¿Porque nada puede ir mas rápido que la luz?

9 Sep
Por la teoría de la relatividad especial de Einstein.
Una de las cosas que dice esta teoría es que la velocidad de la luz es independiente del observador, algo que fue demostrado por Michelson y Morley en 1887. Hasta entonces se creía que había una sustancia (el éter) que llenaba todo el espacio y sobre la oscilación de la cual se producía el movimiento de la luz. Era algo así como una referencia única de todo el espacio, una referencia fija del espacio inmóvil. Se esperaba que al medir la velocidad de la luz que llega en distintos momentos a puntos de la superficie de la Tierra, esta velocidad sería distinta. Por ejemplo cuando amanece la tierra gira en dirección al sol, por lo que la luz del sol debería ir más rápido que la luz al anochecer, cuando el giro de la tierra aleja a ese punto del sol. Sin embargo se vio que era la misma: siempre y en toda circunstancia, la velocidad de la luz es independiente del movimiento del observador. Para todo el mundo la velocidad de la luz es la misma, vaya a la velocidad que vaya cada uno, y esto está demostrado experimentalmente.

Esto fue inexplicable hasta la teoría de Einstein. Lo que hizo Einstein fue llevar al extremo el principio de relatividad de Galileo: cualquier punto de referencia es válido (da lo mismo decir que el tren se mueve respecto al suelo que decir que el suelo se mueve respecto al tren). Es decir, no hay sistemas inerciales privilegiados, y a esto hay que añadir que tampoco los hay en relación a la luz, como era el éter.
De asumir el principio de relatividad y que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores, se deduce la teoría de Einstein: si la velocidad de la luz es independiente del observador, lo que varía entre observador y observador es su percepción del espacio y del tiempo.
Es decir, cuando te mueves respecto a otro punto de referencia, el espacio crece y el tiempo se ralentiza.
No hay que llegar a la velocidad de la luz, esto ocurre a cualquier velocidad, pero la diferencia es tan poca a velocidades bajas que no es medible. Pero el efecto a muy alta velocidad es considerable.

Lo que ocurre es que si te alejas de un cuerpo a velocidad v, y siendo c la velocidad de la luz, el tiempo transcurrido para el observador en movimiento en relación al otro observador es raiz(1-v2/c2). Esto a velocidades bajas es casi imperceptible. Por ejemplo a 100.000 km/s el factor es 0,9428: el tiempo de uno respecto al otro variaría en menos de un 6%. A 200.000 km/s ya es de 0,745: el tiempo para uno y otro iría a más de un 25% de diferencia. A 250.000 km/s es un 45%, a 280.000 km/s ya es de un 65%, y tiende al 100% según v se acerca a c. En ese momento el tiempo para uno sería 0 y para el otro sería infinito.

Es decir, cuanto más cerca de la velocidad de la luz el tiempo se ralentiza o se acelera hasta llegar a c, en cuyo caso se congelaría uno y para otro pasaría una eternidad.

Pero hay algo más importante: la masa respecto al otro también aumenta con ese factor, y la energía cinética que lleva, también.
Para velocidades “bajas”, a menos de la mitad de la velocidad de la luz, la energía cinética de un cuerpo aumenta con el cuadrado de su velocidad. Si le das energía acelerando, la velocidad aumenta. Pero al acercarse a la velocidad de la luz su masa relativa aumenta también, y aumenta menos su velocidad. Cuando te acercas a la velocidad de la luz, multiplicando por un millón la energía cinética de un cuerpo significa una velocidad muy poco superior.
Hace falta cada vez más energía para que un cuerpo con masa alcance la velocidad de la luz, y la alcanzaría cuando su energía fuera infinita.
La fórmula de su energía sería E=Eo/raiz(1-v2/c2)
Al aumentar v hasta llegar a c, la energía se haría infinita.
Es decir: hace falta INFINITA energía para acelerar un cuerpo con masa hasta la velocidad de la luz.
Ni con toda la energía del universo aplicada en acelerar un simple átomo se conseguiría llegar a la velocidad de la luz. Cuanta más energía aplicases, más aceleraría y un poquito más se acercaría a la velocidad de la luz, pero sin alcanzarla nunca. A esto se le llama límite asintótico: es como si siempre dividieras tu velocidad por la mitad… te acercarías a 0 pero nunca llegarías exactamente a 0. Aquí siempre podrías invertir energía en acelerar el cuerpo, y te acercarías más a la velocidad de la luz, pero nunca llegarías. Con el doble de energía quizá reducirías la diferencia a la mitad, y así en adelante, pero sin llegar nunca a c.

Con lo cual obviamente no se puede viajar a mayor velocidad que c (la luz en el vacío).

En cambio la luz en otros medios que el vacío (en aire, en agua…) viajan a menos velocidad. Es posible viajar más rápido que la luz en determinado medio, por ejemplo se puede lanzar un rayo de luz en un medio donde la luz vaya muy lento, rodear ese medio y llegar al otro lado antes que el rayo de luz.

Pero no se puede ni se podrá nunca viajar más rápido que c, la velocidad de la luz en el vacío. Porque ni con toda la energía imaginable se aceleraría lo suficiente, sería necesaria infinita energía.

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