Cuando Albert Einstein predijo que la luz viaja a la misma velocidad en todas partes de nuestro Universo, el dedujo un límite de velocidad: 299,792 kilómetros por segundo (186.282 millas por segundo) – lo suficientemente rápido para rodear toda la Tierra ocho veces cada segundo. Pero esa no es toda la historia. De hecho, es sólo el comienzo.
Antes de Einstein, la masa – los átomos que nos componen a nosotros y todo lo que vemos – y la energía fueron tratados como entidades separadas. Pero en 1905, Einstein cambió para siempre la forma en que los físicos ven el Universo.
La teoría de la relatividad especial de Einstein junto de manera permanentemente la masa y energía en la sencilla pero fundamental ecuación E = mc2. Esta pequeña ecuación predice que nada con masa puede moverse tan rápido como la luz, o más rápido. Lo más cercano que jamás se ha llegado a alcanzar la velocidad de la luz es la que se produce dentro de potentes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones y el Tevatron.
Estas máquinas colosales aceleran partículas subatómicas a más de 99,99% de la velocidad de la luz, pero como explica el premio Nobel de Física David Gross, estas partículas nunca alcanzarán el límite de velocidad cósmica.
Para ello se requiere una cantidad infinita de energía y en el proceso, la masa del objeto se haría infinita, lo cual es imposible. (Las partículas de la luz, llamadas fotones, viajan a la velocidad de la luz debido a que no tienen masa.)
Desde Einstein, los físicos han descubierto que ciertas entidades pueden llegar a la velocidad superluminal (que significa "más rápido que la luz") y todavía siguen las reglas cósmicas establecidas por la relatividad. Si bien estos no refutan la teoría de Einstein, nos dan una idea del peculiar comportamiento de la luz y el reino cuántico.
La relación entre la luz y el estampido sónico.
Cuando los objetos viajan más rápido que la velocidad del sonido, se genera un estampido sónico. Así que, en teoría, si algo viaja más rápido que la velocidad de la luz, debe producir algo así como un "boom luminal". De hecho, este auge de la luz que pasa a diario en las instalaciones de todo el mundo – se puede ver con sus propios ojos. Se llama radiación Cherenkov, y se muestra como un resplandor azul en el interior de los reactores nucleares.
La radiación Cherenkov se llama así por el científico soviético Pavel Alekseyevich Cherenkov, que logro medir el fenómeno en 1934 y fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1958 por su descubrimiento.
La radiación Cherenkov brilla debido a que el núcleo del reactor de prueba avanzada se sumerge en agua para mantenerlo fresco. En el agua, la luz viaja a 75% de la velocidad que viajaría en el vacío del espacio exterior, pero los electrones creados por la reacción en el interior del núcleo viajan a través del agua más rápido que la luz.
Las partículas, como los electrones, que superan la velocidad de la luz en el agua, o algún otro medio como el vidrio, crean una onda de choque similar a la onda expansiva de una explosión sónica.
Cuando un cohete, por ejemplo, viaja a través del aire, genera ondas de presión en frente que se alejan de este a la velocidad del sonido, y cuanto más cerca esta el cohete de alcanzar la barrera del sonido, menos tiempo tienen las olas para salir de el camino del objeto . Una vez que llegue a la velocidad del sonido, las ondas que se amontonan crean un frente de choque que forma un estampido sónico.
Del mismo modo, cuando los electrones viajan a través del agua a una velocidad más rápida que la velocidad de la luz en el agua, se generan una onda de choque de la luz que a veces brilla como luz azul, pero también pueden brillar en rayos ultravioleta. Mientras que estas partículas viajan más rápido que la luz en el agua, en realidad no rompen el límite de la velocidad cósmica de 299,792 kilómetros por segundo (186.282 millas por segundo).
Cuando las reglas no aplican
Tenga en cuenta que la teoría de la relatividad de Einstein propone que nada con masa puede ir más rápido que la velocidad de la luz, y que el universo se rige por este regla. Pero algunos físicos se plantean la interrogante de ¿qué pasa con algo sin masa?
Los fotones, por su propia naturaleza, no pueden superar la velocidad de la luz, pero las partículas de luz no son la única entidad sin masa en el universo. El espacio vacío no contiene ninguna sustancia material y por lo tanto, por definición, no tiene masa. "Puesto que es sólo espacio vacío o vacío, puede expandirse más rápido que la velocidad de la luz", dijo el astrofísico teórico Michio Kaku a la revista Big Think. "Por lo tanto, el espacio vacío sin duda puede expandirse más rápido que la luz."
Esto es exactamente lo que los físicos piensan que sucedió inmediatamente después del Big Bang durante la época llamada inflación, que fue la primera hipótesis presentada por los físicos Alan Guth y Andrei Linde en la década de 1980. Dentro de una billonésima de billonésima de segundo, el Universo se duplicó varias veces en tamaño y, como resultado, el borde exterior del universo se expandió muy rápidamente, mucho más rápido que la velocidad de la luz.
El entrelazamiento cuántico
"Si tengo dos electrones muy juntos, pueden vibrar al unísono, de acuerdo con la teoría cuántica," Kaku explico a Big Think. Ahora, si separamos esos dos electrones para que estén a cientos o incluso miles de años luz de distancia, van a mantener este puente de comunicación instantánea.
"Si se agita un electrón, el otro electrón 'detecta' esta vibración al instante, más rápido que la velocidad de la luz. Einstein pensó que esto refutó la teoría cuántica, ya que nada puede ir más rápido que la luz", escribió Kaku.
De hecho, en 1935, Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, intentaron refutar la teoría cuántica con un experimento mental que Einstein llamo como "acción fantasmal a distancia".
Irónicamente, su trabajo sentó las bases de lo que hoy se llama la (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoja EPR, una paradoja que describe esta comunicación instantánea del entrelazamiento cuántico – una parte integral de algunas de las tecnologías más vanguardistas del mundo, como la cuántica criptografía.
El sueño de los agujeros de gusano
Puesto que nada con la masa puede viajar más rápido que la luz, usted puede pensar en viajes interestelares – al estilo clásico de naves espaciales.
Aunque Einstein pisoteaba de nuestras aspiraciones de viajes por la carretera del espacio profundo con su teoría de la relatividad especial, nos dio una nueva esperanza para los viajes interestelares con su teoría general de la relatividad en 1915. Mientras que la relatividad especial casó la masa y la energía, la relatividad general coloco el espacio y tiempo juntos.
"La única forma viable de romper la barrera de la luz puede ser a través de la relatividad general y la deformación del espacio-tiempo", escribe Kaku. Esta deformación es lo que coloquialmente llamamos un agujero de gusano, lo que teóricamente permitiría el viaje de grandes distancias instantáneamente, esencialmente, lo que nos permite romper el límite de velocidad cósmica al viajar grandes distancias en un lapso muy corto de tiempo.
En 1988, el físico teórico Kip Thorne – consultor de ciencia y productor ejecutivo de la película Interestelar – utiliza las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para predecir la posibilidad de los agujeros de gusano para los viajes espaciales. Pero para ser transitables, estos agujeros de gusano necesitan algún extraño, materia exótica para mantenerlos abiertos.
"Ahora es un hecho asombroso que puede existir materia exótica, gracias a weirdnesses en las leyes de la física cuántica", escribio Thorne en su libro La ciencia de Interestelar.
Y esta materia exótica incluso se ha hecho en los laboratorios aquí en la Tierra, pero en muy pequeñas cantidades. Cuando Thorne propuso su teoría de los agujeros de gusano estables en 1988 hizo un llamamiento a la comunidad de la física para ayudar a determinar si hay suficiente materia exótica en el Universo para apoyar la posibilidad de un agujero de gusano.
"Esto provocó una gran cantidad de investigación por una gran cantidad de físicos; pero hoy, casi 30 años después, la respuesta sigue siendo desconocida." Thorne escribe. Por el momento, no se ve bien ", pero todavía estamos lejos de una respuesta final", concluye.
Fuente: http://viralgeek.co/fenomenos-cosmicos-que-viajan-mas-rapido-que-la-velocidad-de-la-luz/
Antes de Einstein, la masa – los átomos que nos componen a nosotros y todo lo que vemos – y la energía fueron tratados como entidades separadas. Pero en 1905, Einstein cambió para siempre la forma en que los físicos ven el Universo.
La teoría de la relatividad especial de Einstein junto de manera permanentemente la masa y energía en la sencilla pero fundamental ecuación E = mc2. Esta pequeña ecuación predice que nada con masa puede moverse tan rápido como la luz, o más rápido. Lo más cercano que jamás se ha llegado a alcanzar la velocidad de la luz es la que se produce dentro de potentes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones y el Tevatron.
Estas máquinas colosales aceleran partículas subatómicas a más de 99,99% de la velocidad de la luz, pero como explica el premio Nobel de Física David Gross, estas partículas nunca alcanzarán el límite de velocidad cósmica.
Para ello se requiere una cantidad infinita de energía y en el proceso, la masa del objeto se haría infinita, lo cual es imposible. (Las partículas de la luz, llamadas fotones, viajan a la velocidad de la luz debido a que no tienen masa.)
Desde Einstein, los físicos han descubierto que ciertas entidades pueden llegar a la velocidad superluminal (que significa "más rápido que la luz") y todavía siguen las reglas cósmicas establecidas por la relatividad. Si bien estos no refutan la teoría de Einstein, nos dan una idea del peculiar comportamiento de la luz y el reino cuántico.
La relación entre la luz y el estampido sónico.
Cuando los objetos viajan más rápido que la velocidad del sonido, se genera un estampido sónico. Así que, en teoría, si algo viaja más rápido que la velocidad de la luz, debe producir algo así como un "boom luminal". De hecho, este auge de la luz que pasa a diario en las instalaciones de todo el mundo – se puede ver con sus propios ojos. Se llama radiación Cherenkov, y se muestra como un resplandor azul en el interior de los reactores nucleares.
La radiación Cherenkov se llama así por el científico soviético Pavel Alekseyevich Cherenkov, que logro medir el fenómeno en 1934 y fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1958 por su descubrimiento.
La radiación Cherenkov brilla debido a que el núcleo del reactor de prueba avanzada se sumerge en agua para mantenerlo fresco. En el agua, la luz viaja a 75% de la velocidad que viajaría en el vacío del espacio exterior, pero los electrones creados por la reacción en el interior del núcleo viajan a través del agua más rápido que la luz.
Las partículas, como los electrones, que superan la velocidad de la luz en el agua, o algún otro medio como el vidrio, crean una onda de choque similar a la onda expansiva de una explosión sónica.
Cuando un cohete, por ejemplo, viaja a través del aire, genera ondas de presión en frente que se alejan de este a la velocidad del sonido, y cuanto más cerca esta el cohete de alcanzar la barrera del sonido, menos tiempo tienen las olas para salir de el camino del objeto . Una vez que llegue a la velocidad del sonido, las ondas que se amontonan crean un frente de choque que forma un estampido sónico.
Del mismo modo, cuando los electrones viajan a través del agua a una velocidad más rápida que la velocidad de la luz en el agua, se generan una onda de choque de la luz que a veces brilla como luz azul, pero también pueden brillar en rayos ultravioleta. Mientras que estas partículas viajan más rápido que la luz en el agua, en realidad no rompen el límite de la velocidad cósmica de 299,792 kilómetros por segundo (186.282 millas por segundo).
Cuando las reglas no aplican
Tenga en cuenta que la teoría de la relatividad de Einstein propone que nada con masa puede ir más rápido que la velocidad de la luz, y que el universo se rige por este regla. Pero algunos físicos se plantean la interrogante de ¿qué pasa con algo sin masa?
Los fotones, por su propia naturaleza, no pueden superar la velocidad de la luz, pero las partículas de luz no son la única entidad sin masa en el universo. El espacio vacío no contiene ninguna sustancia material y por lo tanto, por definición, no tiene masa. "Puesto que es sólo espacio vacío o vacío, puede expandirse más rápido que la velocidad de la luz", dijo el astrofísico teórico Michio Kaku a la revista Big Think. "Por lo tanto, el espacio vacío sin duda puede expandirse más rápido que la luz."
Esto es exactamente lo que los físicos piensan que sucedió inmediatamente después del Big Bang durante la época llamada inflación, que fue la primera hipótesis presentada por los físicos Alan Guth y Andrei Linde en la década de 1980. Dentro de una billonésima de billonésima de segundo, el Universo se duplicó varias veces en tamaño y, como resultado, el borde exterior del universo se expandió muy rápidamente, mucho más rápido que la velocidad de la luz.
El entrelazamiento cuántico
"Si tengo dos electrones muy juntos, pueden vibrar al unísono, de acuerdo con la teoría cuántica," Kaku explico a Big Think. Ahora, si separamos esos dos electrones para que estén a cientos o incluso miles de años luz de distancia, van a mantener este puente de comunicación instantánea.
"Si se agita un electrón, el otro electrón 'detecta' esta vibración al instante, más rápido que la velocidad de la luz. Einstein pensó que esto refutó la teoría cuántica, ya que nada puede ir más rápido que la luz", escribió Kaku.
De hecho, en 1935, Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, intentaron refutar la teoría cuántica con un experimento mental que Einstein llamo como "acción fantasmal a distancia".
Irónicamente, su trabajo sentó las bases de lo que hoy se llama la (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoja EPR, una paradoja que describe esta comunicación instantánea del entrelazamiento cuántico – una parte integral de algunas de las tecnologías más vanguardistas del mundo, como la cuántica criptografía.
El sueño de los agujeros de gusano
Puesto que nada con la masa puede viajar más rápido que la luz, usted puede pensar en viajes interestelares – al estilo clásico de naves espaciales.
Aunque Einstein pisoteaba de nuestras aspiraciones de viajes por la carretera del espacio profundo con su teoría de la relatividad especial, nos dio una nueva esperanza para los viajes interestelares con su teoría general de la relatividad en 1915. Mientras que la relatividad especial casó la masa y la energía, la relatividad general coloco el espacio y tiempo juntos.
"La única forma viable de romper la barrera de la luz puede ser a través de la relatividad general y la deformación del espacio-tiempo", escribe Kaku. Esta deformación es lo que coloquialmente llamamos un agujero de gusano, lo que teóricamente permitiría el viaje de grandes distancias instantáneamente, esencialmente, lo que nos permite romper el límite de velocidad cósmica al viajar grandes distancias en un lapso muy corto de tiempo.
En 1988, el físico teórico Kip Thorne – consultor de ciencia y productor ejecutivo de la película Interestelar – utiliza las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para predecir la posibilidad de los agujeros de gusano para los viajes espaciales. Pero para ser transitables, estos agujeros de gusano necesitan algún extraño, materia exótica para mantenerlos abiertos.
"Ahora es un hecho asombroso que puede existir materia exótica, gracias a weirdnesses en las leyes de la física cuántica", escribio Thorne en su libro La ciencia de Interestelar.
Y esta materia exótica incluso se ha hecho en los laboratorios aquí en la Tierra, pero en muy pequeñas cantidades. Cuando Thorne propuso su teoría de los agujeros de gusano estables en 1988 hizo un llamamiento a la comunidad de la física para ayudar a determinar si hay suficiente materia exótica en el Universo para apoyar la posibilidad de un agujero de gusano.
"Esto provocó una gran cantidad de investigación por una gran cantidad de físicos; pero hoy, casi 30 años después, la respuesta sigue siendo desconocida." Thorne escribe. Por el momento, no se ve bien ", pero todavía estamos lejos de una respuesta final", concluye.
Fuente: http://viralgeek.co/fenomenos-cosmicos-que-viajan-mas-rapido-que-la-velocidad-de-la-luz/
