¿Podemos trascender el tiempo y el espacio superando la velocidad de la luz?

En el estudio de la física se han propuesto muchas paradojas. El propósito de proponer una paradoja es agudizar el problema que se está estudiando, de modo que se puedan aclarar aún más los conceptos básicos de la teoría, o aclarar qué errores hay en el argumento lógico, qué suposiciones están implícitas o qué otras cosas se han ignorado. .factores importantes, etc. Se han propuesto dos paradojas con respecto a la teoría especial de la relatividad, a saber, la "paradoja de los gemelos" y la "paradoja del abuelo-nieto" (es decir, el problema de la inversión del tiempo o la inversión de causalidad causada por el movimiento superligero). La "paradoja de los gemelos" se resolverá después de que la teoría especial de la relatividad se extienda a la teoría general de la relatividad, y la "paradoja del abuelo-nieto" se resolverá en la extensión adicional de la teoría especial de la relatividad discutida en este artículo.

1. La paradoja de los gemelos

Imagina que hay dos hermanos gemelos A y B. A viaja por el espacio en una nave espacial, mientras B se queda en tierra esperando a A. La nave espacial en la que viaja A acelera hasta alcanzar la velocidad v en un período de tiempo muy corto (la velocidad v es cercana a la velocidad de la luz c). Luego, la nave espacial vuela en línea recta a una velocidad constante a una velocidad v. Después de volar durante mucho tiempo, la nave espacial gira rápidamente y continúa volando en línea recta a una velocidad constante a una velocidad v. Al regresar al suelo, frena con urgencia, aterriza y se encuentra con B que ha estado en el suelo. A solo acelera durante los tres períodos de arranque, giro y desaceleración para aterrizar. La mayor parte del resto del tiempo, vuela en línea recta a velocidad constante y se encuentra en un marco inercial donde se aplica la teoría especial de la relatividad. es aplicable.

Según la expresión relacional de la desaceleración de un reloj en movimiento derivada de la transformación de Lorentz en el Capítulo 1

Entre ellas, △t es la distancia recorrida por un reloj estacionario en el marco inercial S Tiempo, △t/ es el tiempo transcurrido por un reloj estacionario en relación con el marco inercial S/ que se mueve a velocidad v.

Debido a que el tiempo que tarda A en arrancar, dar la vuelta, desacelerar y aterrizar es muy corto, si se omiten estos tres períodos, entonces τ es el tiempo que pasa A en el vuelo espacial, T es el tiempo. B pasó en la Tierra mientras A volaba en el espacio. Es decir, A viaja en el espacio a alta velocidad y descubre que B es mayor que A cuando regresa.

Si la velocidad de la nave espacial es muy cercana a la velocidad de la luz c, el efecto relativista será muy evidente. Por ejemplo, si v = 0,9999c, entonces T = 70,71τ. Por ejemplo, cuando estos hermanos gemelos tenían 20 años, A tomó un vuelo espacial en una nave espacial. A pensó que el vuelo duraría solo un año. Cuando regresó a la Tierra, A tenía solo 21 años, pero descubrió que B. tenía unos 90 años. Es mayor, es decir, B es mucho mayor que A.

Sin embargo, la situación anterior también puede examinarse desde otro ángulo. Es decir, para A que está viajando en una nave espacial, A está estacionario en la nave espacial y ve a B acelerar en la dirección opuesta a la velocidad v en un período de tiempo muy corto, y luego B vuela en línea recta a una velocidad constante. a una velocidad v. B vuela muy rápido Después de un largo período de tiempo, rápidamente se dio la vuelta y continuó volando en línea recta a una velocidad constante v, y desaceleró con urgencia cuando se encontró con A. Desde el punto de vista de A, B solo acelera durante los tres períodos de arranque, giro y desaceleración. La mayor parte del resto del tiempo, vuela en línea recta a velocidad constante y está en un marco inercial donde ocurre la especial. La teoría de la relatividad es aplicable. Por lo tanto, desde el punto de vista de A, si se omiten los tres períodos en los que B arranca, gira y desacelera (porque estos tres períodos son relativamente cortos), durante el período en que B abandona la nave espacial, el tiempo τ/ empleado por B es igual que el tiempo empleado por A. El tiempo T/ también debe tener la siguiente relación (la teoría especial de la relatividad generalmente registra el tiempo transcurrido por un reloj estacionario en un sistema que se mueve en línea recta uniforme con respecto a un sistema estacionario como τ, que se llama tiempo original del sistema)

De esta forma, cuando A y B se encuentran, A se vuelve más antiguo que B. Es decir, si B vuela en línea recta con una velocidad de v = 0,9999c, cuando B se encuentra con A un año después de alejarse de A, B tiene sólo 21 años, pero descubre que A se ha convertido en un anciano en su 90, es decir, A es mucho mayor que B.

Se puede observar que las conclusiones analizadas desde distintos ángulos son diferentes y contradictorias. ¿B es mucho mayor que A o A es mucho mayor que B? ¿O ambos están equivocados y ambos deberían ser igualmente jóvenes? Esta proposición se llama "paradoja de los gemelos".

La "Paradoja de los Gemelos" ha provocado que la gente debata durante mucho tiempo. Einstein escribió un artículo especial en 1918, explicando la "Paradoja de los Gemelos" en forma de pregunta y respuesta entre un entrevistador y él mismo. El problema de la "paradoja" miente y el problema de la "paradoja de los gemelos" está resuelto.

Cuando la gente discute el problema de la "Paradoja de los Gemelos", sin importar desde qué ángulo lo consideren, siempre quieren aplicar la teoría especial de la relatividad y piensan que ha llegado el momento de comenzar, dar la vuelta y desacelerar estos Los procesos son muy cortos, por lo que comenzarán, darán la vuelta y se ralentizarán. Se ignora el tiempo para procesos como dar la vuelta y ralentizar. Pero la clave del problema de la "paradoja de los gemelos" está causada precisamente por estos procesos que han sido ignorados.

Al considerar el problema de la "Paradoja de los gemelos" desde el primer punto de vista, B permanece en el suelo esperando a A, y A toma una nave espacial para viajar en el espacio. La aceleración y desaceleración del proceso son relativas. al sistema inercial en el que se encuentra B, por lo que estos procesos no tienen efectos especiales adicionales, y debido a que el tiempo de estos procesos es muy corto, pueden ignorarse según el segundo Al considerar el problema de la "paradoja de los gemelos", es; Consideró que A y la nave espacial en la que viaja están estacionarios, y cuando B se aleja de A y la nave espacial en la que viaja A, B está acelerando y desacelerando en el proceso de arranque, girando y desacelerando, es relativo al no. -sistema inercial en el que se encuentra A. Según el principio de equivalencia de la relatividad general, existe un campo gravitacional en el sistema de referencia en el que se examina el movimiento de B. Aunque tanto A como B están en este campo gravitacional, sus posiciones en el campo gravitacional son diferentes. El campo en ellos también es diferente. Cuando B arranca y desacelera para aterrizar, A y B están cerca uno del otro, sus potenciales de campo gravitacional no son muy diferentes y los efectos de sus campos gravitacionales en el paso del tiempo tampoco son muy diferentes, por lo que este período más corto el tiempo todavía puede ignorarse. Cuando B da la vuelta, debido a que la distancia entre A y B es muy grande, el potencial del campo gravitacional de B es mucho mayor que el de A, lo que hace que el tiempo de B pase mucho más rápido que el de A, o por el contrario, hace que el tiempo de A pase mucho más rápido. más lento que B. Este efecto excede el efecto de la velocidad v sobre el tiempo durante el movimiento uniforme de B con respecto a A, de modo que cuando B regresa de volar y se encuentra con A, B es aún mayor que A. Por lo tanto, el proceso de cambio de sentido de B no puede ignorarse al considerar el problema de la "paradoja de los gemelos". El resultado del cálculo utilizando la relatividad general es que el tiempo τ/ de B y el tiempo T/ de A también tienen la siguiente relación

o

es decir, cuando B regresa de volar y se encuentra con A, A todavía tiene 21 años y B tiene 90 años.

En 1966, se midió en experimentos que cuando los muones se mueven a gran velocidad alrededor de una órbita circular, su vida media es más larga que la de los muones estacionarios en la Tierra. En 1971, la gente observó que los relojes atómicos colocados en los satélites que orbitaban la Tierra funcionaban más lento que los relojes atómicos en la Tierra. Estos experimentos demostraron la exactitud de la teoría general de la relatividad y también la exactitud del argumento de Einstein sobre el problema de la "paradoja de los gemelos".

2. La paradoja de Ye-Sun

Cuando la gente estudió la transformación de coordenadas de la teoría especial de la relatividad y consideró la situación en la que la velocidad del movimiento v excede la velocidad de la luz c, propuso la "Paradoja Ye-Sun".

Sabemos por la sección anterior que el intervalo de tiempo entre dos eventos está relacionado con su posición espacial y el estado de movimiento entre los marcos inerciales de los dos eventos. Aun así, la secuencia de los dos eventos debería ser absoluta y no se puede cambiar debido a sus posiciones espaciales y a los diferentes estados de movimiento de los sistemas inerciales en los que se examinan los dos eventos. Es decir, la teoría de la relatividad todavía sigue la ley. de causalidad de relaciones lógicas, es decir, primero debe haber algo. Las causas tienen consecuencias. Por ejemplo, si quieres viajar al espacio, primero debes partir y luego regresar a la agricultura, primero debes sembrar y luego cosechar; Las personas nacen primero y luego mueren. Con base en esta consideración, se ha discutido la teoría de la relatividad de la siguiente manera.

Supongamos que el sistema inercial s/ se mueve en línea recta a una velocidad uniforme v con respecto al sistema inercial S. Hay dos materias en S, P1 (x1, t1) y P2 (x2, t2 ). Estos dos asuntos están en s/ Las coordenadas del sistema son (x1/, t1/) y (x2/, t2/. Por ejemplo, estos dos eventos son señales transmitidas de P1 a P2, luego la velocidad de transmisión de la señal). es

Según la transformación de Lorentz La relación de transformación de tiempo de /-t1/gt 0

Por lo tanto

Es decir:

Porque; v lt; c, la condición suficiente para satisfacer la fórmula anterior es:

Es decir, el requisito de que la relación causal no se destruya es u≤c, es decir, la velocidad de propagación de todas las señales, incluida la velocidad de transmisión de la interacción y la velocidad de movimiento de los objetos no pueden exceder la velocidad de la luz c. De lo contrario, si ugt; c, siempre habrá algunos sistemas inerciales tales que los signos de t2-t1 y t2/-t1/ sean opuestos, lo que significa que el tiempo fluirá hacia atrás y la causa y el efecto se invertirán. En base a esto, alguien planteó la siguiente proposición: Si ugt;c, es decir, hay una velocidad superligera y el tiempo retrocede, entonces imagina que alguien entra en el mundo de la velocidad superligera durante un tiempo suficientemente largo, y su tiempo No solo se remonta a antes de que él naciera, sino que también se remonta a cuando nació su padre. En el pasado, cuando mató a su abuelo y luego regresó a nuestro mundo de baja velocidad de luz, ¿existieron él y su padre? , ¿cómo nació su padre? La gente llama a esta proposición la "paradoja del abuelo-nieto", también conocida como la "paradoja del abuelo".

Algunas personas ignoran las dificultades lógicas de la "paradoja del abuelo-nieto" o la "paradoja del abuelo" y se entregan al uso del vuelo más rápido que la luz y la inversión del tiempo en novelas de ciencia ficción, películas de ciencia ficción, y películas infantiles.

3. Estado actual de la investigación sobre los taquiones (taquiones)

Algunas personas han realizado diversas especulaciones sobre los taquiones (taquiones) basadas en intuiciones, conjeturas o pensamientos filosóficos. Especialmente ahora, hay una locura por la investigación de OVNIs (platillos voladores), basándose en los informes de avistamientos de platillos voladores y otros informes relacionados, la gente ha llegado a la conclusión de que existen vuelos superligeros y también han hecho varias especulaciones sobre las partículas de taquiones. Todas estas especulaciones carecen de base teórica y no han sido objeto de una derivación teórica estricta. Por lo tanto, las conclusiones extraídas de estas especulaciones y conjeturas son confusas y no pueden resumirse. Ahora solo se enumeran algunos de ellos a continuación. Este artículo solo adjunta un comentario al texto original citado. El autor es una discusión con el autor y los lectores del texto original:

1. ¿Saber?" ? - Pregunta 51 escrita en "Cien preguntas en la ciencia moderna" (Science Popularization Press, 1984):

Dado que nada puede exceder la velocidad de la luz, el tipo de movimiento que la gente supone puede ¿Qué son los taquiones que se ¿Más rápido que la luz?

La teoría especial de la relatividad de Einstein tiene un requisito: ningún objeto en nuestro universo puede moverse a una velocidad relativa superior a la velocidad de la luz en el vacío. Se necesitaría una cantidad infinita de energía para forzar a un objeto a alcanzar la velocidad de la luz, y se necesitaría aún más energía para empujarlo más allá de la velocidad de la luz, lo cual es simplemente inconcebible.

Sin embargo, supongamos por un momento que hay un objeto que se mueve más rápido que la velocidad de la luz.

La velocidad de la luz es de unos 300.000 kilómetros por segundo. Entonces, si hay un objeto con una masa de 1 kilogramo y una longitud de 1 centímetro que se mueve a una velocidad de unos 424.000 kilómetros por segundo, ¿cuál será? pasar? que esta pasando? Si aplicamos las ecuaciones de Einstein, nos dice que la masa del objeto será igual a (la raíz cuadrada de menos uno) kilogramos y su longitud será (la raíz cuadrada de menos uno) centímetros.

Es decir, cualquier objeto que se mueva más rápido que la luz tendrá una masa y una longitud que deberán ser representadas por los llamados “números imaginarios” en matemáticas. No tenemos forma de expresar concretamente masas y longitudes como números imaginarios, por lo que es fácil pensar que, dado que tales cosas son inimaginables, no pueden existir.

Sin embargo, en 1967, Gerald Feinberg de la Universidad de Columbia en Estados Unidos creía que era muy prometedor materializar tal masa y longitud (Feinberg no fue la primera persona en proponer taquiones, esta partícula fue postulada por primera vez por Biranyuk y Sudarshan, pero Feinberg popularizó el concepto). Quizás la masa y la longitud representadas por "números imaginarios" sean solo una forma de describir objetos con (digamos) gravedad negativa: objetos que no son atracción gravitacional hacia la materia en nuestro universo, sino que son mutuamente excluyentes.

Feinberg llamó "taquión" a esta partícula que es más rápida que la luz y que tiene masa y longitud virtuales. Si asumimos que este tipo de taquión puede existir, ¿puede obedecer de otra manera los requisitos de las ecuaciones de Einstein?

Obviamente, los taquiones hacen esto. Podemos imaginarnos el universo entero formado por taquiones que viajan más rápido que la luz pero obedecen a los requisitos de la relatividad. Sin embargo, para que los taquiones hagan esto, la situación es la contraria a la que estamos acostumbrados en lo que respecta a energía y velocidad.

En nuestro "universo lento", la energía de un objeto inmóvil es igual a cero, sin embargo, cuando obtiene energía, se mueve cada vez más rápido. Si la energía que obtiene es infinita, lo hará. ser acelerado a la velocidad de la luz. En el "universo rápido", los taquiones con energía igual a cero se mueven a una velocidad infinita. Cuanto mayor es la energía que obtienen, más lento se mueve. Cuando la energía llega al infinito, su velocidad se reduce a la velocidad de la luz.

En nuestro lento universo, un objeto no puede moverse más rápido que la luz bajo ninguna condición. En el universo rápido, un taquión no puede moverse más lento que la luz bajo ninguna condición. La velocidad de la luz es el límite entre estos dos universos y no se puede superar.

Pero ¿existen realmente los taquiones? Podemos afirmar que existe la posibilidad de un universo rápido que no viole la teoría de Einstein. Sin embargo, la posibilidad de existencia no significa necesariamente que exista.

Una posible forma de detectar el universo rápido es considerar que si un taquión se mueve más rápido que la velocidad de la luz a través del vacío, entonces definitivamente dejará un camino que podrá ser detectado cuando pase por la luz. senderos. Por supuesto, la mayoría de los taquiones vuelan muy rápido: millones de veces más rápido que la luz (al igual que la mayoría de los objetos ordinarios viajan muy lentamente, sólo unas pocas millonésimas de la velocidad de la luz).

Los taquiones ordinarios y sus destellos son fugaces mucho antes de que podamos detectarlos. Sólo los muy raros taquiones de alta energía pasan por nuestros ojos a una velocidad cercana a la de la luz. Incluso en este caso, solo necesitan una cienmilésima de segundo para recorrer un kilómetro, por lo que descubrirlos también es una tarea muy estresante.

Comentario: A partir de la longitud y la masa de números imaginarios, ¡date cuenta de la repulsión mutua de los taquiones! Pero pensaron que cuando los taquiones pasaran volando dejarían un rastro de luz que podría ser detectado, ¿verdad? Si es así, ¿no se habrían detectado taquiones hace mucho tiempo? ¿También piensan que la masa de los taquiones es cero cuando su velocidad es infinita?

2. Martin Harwitt de Estados Unidos escribió esto en el libro "Astrophysics Concepts" (Science Press, 1ª edición, 1981, páginas 213 y 214):

Cuando Einstein descubrió por primera vez. el concepto de relatividad especial, señaló claramente que la velocidad de un objeto no puede ser mayor que la velocidad de la luz. Creía que la relación entre masa estática y energía demostró que para acelerar un. objeto a la velocidad de la luz, Requiere energía infinita. Por lo tanto, si la masa estática de la partícula no es cero, es imposible que la partícula alcance la velocidad de la luz, y mucho menos supere la velocidad de la luz.

En los últimos años, muchos investigadores han planteado esta cuestión: creen que la aceleración continua no puede alcanzar la velocidad de la luz, pero esto por sí solo no puede descartar la existencia de materiales superligeros producidos por otros. Es decir, llamaron taquiones a las partículas que se movían a una velocidad mayor que la velocidad de la luz c, y estudiaron las posibles propiedades de tales entidades.

El argumento básico para defender que se debe estudiar la posibilidad de la existencia de taquiones es que la transformación de Lorentz es similar en forma para los dos casos en los que la velocidad es mayor que la velocidad de la luz y menor que la velocidad de la luz Además, la propia transformación No se ha descartado la posibilidad de taquiones.

Por supuesto, la similitud de las transformaciones no significa que las propiedades de rendimiento de las partículas y los taquiones sean exactamente las mismas. Si observamos la relación entre la masa en reposo y la energía, encontramos que la cantidad en el denominador es un número imaginario cuando la partícula se mueve a una velocidad v gt; Por lo tanto, si la masa del taquión (refiriéndose aquí a la masa en reposo m0) es un número real, entonces su energía debería ser un número imaginario. De hecho, la gente toma la masa (el resto) de los taquiones como un número imaginario. La razón principal es que la observación no puede descartar tal elección. Quizás este sea un enfoque negativo, pero si no hacemos esta suposición, nos resultará más difícil avanzar, es decir, no habrá forma de hacer algunas predicciones sobre los posibles resultados del experimento.

Después de elegir la masa como un número imaginario, la energía E se puede convertir en un número real. Al mismo tiempo, como se muestra en la fórmula

, el momento también es un número. número real.

Ahora, combinando la relación momento-energía

con la relación masa-energía, obtenemos

Cuando v se hace más grande, parece que E se hace más pequeño, y la energía se vuelve cero en el caso límite donde la velocidad se acerca al infinito. Pero en este momento el impulso todavía es limitado y continúa acercándose al valor |m0c|.

Hasta este punto, sólo nos hemos apartado de la ortodoxia al tomar la masa como un número imaginario.

Se han llevado a cabo experimentos preliminares para explorar los taquiones, pero hasta el momento no se han detectado. Sin embargo, es posible que se descubran algún día en el futuro.

Parece que los taquiones no pueden interactuar fácilmente con la materia ordinaria, lo cual es uno de sus defectos. Si no, es posible que ya los hayamos descubierto.

Comentario: El autor de este artículo cree que es negativo para las personas tomar la masa en reposo m0 de taquiones como un número imaginario. ¡Parece que es por impotencia! Sin embargo, después de tomar la masa en reposo de los taquiones como números imaginarios, la masa cinética m, la energía y el momento de los taquiones son todos números reales. Por lo tanto, los taquiones tienen el mismo comportamiento que la materia ordinaria, por lo que se puede concluir que los taquiones pueden detectar conclusiones. Con base en esta teoría, es imposible entender por qué no se pueden detectar los taquiones y sólo podemos lamentar que "los taquiones no interactúan fácilmente con la materia ordinaria; esta es una de sus desventajas; de hecho, esta es una de las ventajas de los taquiones". Cuando las personas comprendan verdaderamente los taquiones, descubrirán que nos proporcionan un mundo más rico y vívido y nos permiten comprender fenómenos misteriosos que antes no podíamos comprender, lo que les permite desarrollar mejor su potencial.

3. "El misterio de los diez mil mundos·Física" editado por Xu Keming y Zhen Changyin considera como un misterio "¿Es la velocidad de la luz el límite de la velocidad del movimiento material?" >

La teoría de la relatividad establece claramente que la velocidad de cualquier objeto (partícula) es siempre menor que c, y como máximo igual a c. Este resultado teórico ha sido confirmado por numerosos experimentos. Sin embargo, en algunos problemas, pueden ocurrir velocidades más rápidas que la luz. Esta situación aparentemente contradictoria puede unificarse siempre que analicemos más a fondo el concepto de velocidad.

Esto se debe a que la teoría especial de la relatividad sólo da límites a la velocidad del movimiento material, o a la velocidad de propagación de la señal y a la velocidad de transmisión de la acción. No limita que ninguna velocidad pueda exceder la velocidad de. Por lo tanto, no se puede descartar la posibilidad de que existan taquiones. Llamamos a las partículas que son más lentas que la velocidad de la luz "bradios" y a las partículas que son más rápidas que la velocidad de la luz se les llama "taquiones". Las partículas en la naturaleza se dividen en tres categorías: bradios, fotones y taquiones. En los últimos años, algunas personas los han dividido en tres categorías según el tamaño de su masa en reposo: bradios m02 gt 0, fotones m02 = 0 y taquiones m02 lt; Las observaciones experimentales actuales sobre la velocidad de la superluz son motivo de gran preocupación y sus campos principales se centran principalmente en fenómenos astronómicos, pero actualmente no hay resultados específicos. Entonces, ¿existen los taquiones en la naturaleza? Esto sigue siendo un misterio.

Comentario: Similar al punto de vista anterior, es un punto de vista bastante representativo.

4. Tian Daojun de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing enumeró los posibles principios de potencia de los platillos voladores en "Resumen de la investigación y perspectivas de los sistemas de energía OVNI", uno de los cuales es:

El principio de masa virtual se basa en la teoría especial de la relatividad de Einstein. Supongamos que la masa estática de un objeto es m0, entonces la relación entre su masa en movimiento m y su velocidad ν es:

Cuando la velocidad subluz 0<. v

Comentario: Aplique vgt;c directamente a la relación masa-velocidad de Einstein, y la masa obtenida no es solo un número imaginario, sino también un número negativo. El Sr. Tian no dio ninguna explicación para esto, lo cual. no es aconsejable. En cuanto al hecho de que en 1973, los científicos australianos descubrieron a través de observación e investigación continua que efectivamente hay partículas que se mueven a más velocidad que la velocidad de la luz, pero esto no ha sido reconocido por la gente. Probablemente sea un tipo de fenómeno superlumínico falso. se presenta a continuación.

5. Un artículo que presenta de manera integral el tema de la velocidad de la superluz:

La teoría de la relatividad y la velocidad de la superluz. Este artículo está compilado de (Preguntas frecuentes sobre la relatividad. Compilado por Philip Gibbsneo6)

La velocidad superligera que interesa a la gente generalmente se refiere a la transmisión de energía o información a la velocidad superligera. Según la teoría especial de la relatividad, los viajes más rápidos que la luz y la comunicación más rápida que la luz en este sentido son generalmente imposibles. La mayor parte del debate actual sobre la velocidad superluminal es que algunas cosas pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz, pero no pueden usarse para transmitir energía o información. Sin embargo, las teorías existentes no descartan por completo la posibilidad de una verdadera velocidad superligera.

Analicemos primero el primer caso: no se trata de la velocidad superligera en el verdadero sentido.

(1) Efecto Cherenkov La velocidad de la luz en el medio es menor que la velocidad de la luz en el vacío. La velocidad de propagación de las partículas en un medio puede exceder la velocidad de la luz en el medio. En esta situación se produce radiación y se denomina efecto Cherenkov. Esta no es la velocidad de la luz en el verdadero sentido. La velocidad de la luz en el verdadero sentido se refiere a exceder la velocidad de la luz en el vacío.

(2) Tercer observador Si A se mueve hacia el este a una velocidad de 0,6c con respecto a C, y B se mueve hacia el oeste a una velocidad de 0,6c con respecto a C. Para C, la distancia entre A y B aumenta a razón de 1,2c. Esta "velocidad" (la velocidad entre dos objetos en movimiento en relación con un tercer observador) puede exceder la velocidad de la luz. Pero los dos objetos no se mueven más rápido que la velocidad de la luz entre sí. En este ejemplo, la velocidad de B en el sistema de coordenadas de A es 0,88c. La velocidad de A en el sistema de coordenadas de B también es 0,88c.

(3) Sombra y punto de luz Agite su mano debajo de la lámpara y encontrará que la velocidad de la sombra es más rápida que la velocidad de la mano. La relación entre la velocidad de la sombra y la mano temblorosa es igual a la relación entre su distancia a la luz. Si agitas una linterna hacia la luna, puedes fácilmente hacer que la mancha en la luna se mueva más rápido que la velocidad de la luz. Desafortunadamente, la información no se puede transmitir de esta manera más rápido que la luz.

(4) Cuerpo rígido Si golpeas un extremo de un palo, ¿la vibración se transmitirá inmediatamente al otro extremo? ¿No proporciona esto un método de comunicación más rápido que la luz? Desafortunadamente, no existe un cuerpo rígido ideal. La vibración en el palo se propaga a la velocidad del sonido, que en última instancia es el resultado de la acción electromagnética, por lo que es imposible superar la velocidad de la luz. (Una pregunta interesante es: si sostienes el extremo superior de un palo verticalmente y de repente lo sueltas, ¿comenzará a caer primero el extremo superior del palo o el extremo inferior? La respuesta es el extremo superior.)

(5 ) Velocidad de fase La velocidad de fase de la luz en el medio puede exceder la velocidad de la luz en el vacío en algunas bandas de frecuencia. La velocidad de fase se refiere a la "velocidad de propagación" correspondiente al desfase de una onda sinusoidal continua (suponiendo que la señal se haya propagado durante un tiempo suficiente para alcanzar un estado estable) que se propaga en el medio a una cierta distancia. Evidentemente, una simple onda sinusoidal no puede transmitir información. Para transmitir información, es necesario modular un paquete de ondas que cambia más lentamente en una onda sinusoidal. La velocidad de propagación de este paquete de ondas se llama velocidad de grupo, y la velocidad de grupo es menor que la velocidad de la luz. (Nota del traductor: la investigación de Sommerfeld y Brillouin sobre la propagación de pulsos en los medios demostró que la velocidad de propagación de una señal con un tiempo de inicio [una señal que es cero antes de un momento determinado] en el medio no puede exceder la velocidad de la luz). /p>

(6) Galaxias superluminales La velocidad aparente de las galaxias que se mueven hacia nosotros puede superar la velocidad de la luz. Esto es un artefacto porque no hay corrección para la disminución del tiempo desde la galaxia hasta nosotros (?).

(7) Cohete relativista Las personas en la Tierra ven que el cohete se aleja a una velocidad de 0,8c. El reloj del cohete se desacelera en relación con las personas en la Tierra, que es 0,6 veces el reloj de la Tierra. . Si divides la distancia recorrida por el cohete por el tiempo en el cohete, obtendrás una "velocidad" de 4/3 c. Por lo tanto, las personas en el cohete se mueven a una velocidad "equivalente" a la velocidad de la luz. Para las personas que viajan en el cohete, el tiempo no se ralentiza, pero la distancia entre galaxias se reduce a 0,6 veces su valor original, por lo que también sienten que se mueven a una velocidad equivalente a 4/3 c. El problema aquí es que el número obtenido al dividir la distancia en un sistema de coordenadas por el tiempo en el otro sistema de coordenadas no es la velocidad real.

(8) La velocidad de propagación de la gravedad Algunas personas piensan que la velocidad de propagación de la gravedad supera la velocidad de la luz. De hecho, la gravedad viaja a la velocidad de la luz.

(9) Paradoja del EPR En 1935, Einstein, Podolski y Rosen publicaron un experimento ideal intentando demostrar lo incompleto de la mecánica cuántica. Creen que existe un efecto evidente a distancia al medir dos partículas separadas en un estado entrelazado. Ebhard demostró que es imposible utilizar este efecto para transmitir información, por lo que no existe una comunicación más rápida que la luz. Pero todavía hay controversia sobre la paradoja del EPR.

(10) Partículas virtuales En la teoría cuántica de campos, la fuerza se transmite a través de partículas virtuales.

Estas partículas virtuales pueden viajar más rápido que la luz debido a la incertidumbre de Heisenberg, pero las partículas virtuales son sólo símbolos matemáticos y los viajes o las comunicaciones más rápidos que la luz todavía no existen.

(11) Túnel cuántico El túnel cuántico es el efecto de partículas que escapan de una barrera de potencial superior a su propia energía. Esta situación no puede ocurrir en la física clásica. Calcula el tiempo que tarda la partícula en viajar a través del túnel y encontrarás que la velocidad de la partícula supera la velocidad de la luz. Un grupo de físicos realizó experimentos utilizando túneles cuánticos para una comunicación más rápida que la luz: afirmaron haber transmitido la 40ª Sinfonía de Mozart a través de una barrera de 11,4 cm de ancho a una velocidad de 4,7c. Por supuesto, esto causó mucha controversia. La mayoría de los físicos creen que es imposible utilizar este efecto cuántico para transmitir información más rápido que la luz debido a la incertidumbre de Heisenberg. Si este efecto es cierto, sería posible utilizar un dispositivo similar para transmitir información al pasado en un sistema de coordenadas en movimiento de alta velocidad.

Terence Tao cree que el experimento anterior no es convincente. Una señal tarda menos de 0,4 nanosegundos en recorrer una distancia de 11,4 cm a la velocidad de la luz, pero una simple extrapolación puede predecir señales acústicas de hasta 1.000 nanosegundos. Por lo tanto, es necesario realizar experimentos sobre comunicaciones más rápidas que la luz a distancias más largas o con señales aleatorias de alta frecuencia.

(12) Efecto Casimir Cuando dos placas conductoras descargadas están muy cerca una de la otra, habrá una fuerza muy débil pero aún mensurable entre ellas. Este es el efecto Casimir. El efecto Casimi es causado por la energía del vacío. Los cálculos de Scharnhorst demostraron que la velocidad de un fotón que viaja lateralmente entre dos placas de metal debe ser ligeramente mayor que la velocidad de la luz. Pero investigaciones teóricas posteriores muestran que es imposible utilizar este efecto para una comunicación más rápida que la luz.

(13) Expansión del universo El teorema de Hubble dice: Las galaxias a una distancia D se separan a una velocidad HD. H es una constante que no tiene nada que ver con las galaxias y se llama constante de Hubble. Las galaxias que están lo suficientemente lejos pueden separarse entre sí a velocidades que exceden la velocidad de la luz, pero esta es la velocidad de separación en relación con un tercer observador.

(14) ¡La luna gira a mi alrededor a más velocidad que la velocidad de la luz! Cuando la Luna está sobre el horizonte, suponiendo que giramos a una velocidad de media revolución por segundo, debido a que la Luna está a 385.000 kilómetros de nosotros, la velocidad de rotación de la Luna para nosotros es de 1,21 millones de kilómetros por segundo, que es aproximadamente cuatro veces la velocidad de rotación de la Luna para nosotros. velocidad de la luz! Esto suena bastante ridículo, ya que en realidad estamos girando, pero se dice que la luna gira a nuestro alrededor. Pero según la teoría general de la relatividad, cualquier sistema de coordenadas, incluidos los sistemas de coordenadas giratorios, está disponible. ¿No es ésta la Luna que se mueve a la velocidad de la luz?

El problema es que en la relatividad general las velocidades en diferentes lugares no son directamente comparables. La velocidad de la Luna sólo puede compararse con la de otros objetos en su marco inercial local. De hecho, el concepto de velocidad es de poca utilidad en la relatividad general, y definir qué es la "velocidad superluminal" es difícil en la relatividad general. En la relatividad general, incluso la "velocidad constante de la luz" necesita explicación. El propio Einstein dijo en la página 76 de "La Teoría de la Relatividad: Teoría Especial y General" que "la velocidad de la luz permanece constante" no siempre es correcta. Cuando no existen definiciones absolutas de tiempo y distancia, no está tan claro cómo determinar la velocidad.

A pesar de esto, la física moderna cree que la velocidad de la luz en la relatividad general sigue siendo constante. Cuando las unidades de distancia y tiempo se relacionan a través de la velocidad de la luz, la velocidad constante de la luz se define como un axioma evidente. En el ejemplo anterior, la velocidad de la Luna sigue siendo menor que la velocidad de la luz porque en cualquier momento se encuentra dentro del cono de luz futuro que emana de su posición actual.

(15) Aclare la definición de velocidad superluminal. Un punto en el espacio y el tiempo de cuatro dimensiones representa un "evento", es decir, tres coordenadas espaciales más una coordenada temporal. La distancia espacio-temporal entre dos "eventos" cualesquiera se puede definir como el cuadrado de la distancia espacial entre los dos eventos menos la raíz cuadrada del producto de su intervalo de tiempo y la velocidad de la luz. La teoría especial de la relatividad demuestra que esta distancia espacio-temporal no tiene nada que ver con el sistema de coordenadas, por lo que tiene significado físico.

La distancia espacio-temporal se puede dividir en tres categorías: distancia similar al tiempo: el intervalo espacial es menor que el producto del intervalo de tiempo por la velocidad de la luz; distancia similar al tiempo: el intervalo espacial es; igual al producto del intervalo de tiempo por la velocidad de la luz