Estos 4 fenómenos cósmicos viajan más rápido que la velocidad de la luz

Estos 4 fenómenos cósmicos viajan más rápido que la velocidad de la luz

Estos 4 fenómenos cósmicos viajan más rápido que la velocidad de la luz Rompiendo la barrera de luz.   Cuando

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Estos 4 fenómenos cósmicos viajan más rápido que la velocidad de la luz

Rompiendo la barrera de luz.

 

Cuando Albert Einstein predijo por primera vez que la luz viaja a la misma velocidad en todas partes de nuestro Universo, básicamente selló un límite de velocidad en ella: 299,792 kilómetros por segundo, lo suficientemente rápido como para rodear toda la Tierra ocho veces por segundo.

Pero esa no es toda la historia. De hecho, es solo el comienzo.

Antes de Einstein, masa, los átomos que te componen a ti, a mí y a todo lo que vemos, y la energía se trataron 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 unió permanentemente la masa y la energía en la ecuación simple pero fundamental E = mc 2 .

Esta pequeña ecuación predice que nada con masa puede moverse tan rápido como la luz o más rápido. La humanidad más cercana que ha llegado a alcanzar la velocidad de la luz está dentro de potentes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones y el Tevatron.

Estas máquinas colosales aceleran las partículas subatómicas a más del 99,99 por ciento de la velocidad de la luz, pero, como explica el ganador del premio Nobel de física David Gross , estas partículas nunca alcanzarán el límite de velocidad cósmico.

Hacerlo requeriría una cantidad infinita de energía y, en el proceso, la masa del objeto se volvería infinita, lo cual es imposible. (La razón por la cual las partículas de luz, llamadas fotones, viajan a velocidades de luz es porque no tienen masa).

Desde Einstein, los físicos han descubierto que ciertas entidades pueden alcanzar velocidades superlumínicas (que significa “más rápidas que la luz”) y aún así seguir las reglas cósmicas establecidas por la relatividad especial.

Si bien estos no refutan la teoría de Einstein, nos dan una idea del comportamiento peculiar de la luz y el reino cuántico.

El equivalente ligero de un auge sónico

Cuando los objetos viajan más rápido que la velocidad del sonido, generan un estampido sónico. Entonces, en teoría, si algo viaja más rápido que la velocidad de la luz, debería producir algo así como un “auge luminal”.

De hecho, este auge de la luz ocurre a diario en las instalaciones de todo el mundo; puedes verlo con tus propios ojos. Se llama radiación Cherenkov, y se muestra como un resplandor azul dentro de los reactores nucleares, como en la imagen de arriba.

La radiación de Cherenkov recibe su nombre del científico soviético Pavel Alekseyevich Cherenkov, quien la midió por primera vez en 1934 y fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1958 por su descubrimiento.

La radiación de Cherenkov se ilumina porque el núcleo del Reactor de prueba avanzado se sumerge en agua para mantenerlo frío. En el agua, la luz viaja al 75 por ciento de la velocidad que tendría en el vacío del espacio exterior, pero los electrones creados por la reacción dentro del núcleo viajan a través del agua más rápido que la luz.

Las partículas, como estos electrones, que superan la velocidad de la luz en el agua, o en algún otro medio como el vidrio, crean una onda de choque similar a la onda de choque de un estampido sónico.

Cuando un cohete, por ejemplo, viaja a través del aire, genera ondas de presión al frente que se alejan de él a la velocidad del sonido, y cuanto más se acerca el cohete a esa barrera de sonido, menos tiempo tienen las ondas para salir del objeto. camino.

Una vez que alcanza la velocidad del sonido, las olas se agrupan creando un frente de choque que forma un fuerte estruendo sónico.

Del mismo modo, cuando los electrones viajan a través del agua a velocidades más rápidas que la velocidad de la luz en el agua, generan una onda de choque de luz que a veces brilla como luz azul, pero también puede brillar en el ultravioleta.

Si bien estas partículas viajan más rápido que la luz en el agua, en realidad no están rompiendo el límite de velocidad cósmica de 299,792 kilómetros por segundo (186,282 millas por segundo).

Cuando las reglas no se aplican

Tenga en cuenta que la teoría de la relatividad especial de Einstein afirma que nada con la masa puede ir más rápido que la velocidad de la luz, y en lo que los físicos pueden decir, el Universo se atiene a esa regla.

Pero ¿qué pasa con algo sin masa?

Los fotones, por su propia naturaleza, no pueden exceder 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 sustancia material y, por lo tanto, por definición, no tiene masa.

“Dado que nada es solo espacio vacío o vacío, puede expandirse más rápido que la velocidad de la luz ya que ningún objeto material está rompiendo la barrera de la luz”, dijo el astrofísico teórico Michio Kaku en Big Think .

“Por lo tanto, el espacio vacío ciertamente puede expandirse más rápido que la luz”.

Esto es exactamente lo que los físicos piensan que ocurrió inmediatamente después del Big Bang durante la época llamada inflación, que fue la primera hipótesis de los físicos Alan Guth y Andrei Linde en la década de 1980.

En una trillonésima parte de una billonésima de segundo, el Universo duplicó repetidamente su tamaño y, como resultado, el borde exterior del universo se expandió muy rápido, mucho más rápido que la velocidad de la luz .

Enredo cuántico hace el corte

“Si tengo dos electrones juntos, pueden vibrar al unísono, de acuerdo con la teoría cuántica”, explica Kaku en Big Think .

Ahora, separa esos dos electrones para que estén a cientos o incluso miles de años luz de distancia, y mantendrán abierto este puente de comunicación instantáneo.

“Si agito un electrón, el otro electrón ‘detecta’ esta vibración instantáneamente, más rápido que la velocidad de la luz. Einstein pensó que esto desmentía 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 sobre lo que Einstein denominó “acción espeluznante a distancia” .

Irónicamente, su artículo sentó las bases de lo que hoy se llama la paradoja EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) , una paradoja que describe esta comunicación instantánea del enredo cuántico: una parte integral de algunas de las tecnologías más punteras del mundo, como la cuántica criptografía.

Soñando con agujeros de gusano

Como nada con masa puede viajar más rápido que la luz, puedes besar el viaje interestelar de despedida, al menos, en el sentido clásico de cohetes voladores.

Aunque Einstein pisoteó nuestras aspiraciones de viajes en el espacio profundo con su teoría de la relatividad especial, nos dio una nueva esperanza para el viaje interestelar con su teoría general de la relatividad en 1915.

Mientras que la relatividad especial combinaba masa y energía, la relatividad general tejía 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.

Este warping es lo que coloquialmente llamamos un agujero de gusano, que teóricamente permitiría que algo viajara vastas distancias instantáneamente, esencialmente permitiéndonos romper el límite de velocidad cósmico viajando grandes distancias en un tiempo muy corto.

En 1988, el físico teórico Kip Thorne -consultor científico y productor ejecutivo de la reciente película Interstellar- utilizó las ecuaciones de Einstein de la relatividad general para predecir la posibilidad de agujeros de gusano que siempre estarían abiertos para el viaje espacial.

Pero para poder ser atravesados, estos agujeros de gusano necesitan una materia extraña y exótica que los mantenga abiertos.

“Ahora es un hecho sorprendente que la materia exótica puede existir, gracias a rarezas en las leyes de la física cuántica”, escribe Thorne en su libro The Science of Interstellar.

Y esta materia exótica incluso se ha hecho en laboratorios aquí en la Tierra , pero en cantidades muy pequeñas.

Cuando Thorne propuso su teoría de los agujeros de gusanos estables en 1988, llamó a la comunidad de física para que lo ayudara a determinar si existía suficiente materia exótica en el Universo como para admitir la posibilidad de un agujero de gusano.

“Esto provocó mucha investigación por parte de muchos físicos, pero hoy, casi 30 años después, la respuesta aún se desconoce”. Thorne escribe.

Por el momento, no se ve bien, “pero todavía estamos lejos de una respuesta final” , concluye .

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