz cita requerida Las particulas hipoteticas con la propiedad superluminica cita requerida se denominan taquiones Posibilidad de realizacion EditarEl viaje o comunicacion superluminales son problematicos en un universo consistente con la Teoria de la Relatividad de Einstein En un universo hipotetico donde las Leyes de Newton y las Transformaciones de Galileo son exactas lo siguiente seria cierto Las leyes de la Fisica son las mismas en cualquier marco de referencia aunque algunas leyes incluirian terminologia que involucre la velocidad de dicho marco de referencia Las cantidades medidas en diferentes marcos de referencia se relacionan por las Transformaciones de Galileo aunque para algunas cantidades la transformacion sera mas complicada que para otras Las velocidades se suman de forma lineal En un marco de referencia un punto x corresponde a la trayectoria x vt donde el marco se mueve a una velocidad relativa relativa al marco de referencia original llamada v No hay nada fundamental acerca de la velocidad de onda de la luz Todos los observadores coinciden en tiempo La simultaneidad es un concepto bien definido en el que todos los observadores estan de acuerdo en que 2 eventos cualesquiera son simultaneosSin embargo de acuerdo a la Relatividad Especial lo que medimos como velocidad de la luz en el vacio es en realidad la constante fisica c Esto significa que todos los observadores sin importar su aceleracion o velocidad relativa siempre veran que las particulas de masa cero como el foton o el graviton viajan a velocidad c Esto significa que las medidas de tiempo y velocidad en distintos marcos ya no se relacionan por constantes sino por las Transformaciones de Poincare lo que a su vez implica que Para acelerar un objeto de masa distinta a cero hasta que tienda a c se necesitaria tiempo infinito con aceleracion finita o aceleracion infinita con tiempo finito De cualquier manera tal aceleracion requiere energia infinita Ir mas alla de la luz en un espacio homogeneo entonces requeriria mas que infinita energia lo cual es una nocion irracional Viajar mas rapido que la luz en un marco de referencia inercial equivaldria a viajar hacia atras o adelante dependiendo del sentido en el tiempo si se observa desde un marco referencial distinto pero igualmente validoPor esto parece que solo existe un limitado numero de razones para justificar el comportamiento mas rapido que la luz cita requerida Opcion A Ignorar la Relatividad Especial Editar Es la solucion mas sencilla y es particularmente popular en ciencia ficcion Evidencia empirica cual afirma de manera unanime que el universo obedece las leyes de Einstein y no las de Newton cuando ambas leyes entran en conflicto Sin embargo la relatividad general es unicamente un 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podido determinar de manera experimental Esta averiguacion experimental ha sido llevada a cabo en el vacio Pero el vacio que nosotros conocemos no es el unico vacio que existe El vacio tiene una energia asociada a el llamada energia de vacio y esta puede ser modificada en ciertos casos cita requerida Cuando disminuye la luz puede alcanzar un valor superior a c Dicho vacio puede ser producido al juntar hasta separaciones en escala atomica 2 placas metalicas perfectamente lijadas Esto se llama el Vacio de Casimir y de los calculos cual se infiere que la luz rebasara c en dicho entorno Sin embargo esto no se ha podido verificar de forma experimental por las limitaciones tecnologicas actuales cita requerida Las ecuaciones de Einstein acerca de la relatividad especial supone de manera implicita el concepto de homogeneidad El espacio es igual homogeneo en todos lados En el caso del Vacio de Casimir esto es claramente violado pues el valor de c dentro del vacio es distinto al del resto del universo lo cual altera las ecuaciones de relatividad especial cita requerida Sin embargo al considerar que hay dos marcos de referencia el vacio es uno el resto del universo es el otro las ecuaciones de relatividad especial ya no se aplican pues ya no se puede suponer que exista homogeneidad en el universo cita requerida Dicho en otras palabras el Efecto Casimir divide el espacio en distintos sectores homogeneos cada uno de los cuales sigue las reglas de la relatividad general a su manera Si bien lo anterior es tecnicamente hablando ir mas rapido que la luz solo es cierto cuando se compara con regiones del espacio disociadas del fenomeno Casimir No esta claro si el vacio de Casimir es estable bajo las leyes de mecanica cuantica y si se puede establecer comunicacion entre la region del espacio bajo efectos de Casimir y otras regiones Opcion C Desechar la causalidad Editar Otra aproximacion seria aceptar la relatividad especial pero admitiendo que algunos mecanismos de la relatividad general tales como los agujeros de gusano permitirian viajar entre 2 puntos dados sin recorrer el espacio intermedio Mientras que esto soluciona la necesidad de una aceleracion infinita todavia acarrea el problema de violar la causalidad y generar curvas de tiempo cerradas La causalidad no se necesita en relatividad especial ni general cita requerida pero es considerada una propiedad basica del universo que no puede ser obviada Es por esto que muchos cuantos cientificos quien esperan y desean que la gravedad cuantica pueda solucionar este bache Una alternativa es suponer que si el viaje en el tiempo fuera posible nunca llevaria a ocasionar paradojas Esto se llama principio de autoconsistencia de Novikov Opcion D Desechar la relatividad absoluta Editar Debido al fuerte apoyo de los hallazgos empiricos hacia la relatividad especial cualquier modificacion a esta debe ser muy sutil y dificil de medir El intento mas conocido es la relatividad doblemente especial que plantea que la longitud de Planck es la misma en cualquier marco de referencia Este concepto se asocia con el trabajo de Giovanni Amelino Camelia y Joao Magueijo Una consecuencia de esta teoria es tener una velocidad de la luz variable donde la velocidad de los fotones cambia de acuerdo a la energia e incluso algunas particulas de masa cero podrian exceder c Si bien evidencia reciente cual pone serias dudas sobre esta teoria algunos cientificos quien todavia la consideran viable Sin embargo aun si fuera cierta esta teoria sigue siendo poco clara acerca de si permitiria que la informacion excediera c y de todas formas pareciera no permitir que particulas con masa distinta de cero puedan viajar mas rapido que la luz Existen teorias especulativas que dicen que la inercia se produce por la masa combinada del universo el Principio de Mach por ejemplo lo cual implica que el universo quieto en oposicion al movimiento inercial de las demas cosas que hay en el es preferido para llevar a cabo mediciones comunes de las leyes de la naturaleza en otras palabras que las leyes parecen ser como son porque las medimos en el contexto del marco de referencia escogido en este caso el universo Si esto se confirma implicaria que la relatividad especial es una aproximacion a una teoria mas general pero como por definicion esta confirmacion se daria unicamente fuera del universo observable es dificil por ponerlo de alguna manera imaginar y mucho mas dificil construir experimentos que comprueben esta hipotesis Opcion E Ir a un lugar donde la relatividad especial no rija Editar Una opcion muy popular en peliculas juegos series y novelas de ciencia ficcion es suponer la existencia de algun otro lugar que usualmente se denomina hiperespacio al que se puede acceder desde nuestro universo y en el cual las leyes de la fisica y relatividad son distintas pueden ser distorsionadas manipuladas o incluso no existen lo cual facilita el transporte rapido entre puntos distantes del universo sin necesidad de usar mucha energia o impulso para tal fin Para lograr este viaje a menudo se supone que en el hiperespacio no afecta la relatividad especial o que lo que en nuestro universo son 2 lugares muy lejanos en este otro lugar pueden perfectamente ser sitios muy proximos Lamentablemente este planteamiento aun no ha sido propuesto de forma seria por ninguna rama de la ciencia aunque por otra parte tampoco se ha podido descartar su existencia de forma teoricamente concluyente cita requerida Opcion F Ir mas rapido sin acelerar Editar A menudo se supone de forma implicita que para acelerar algo mas alla de c primero se debe de pasar por c algo asi como decir que para ir a 100km h primero hay que ir a 99km h encontrando el problema de necesitar infinita energia La energia necesaria para acelerar llega a formar una asintota al acercarse a la velocidad de la luz De forma parecida a la idea de los agujeros de gusano puede existir un metodo para cambiar de velocidad de forma instantanea o sea sin acelerar aclaracion requerida Entonces un objeto yendo a mas que c solo podria necesitar energia comparable a la de un objeto que va a menos que c El problema reside en como convencer a las particulas y al ser humano que las pilote a moverse mas rapido que la luz sin acelerar aclaracion requerida Opcion G Tejido Espacio Tiempo Editar Contrario a la creencia popular Einstein nunca dijo que era imposible exceder la velocidad de la luz sino que esto fue inferido de sus ecuaciones Sin embargo el no tuvo objeciones aceptando que el tejido espacio tiempo puede ir mas rapido que la luz Se hipotetiza que al ser creado el universo el tejido espacio tiempo viajaba mas rapido que la luz Por ende si pudieramos manipular dicho tejido podriamos exceder la velocidad de la luz Miguel Alcubierre con su metrica teoriza que es posible combar el espacio tiempo encogiendolo frente a uno mismo y expandiendolo detras de uno Desgraciadamente tal combamiento necesitaria la emision de energia negativa vease energia del vacio cita requerida que no se ha descubierto o creado aun Opcion H Viajar distorsionando el Tiempo Editar Se puede llegar a partes lejanas del universo sin necesidad de ir mas rapido que la luz cita requerida El concepto es simple si distorsionamos el tiempo por el cual viajamos podemos acelerarlo o disminuirlo a la vez cita requerida Ejemplo Una nave espacial viaja de la Galaxia A hacia la Galaxia B que esta a 150 anos luz de distancia La nave viaja a la velocidad de la luz Pero nosotros al observar a la nave hacer el recorrido vemos que llego en solo 1 ano Lo que sucedio fue lo siguiente la nave viajo todo el recorrido acelerando el tiempo 150 veces alrededor suyo de modo que le tomo realmente 150 anos llegar a la Galaxia B pero como solo acelero el tiempo en su recorrido para el resto del universo fue como si hubiera viajado 150 veces la velocidad de la luz Si bien el viajar acelerando el tiempo parece poco util resulta extremadamente importante si dentro de la misma nave el tiempo fue disminuido 150 veces para ir acorde al resto del universo En pocas palabras para el piloto y el universo paso 1 ano en llegar a la Galaxia B pero para la nave fueron 150 anos Taquiones EditarArticulo principal Taquion En relatividad especial aunque es imposible acelerar un objeto hasta la velocidad de la luz o para objetos con masa distinta de cero el poder viajar a tal velocidad no es imposible que exista un objeto que siempre viaje mas rapido que la luz Estas particulas hipoteticas se llaman taquiones y su existencia no ha sido probada ni refutada Si bien tales particulas nunca han sido observadas estan presentes en numerosas teorias de la fisica Aparecen en el modelo estandar de interaccion en la fisica de particulasEn la Teoria de cuerdas bosonicaE incluso en la teoria de supercuerdasEn cada uno de estos ejemplos uno ve que los taquiones tal vez no sean concebidos tanto como una particula sino como una desestabilizacion de la teoria Relatividad general EditarLa relatividad general se desarrollo con posterioridad a la teoria especial de la relatividad para incluir en ella conceptos tales como la gravedad Mantiene tal como esta la imposibilidad de los objetos de acelerar a la velocidad de la luz dentro del marco de referencia de cualquier observador local Sin embargo admite distorsiones en el espacio tiempo tales que permitirian a un objeto moverse mas rapido que la velocidad de la luz desde el punto de vista de un observador distante El motor de Alcubierre se aprovecha de una de estas distorsiones produciendo una ruptura en forma de onda en el espacio tiempo permitiendole a la particula surfearla es decir moverse con ella y aprovechar su velocidad sin necesidad de acelerar por si misma a la velocidad de la luz Otra forma teorica de aprovecharse de este tipo de distorsiones es usando un agujero de gusano que conectaria dos puntos distantes en el espacio de tal forma que quedaran conectados por un atajo Ambas formas requeririan la creacion de una curvatura extrema en una region muy especifica del espacio tiempo con lo que el campo gravitacional generado en tal sitio seria inconmensurable generando fuerzas de marea de tal magnitud que destruirian cualquier objeto lo suficientemente cerca Para contrarrestar la naturaleza inestable de tales campos y prevenir que las distorsiones colapsen bajo su propio peso seria necesario introducir en ellos materia exotica o energia negativa La relatividad general especula con que cualquier tecnica usada para viajar mas rapido que la luz tambien permitiria viajar en el tiempo Y como consecuencia seria posible aunque teoricamente violar el principio de causalidad Muchos fisicos afirman que los fenomenos descritos mas arriba son de hecho imposibles y que las futuras teorias de la gravedad ver TGU o Teoria de la Gran Unificacion prohibirian tales violaciones Una teoria concluye que la existencia de agujeros de gusano estables es posible aunque cualquier intento de usar una red de ellos para violar el principio de causalidad resultaria en su colapso En la teoria de cuerdas o supercuerdas Eric Gimon y Petr Horava 1 discuten si en un universo de Godel supersimetrico de cinco dimensiones las correcciones cuanticas a la teoria general de la relatividad efectivamente separan del espacio tiempo a aquellas regiones que contienen curvaciones temporales violadoras del principio de causalidad En particular para la teoria cuantica existe un supertubo imperfecto que corta el espacio tiempo conocido de tal forma que impide la existencia de una curva cerrada en el interior del mismo En mecanica cuantica EditarEn mecanica cuantica ocurre un conjunto de eventos que hacen critico al supuesto de c como velocidad maxima absoluta e insuperable ciertos fenomenos dan la impresion de implicar una propagacion instantanea Efecto Hartman Editar Un foton o un electron atravesando por el efecto tunel una barrera cuantica puede manifestar un tiempo de travesia mas breve que aquel requerido por la luz en una distancia equivalente estos tiempos son evaluados mediante la observacion de la cumbre del paquete de ondas correspondiente antes y despues de la barrera Teniendo en cuenta el espesor de la barrera de tunel la cumbre del paquete de ondas esta reducida y parece obtener una velocidad superluminica Este fenomeno se denomina efecto Hartman o efecto Hartman Fletcher Efecto Casimir Editar Articulo principal Efecto Casimir El efecto Casimir es un fenomeno observable a muy pequena escala sin embargo es mensurable por su presion sobre placas conductoras tal presion sobre estas placas conductoras es ejercida por el llamado vacio cuantico vease energia del vacio ubicado entre tales placas la presion puede ser positiva o negativa segun la geometria del dispositivo En la teoria cuantica de campos el vacio cuantico es supuesto como el lugar de creacion y aniquilacion de numerosas particulas virtuales La existencia de condiciones en principio diferentes para el vacio exterior y el interior a las placas implica entonces una diferencia de energia entre las dos la cual es la causa de las diferencias de la presion medida sobre las placas Las particulas virtuales son por definicion externas a su lecho de masa lo cual significa que las mismas no satisfacen ya E 2 p 2 c 2 m 2 c 4 displaystyle E 2 p 2 c 2 m 2 c 4 y son por definicion inobservables individualmente aunque su efecto colectivo sea mensurable como sucede en el efecto casimir y en todas las correcciones cuanticas a las observables clasicas de la cuantica de campos Paradoja EPR Editar Articulo principal Paradoja EPR Se puede tambien citar la experiencia hipotetizada por Einstein Podolsky y Rosen paradoja EPR que parece haber sido concretada experimentalmente por Alain Aspect en 1981 y 1982 En este caso la medida del estado de uno de los sistemas cuanticos entrelazados de un par de ellos impone al otro sistema de otra medida un estado complementario A partir de ello funciona lo que se ha dado en llamar una teleportacion cuantica Entre los avances mas importantes en esta cuestion se pueden citar los del equipo dirigido por el austriaco Rainer Blatt en la Universidad de Innsbruck y del estadounidense David Wineland del National Institute of Standards and Technology en Boulder Colorado 2 ellos habrian realizado la teletrasportacion o teleportacion cuantica de un atomo completo de materia barionica iones de calcio en el primero de los experimentos y de berilo en el segundo Esto permitiria muy numerosas aplicaciones en informatica cuantica concernientes a la paradoja EPR Por su parte el premio Sciences de la ciudad de Ginebra fue dado por sus hallazagos al profesor Nicolas Gisin en noviembre de 2006 por sus trabajos al respecto Gisin afirma haber superado la velocidad c aunque tal afirmacion es aun dudosa Experiencia de Marlan Scully Editar Articulo principal Experiencia de Marlan Scully La experiencia de Marlan Orvil Scully 3 tambien realizada por B G Englent y H Walther motivo por lo que se le llama tambien Experiencia ESW es una variante de la paradoja EPR en la cual la observacion o no de un patron de interferencia luego del pasaje de un foton a traves de una hendidura de Young depende de las condiciones de observacion de un segundo foton correlativo al primero La particularidad de esta experiencia esta en que la observacion del segundo foton puede tener lugar en un futuro lejano en relacion a la observacion del primer foton lo que da la impresion de que la observacion del primer foton informa sobre un evento que tiene lugar en el futuro Aparentemente mas rapido que la luz EditarMovimiento relativo Editar Un observador puede concluir incorrectamente que dos objetos se estan moviendo mas rapidamente que la velocidad de la luz si de manera erronea suma ambas velocidades de acuerdo con los postulados de la fisica newtoniana Por ejemplo si tomamos dos particulas aceleradas ubicadas cada una en un extremo de un acelerador de particulas circular o sincrotron aparecerian para un observador inmovil respecto del mismo asi como para cualquiera que sumara las velocidades de aquellas conforme los postulados de la fisica Newtoniana como moviendose apenas por debajo del doble de la velocidad de la luz Sin embargo si el observador conoce la teoria especial de la relatividad y compone las velocidades conforme esta concluira correctamente que para dos particulas moviendose a b displaystyle beta y b displaystyle beta respectivamente donde b v c displaystyle beta v c y b v c displaystyle beta v c entonces desde el punto de vista del observador la velocidad relativa Db usando la velocidad de la luz c como unidad resulta D b b b 1 b 2 2 b 1 b 2 displaystyle Delta beta beta beta over 1 beta 2 2 beta over 1 beta 2 que es menor que la velocidad de la luz Velocidad de fase superior a c Editar La velocidad de fase de una onda puede de manera rutinaria exceder la velocidad de la luz en el vacio 1 Sin embargo esto no implica que la senal se propague a una velocidad superior a c En la mayoria de los medios opticos el indice de refraccion es mayor que la suma de todas las longitudes de onda manteniendo asi la velocidad de fase por debajo de la velocidad de la luz Velocidad de grupo superior a c Editar Por otro lado la velocidad de grupo de una onda por ejemplo un rayo de luz puede superar la velocidad de la luz bajo ciertas circunstancias especiales En estos casos en los que tipicamente se produce una rapida atenuacion de la intensidad el maximo de la envolvente de un pulso puede viajar a una velocidad superior a c Sin embargo ni siquiera esta situacion implica una propagacion de senal por encima de c aun viendose uno tentado a asociar pulso maximo con senal Esta asociacion se ha probado enganosa basicamente porque la informacion recibida al llegar un pulso se puede obtener antes que llegue el pulso maximo En 2000 la revista Nature publico un resumen de los resultados de un experimento de Lijun J Wang y su equipo del Instituto de Investigacion NEC en Princeton Nueva Jersey que mostraba que la velocidad la luz en forma de paquetes o pulsos puede en condiciones muy especiales sobrepasar 310 veces su velocidad de fase limite de 300 000 kilometros por segundo establecido en la teoria de la relatividad especial de Einstein 4 Conviene aclarar que dicho resultado no viola la causalidad fisica ya que la velocidad de grupo no corresponde a la velocidad de propagacion real de los fotones que siempre se mueven a una velocidad igual a c En efecto se puede hacer que nuestros impulsos luminosos viajen a una velocidad superior a c Esto es una propiedad especial de la luz en si que es diferente de un objeto conocido como un ladrillo ya que la luz es una onda sin masa Lijun J Wang en El Pais 20 07 2000 Segun la explicacion del equipo que llevo a cabo el experimento los pulsos superluminicos son el resultado de mecanismos clasicos de interferencia debidos a la naturaleza ondulatoria de la luz y no se transmite informacion alguna senal a velocidad superior a c Vease tambien EditarParadoja EPR Metrica de Alcubierre Tubo de Krasnikov Efecto Cherenkov Viaje a traves del tiempoReferencias Editar Gimon Eric G Petr Horava May 2004 Over rotating black holes Godel holography and the hypertube hep th 0405019 Consultado el 5 de junio de 2006 experimentos publicados en Nature 17 de junio de 2006 Marlan O Scully et Yoon Ho Kim R Yu S P Kulik y Y H Shih A Delayed Choice Quantum Eraser at Physical Review Letters volume 84 ano 2000 paginas 1 5 y arxiv quant ph id 9903047 Un rayo supera 310 veces la velocidad de la luz en un experimento en EE UU El Pais 20 07 2000 Datos Q44207 Multimedia Faster than light travelObtenido de https es wikipedia org w index php title Superluminico amp oldid 135692082, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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