Qué es la velocidad de la luz y qué objetos pueden superarla

La velocidad de la luz es una de las constantes fundamentales que caracterizan literalmente todo lo que nos rodea: el espacio y el tiempo. Es esta cantidad la que divide el antes y el después, la causa y el efecto, e impone una serie de interesantes restricciones a las posibilidades del universo tal y como lo conocemos.

Los datos y ejemplos que se ofrecen a continuación no pretenden ser absolutamente exactos desde el punto de vista científico, sino que pretenden explicar al lector los hechos básicos y más interesantes sobre la velocidad de la luz en un lenguaje lo más sencillo posible.

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¿Qué es la velocidad de la luz y cómo se ha medido?

Curiosamente, se pensaba que la velocidad de la luz era infinito hasta la segunda mitad del siglo XVII, es decir, grandes científicos como Johannes Kepler o René Descartes, por ejemplo, lo percibieron así. Sólo en 1676, el astrónomo danés Olaf Remer, que observó los eclipses de la luna Io de Júpiter, se dio cuenta de que no coincidían con el tiempo calculado y que esta discrepancia dependía de la distancia entre el evento y el observador. Teniendo en cuenta la posición de la Tierra en su órbita respecto a Júpiter, Remer calculó que la velocidad de la luz era de 220.000 km/s (un error de ~80.000 km/s).

A principios del siglo XIX, los científicos midieron la velocidad de la luz mediante el práctico “método de la interrupción” y en 1950 alcanzaron un resultado de 299.793,1 km/s con un error de 0,25 km/s, y más tarde la invención del láser llegó al límite de la precisión y registró la velocidad de la luz en 299.792.458 m/s con un error de 1,2 m/s.

El perfeccionamiento de una de las magnitudes básicas de la teoría de la relatividad se hizo imposible debido a la falta de una definición precisa del metro -en aquel momento era igual a la longitud de un palo de metal, que era el estándar y se conservaba en París. La cuestión no se resolvió hasta 1983, cuando la Conferencia General de Pesas y Medidas redefinió el metro como la distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 segundos. En consecuencia, la velocidad de la luz pasó a ser oficialmente igual a 299 792 458 metros por segundo (o aproximadamente: 300.000 km/s).

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Cuál es la naturaleza fundamental de la velocidad de la luz

De hecho, la ciencia moderna sólo conoce unas pocas constantes fundamentales objetivas que permanecen constantes en todas las condiciones.. La velocidad de la luz no depende ni del observador, ni de la forma de medirla, ni del tiempo: es realmente constante.

Para demostrar lo contrario, se podría, por ejemplo, hacer pasar un haz de luz a través de un medio complejo no homogéneo y éste pasaría por él notablemente más lento que por el vacío. Sin embargo, si se examinan detenidamente las condiciones experimentales, se verá que los fotones se movieron con la misma velocidad de la luz, pero a lo largo de una trayectoria más compleja.

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¿Por qué nada puede superar la velocidad de la luz?

Si creas o descubres un objeto que tenga una masa distinta de cero o que tenga la propiedad de interactuar con otras partículas de alguna manera, entonces habrás inventado Una máquina del tiempo…. Al mismo tiempo, nunca se ha observado nada parecido en el mundo que conocemos. Simplificando el lenguaje científico, describamos la situación como sigue:

Representemos los sucesos X e Y, siendo el suceso X la causa del suceso Y, e Y la consecuencia de X, respectivamente. Por ejemplo, el evento X es una llamarada de supernova en una galaxia lejana, e Y es el registro de sus partículas por los astrónomos en la Tierra. Si la distancia entre X e Y es mayor que el tiempo que las separa (T) multiplicado por la velocidad de la luz (C), obtendremos tres resultados diferentes en distintos marcos de referencia:

1. El evento X ocurrió antes del evento Y;
2. El evento Y ocurrió antes del evento X;
3. Los eventos X e Y ocurrieron simultáneamente.

Obviamente, las dos últimas opciones son difícilmente posibles desde el punto de vista de la ciencia moderna, lo que significa que nada puede moverse o transmitir información más rápido que la velocidad de la luz.

Sin embargo, qué tal esta situación: tomas una linterna muy potente, apuntas a Marte y mueves tu dedo en el haz de luz – si lo haces lo suficientemente rápido, la sombra de tu dedo “corre” en la superficie de Marte más rápido que la velocidad de la luz, lo que refuta nuestra teoría.

En realidad, no. Mover una sombra no puede llamarse mover un objeto con masa, al igual que la propia sombra no interactúa con nada, sino que es sólo la ausencia de luz. Los fotones de su linterna llegarán a Marte a la velocidad ya conocida de 299.792.458 metros por segundo.

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Velocidad cercana a la luz

Según los postulados de la teoría general de la relatividad, cuanto más rápido aceleremos una partícula con cierta masa, más energía necesitaremos para hacerlo. Al mismo tiempo, al acercarnos a la velocidad de la luz, esta energía tenderá al infinito.

Sin embargo, esto no significa que la luz sea órdenes de magnitud más rápida que cualquier otra cosa en el universo. Por ejemplo, los científicos del CERN han acelerado protones en el Gran Colisionador de Hadrones a una velocidad de 299.792.455 m/s, que es sólo 3 m/s inferior a la de los fotones ingrávidos de la luz.

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FTL

Las restricciones descritas anteriormente que la física moderna impone a las velocidades en el Universo no se aplican a las partículas que no tienen masa, no interactúan con las partículas ordinarias y pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz. Tales partículas se denominan comúnmente taquiones y por el momento su existencia es sólo una suposición (es difícil inventar una herramienta eficaz para su detección, porque no interactúan con nada).

Otro ejemplo popular de velocidad superlumínica son los fenómenos de la mecánica cuántica. En el momento en que te pones un calcetín en el pie derecho, el segundo calcetín se convierte instantánea y automáticamente en el izquierdo, independientemente de la distancia entre ellos. Aproximadamente, según este principio, la comunicación cuántica se lleva a cabo en la medición del espín de los fotones, en la que la información no se transfiere, sino que en realidad un estado pasa a otro sin interacción directa entre los objetos.

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La velocidad de la luz claramente

Los científicos astrofísicos se ven privados, en su mayoría, de la oportunidad de realizar experimentos completos en laboratorios, como hacen los biólogos o los químicos, por ejemplo, debido a la escala de los procesos que se investigan. Al mismo tiempo, todos los astrónomos tienen acceso al mayor polígono en el que se realizan constantemente pruebas grandiosas: todo el Universo observable con cuásares, radiopulsares, agujeros negros y otros objetos curiosos.

Sin embargo, los descubrimientos astrofísicos más interesantes en la actualidad parecen gráficos complejos mal entendidos, y el público se ve obligado a conformarse con las imágenes procesadas de unos pocos instrumentos, como el telescopio Hubble. Sin embargo, la ciencia oficial se da cuenta hoy en día de la importancia de la actividad de los medios de comunicación y trata por todos los medios de visualizar para el ciudadano medio los procesos que no se pueden presentar simplemente en la cabeza.

Por ejemplo, el empleado de la NASA James O’Donoghue, ha demostrado la velocidad de la luz en relación con nuestro planeta (suprimiendo la influencia de la atmósfera en sus cálculos): un rayo de luz pasa alrededor de la Tierra 7,5 veces en sólo un segundo, superando cada vez más de 40 mil kilómetros.

La distancia a la Luna es de unos 384.000 kilómetros (dependiendo de la ubicación actual de los objetos) y los fotones ya tardarían 1,22 segundos en atravesarla.

Al transmitir desde Marte a la Tierra a la velocidad de la luz en el momento de máxima convergencia planetaria, tendría que esperar más de seis minutos, y a la distancia media el tiempo de espera llegaría a ser de media hora.

Al mismo tiempo, estamos separados del “planeta rojo” por una media de 254 millones de kilómetros, la sonda New Horizons, por ejemplo, ya ha volado a 6.640 millones de kilómetros de la Tierra, y para llegar al planeta más cercano fuera del sistema solar, es necesario volar 39,7 billones de kilómetros.