Siguiendo la serie de artículos sobre física que comenzamos con el tema de la Materia Oscura hoy presentamos un artículo dedicado a la velocidad de la luz y las razones que la convierten en la velocidad límite del universo.

Einstein y la Teoría de la Relatividad

Aunque muchos no lo sepan, la noción de la velocidad de la luz como la máxima velocidad del universo apareció por primera vez gracias al trabajo de Albert Einstein, quien propuso en su famosa Teoría de La Relatividad la equivalencia entre materia y energía.

Pero la teoría de la relatividad, además de esto, introdujo el concepto de los diferentes “planos de observación” en el universo. Muchos conocerán la noción de Einstein de que “todo es relativo”, es decir, que cada observador puede determinar qué se está moviendo y qué no se está moviendo de maneras diferentes. De ahí el chiste recurrente de que si la gallina está cruzando la carretera o es  la carretera la que se está moviendo por debajo de la gallina depende de la posición de observador.

Pero aún en el mundo relativista hay una variable universal: la velocidad de la luz. Porque sin importar donde estés o a qué velocidad te estés moviendo la velocidad de la luz siempre va a ser la misma.

Luz constante

Pensemos en un ejercicio mental: tienes un arma que dispara una bala a 100 km/h (la velocidad de una bala es mayor, pero utilizamos este número por facilidad).

Si disparas el arma desde el suelo la bala va a viajar a 100 km/h. Sin embargo, si la disparas desde un auto que está andando a 50 km/h la bala va a viajar a 150 km/h. La velocidad de la bala, como es lógico, se le sumó a la velocidad del vehículo desde el cual es disparada.

Con la luz no sucede esto. La luz viaja siempre a 299’792.458 m/s. Si vas en una nave a 10.000 m/s y enciendes una  linterna la luz viajará exactamente a la misma velocidad de antes. Esto puede explicarse porque la luz se comporta también como una onda, y las ondas viajan a una velocidad constante en los medios en los que se desplazan. El mejor ejemplo de esto es el sonido, que se mueve a la misma velocidad independientemente de su fuente y por ello permite “romper la barrera del sonido”.

Un ejemplo del movimiento de las ondas de sonido relativas a la fuente. En el caso del carro, este las intenta «alcanzar», por decirlo así.

Pero el asunto es aún más raro. El sonido se mueve alrededor de 340 m/s (es un aproximado, pues cambia dependiendo de la temperatura, la presión, la humedad, etc.) en el aire. Si yo voy en un vehículo a 200 m/s el sonido que emito sigue viajando a340 m/s. Eso quiere decir que si bien una persona por fuera del vehículo que esté quieta lo va a ver moverse a su máxima velocidad, desde mi vehículo yo voy a ver que la onda se aleja de mí a apenas 140 m/s. Cuando yo alcanzó la velocidad del sonido oficialmente viajo al tiempo que él, y por lo tanto él no se aleja de mí. Es aquí cuando se dice que un vehículo rompe la barrera del sonido.

Pero si yo en una nave, sin importar cuán rápido vaya, al encender una linterna veré que la luz aleja de mí a exactamente la misma velocidad que la vería una persona que esté quieta. Al contrario que en el caso del sonido, el hecho de que uno esté quieto y el otro moviéndose no cambia su percepción de la onda. ¿Cómo es eso posible?

La dilatación del tiempo

La respuesta es un tanto compleja y completamente contra intuitiva. Lo que sucede es que el tiempo transcurre a ritmos diferentes dependiendo de la velocidad a la que se mueven el objeto o sujeto en cuestión.

Tomemos dos cronómetros idénticos. Uno de ellos se queda en la Tierra. El otro dará vueltas a la Tierra en una nave a gran velocidad. Cuando la nave aterrice y se comparen los cronómetros, nos daremos cuenta de que el cronómetro de la Tierra ha recorrido más tiempo que el del espacio. O dicho de otra manera, para el cronómetro que se movía rápido tiempo ha transcurrido a mayor lentitud.

Este experimento ya se ha realizado con cronómetros atómicos. Los resultados son consistentes con la teoría. Esto significa que entre más rápido uno se mueva más lento va a transcurrir el tiempo para uno, y por esta razón la luz siempre se moverá a la misma velocidad.

En este contexto, tomaría un tiempo infinito alcanzar la velocidad de la luz, y por esta razón jamás podremos viajar más rápido que ella. Al menos hasta que no encontremos la existencia de nuevas partículas (se llaman «taquiones», pero no se ha demostrado que existan) y de alguna manera de convertirnos en esas partículas y luego “desconvertirnos”.

Fuentes:

1. https://www.quora.com/Why-cant-we-travel-at-the-speed-of-light-2
2. https://www.theguardian.com/science/2014/jan/12/einstein-theory-of-relativity-speed-of-light

Imágenes: 1: hw.ac.uk, 2: geo.arizona.edu, 3: scienceandnonduality.com