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Cosa 1: La velocidad de la luz es relativa

No podemos medir nada más veloz que la luz, pero eso no significa que nada pueda ir más rápido.

Dejando de lado las abominables matemáticas que entre sueños torturan a los hombres que intentan descifrar el password del universo, la teoría de la Relatividad es muy sencilla, casi zen, zencilla: la percepción del espacio y del tiempo depende de la posición del observador. Y no se hable más.

Esto se hace evidente cuando pensamos en que no tendríamos la misma visión del vuelo de un ave desde tierra que desde un punto fijo en el espacio, donde al movimiento del animal habría que agregarle la velocidad de rotación del planeta y la de su traslación, de unos mil quinientos y cien mil kilómetros por hora respectivamente (sin tener en cuenta que el Sistema Solar también se mueve por la galaxia a 792.000 km/h, y la galaxia a 2 millones de km/h, etcétera). Así no se puede medir nada.

Ahora es obvio que todo lo que se mueve lo hace a una velocidad relativa. Es decir: la velocidad de algo debe medirse siempre con respecto a otra cosa que se mueve, en relación a otra velocidad, ya que no podemos clavar algo en el vacío para tomarlo como referencia absoluta. En nuestro caso, hacemos de cuenta que la Tierra tiene una velocidad igual a cero.

Esto significa que la barrera de la luz es la velocidad máxima de la luz con respecto al observador, que es el punto de referencia de la medición. Es una barrera relativa al observador. Imagínese que la velocidad de la luz es como el horizonte: inalcanzable para quien lo mira, pero no es un límite real, porque no está en ningún punto en particular.

Cosa 2: La luz y la velocidad de la luz no son la misma cosa

¡Es tan simple! Y por eso es tan difícil de entender... No hablamos de la luz, hablamos de la velocidad de la luz. Para entender, hay que apagar un rato la luz y pensar en la velocidad. En serio, es preciso hacerlo. Apaguemos la luz y preguntemos cuánto tardó la oscuridad en recorrer el espacio que separa la lámpara de tus ojos. ¿Acaso no se "propagó" la oscuridad a la velocidad de la luz? ¿Cuál es la velocidad máxima que puede alcanzar una sombra? Y otras preguntas por el estilo que pueden florecer en un instante.

La velocidad, como debió quedar más o menos claro párrafos atrás, no es algo absoluto, sino relativo. Toda velocidad es relativa, porque todo movimiento es relativo.

Por lo tanto, la velocidad de la luz es relativa, porque no deja de ser velocidad. Y, por lo mismo, la barrera de la luz es relativa, como el horizonte. ¿Capiche?

Y he aquí una revelación para tu maraña de neuronas confundidas: no existe la velocidad cero; todo se mueve con respecto a otra cosa del universo. La única forma de obtener una medición de 0 km/h es comparando dos cosas que se mueven exactamente a la misma velocidad y en la misma dirección (esto incluye, por supuesto, a dos piedras aparentemente quietas en el suelo, pero que se mueven junto con el planeta a una velocidad que nadie puede imaginar).

Dicho y entendido todo esto (hay más, pero por ahora es suficiente), procedo a postular e intentar demostrar que la velocidad de la luz puede superarse de muchas formas distintas...

1: El espacio puede expandirse más rápido que la luz

La primera excepción a la regla de "nada puede ir más rápido que la luz" está a la vista en la misma regla: nada puede ir más rápido que la luz. Eso que llamamos "nada" y que los físicos conocen como "espacio vacío" y que devora Fantasía 1, sea lo que sea, pertenece a este universo y puede expandirse más rápido que la luz.

El supuesto límite no es "la velocidad de la luz" a secas, sino "la velocidad de la luz en el vacío". Y, al igual que el sonido, la luz viaja a diferentes velocidades dependiendo del medio en que se desplace. El vacío es para la luz sólo el medio que le permite alcanzar la mayor velocidad (lógicamente, porque no hay en él cosas contra las que pueda chocar, ni la luz, ni la imaginación de para quienes respirar es lo elemental).

Justamente porque el vacío está vacío, medir la velocidad de algo en el vacío equivale a no tener puntos de referencia, como navegando en un mar tempestuoso. Los físicos miden la velocidad de la luz en el vacío entre dos cosas del barco, suponiendo por fuerza que esas dos cosas no se mueven, a pesar de los incesantes tambaleos. Pero, fuera de las mentes de los científicos, sigue siendo un movimiento relativo.

Nuestros primitivos cálculos dicen que durante el Big Bang el vacío se expandió a velocidad superlumínica. De otro modo -susurran sin querer apostar-, la luz no hubiese tenido en qué moverse.

Quizá en esos primeros instantes la velocidad de la luz era inferior a la actual, porque algo la frenaba; o quizá la dimensión del espacio comenzó a extenderse antes de que existiera la luz, aunque todo parece indicar que la creación de ambos fenómenos fue paradójicamente simultánea, como la del huevo y la gallina.

Aún queda mucho por saber sobre el vacío y la nada. Se sospecha con pocas dudas que el vacío está formado por ondas y partículas que emergen y desaparecen de la existencia muy rápidamente, es decir, que viven un tiempo tan pequeño que ningún reloj humano puede medir.

2: La luz puede romper la barrera de la luz

Hay dos interpretaciones válidas para esto: la más simple y obvia es la de dos rayos de luz jugando una carrera en diferentes medios: irá más rápido la luz que vaya por el medio más vacío o de menor resistencia. Se puede decir, por lo tanto, que uno de los rayos de luz le rompe la barrera al otro. Pero hay otra cosa más interesante...

Imaginemos que estamos flotando en el espacio (con los correspondientes trajes de astronauta, ya que muchos somos alérgicos al polvo interestelar), y encendemos una especie de espada láser muy larga, infinita, como la nariz de Pinocho si su novia le preguntara si está gorda. No te desconcentres. Obviamente, dicho láser viajaría a la velocidad de la luz. Y entonces lo empezamos a mover en círculos sobre nuestras cabezas, como si fuésemos cowboys tratando de atrapar la constelación de Tauro, que en realidad tiene forma de K y se presta para ser enlazada. Queda claro que la letra K tiene la cintura más sexy del abecedario, pero también que al moverse el láser de un lado al otro del universo, está viajando a más de la velocidad de la luz: en un instante surca todo el universo que podemos ver (un espacio que tardaría millones de años en recorrer a la velocidad de la luz).

Y esto es lo más extraño: esa velocidad superlumínica podría ser medida con un instrumento adecuado al igual que medimos cualquier otra velocidad.

Sigue siendo cierto que los objetos materiales no puede viajar más rápido que la luz, pero esa es otra teoría diferente. La imagen de un rayo láser, sin embargo, puede moverse más rápido que el rayo mismo.

3: El entrelazamiento cuántico es más veloz que la luz

Si todavía no te enteraste de qué es el entrelazamiento cuántico, no dudes en rascarte la cabeza con lo que sigue:

La física de hoy conoce dos mundos completamente distintos: el mundo clásico y el mundo cuántico, o, para decirlo sin provocar derrames cerebrales, el mundo de los objetos y el mundo de las partículas que forman esos objetos. Y digo que esos mundos son distintos porque cada uno obedece distintas leyes.

Sólo cuando muchas partículas se juntan para formar un objeto, de alguna manera se liberan de las leyes cuánticas y se comportan como fenómenos clásicos. Por ejemplo, un fotón (una partícula de luz) es capaz de comportarse como una onda, pero un rayo de luz no.

Si tomamos ese rayo de luz y extraemos dos de sus fotones, éstos podrán interactuar a grandes distancias de forma instantánea.

¿Qué significa "interactuar"? Básicamente, significa "transmitir propiedades", pero las propiedades de un fotón son demasiado complejas como para que pueda entenderlas en una sola vida, así que propongo una metáfora:

Supongamos que sustraemos dos gotas de agua de un océano y las mantenemos separadas. E imaginemos que, al calentar una gota, la otra gota también se calienta. Podríamos, por ejemplo, saber la temperatura de China enviando una gota allí y midiendo la temperatura de la otra gota en nuestro laboratorio.

Algo así es el entrelazamiento cuántico: si un par de partículas se alineó previamente para formar un mismo objeto, quedan conectadas a un nivel cuántico: los cambios que sufra una de ellas se reflejará en la otra, sin importar la distancia que las separe. Y esa conexión es instantánea (instantáneo ya es más que la velocidad de la luz; no requiere tiempo alguno).

Aunque esto no funciona con el agua, sí lo hace con partículas como fotones y electrones, y los físicos aprovechan ese comportamiento para medir cosas a distancia (cosas que son irrelevantes para el mundo de los objetos y no vale la pena mencionar, pero no puedo evitar escribir "teletransportación" y dejar que tu imaginación haga el resto).

4: Los taquiones podrían ser mucho más veloces que la luz

Aquí es importante el "podrían", porque los taquiones son partículas hipotéticas cuya existencia no ha sido demostrada. Pero tampoco es como decir "Dios podría romper la barrera de la luz", porque hay ciertos indicios que nos llevan a deducir la existencia de los taquiones, incluyendo las ecuaciones de Einstein que determinan la velocidad máxima de la luz con respecto al observador.

Voy a fingir por un rato que su existencia está comprobada y las describiré como deberían ser: partículas cuya velocidad mínima es la velocidad de la luz. Su velocidad máxima es infinita. Está todo al revés...

Uno de los efectos de esta propiedad es que la partícula puede llegar a un lugar antes de haber partido. En otras palabras: viaja en contra de la flecha temporal, yendo desde el futuro hacia el pasado.

Mi abuela me escupe la dentadura postiza en la cabeza. "¡¿Cómo es posible?!". (Nótese que primero vienen los signos de exclamación y luego los de interrogación, porque el asombro precede a la capacidad de hacerse preguntas.)

Seguramente habrás escuchado que si pudieras viajar a la velocidad de la luz te convertirías en luz o en energía (porque la masa que podemos medir de una partícula disminuye a medida que ésta se acerca a dicha velocidad). Cómo es lógico suponer, las partículas de la luz tienen una masa relativa igual a cero, y por eso se dice que nada puede ir más rápido. Pero...

En el caso de los taquiones, también esto es al revés: un taquión tiene masa negativa (matemáticamente, sería un número imaginario), y se ve repelido por la fuerza de gravedad. Al tener masa negativa, los taquiones requieren una energía infinita para romper la barrera de la luz hacia este lado, el lado "lento", el sublumínico. ¿No entendiste nada, no?

Por ahora, los taquiones son un concepto que se usa mucho en la física, ya que muchas ecuaciones permiten y/o exigen su existencia, pero no se ha logrado medir ninguno, lo cual no es sorprendente si alguna vez intentaste medir algo con masa negativa que llega antes de haber salido.

5: El universo se expande rompiendo la barrera de la luz

Como conté el otro día, las galaxias se alejan de nosotros más rápido cuanto más lejos están, aumentando su velocidad en 265.700 km/h cada megaparsec que recorren. Y preguntaba también si una galaxia lo suficientemente lejana acumularía tanta velocidad como para ir más rápido que la luz. Analicemos...

El radio del universo observable es de 14.103 megaparsecs, por lo que, si la regla de acelerar se cumple, dicha situación es posible: habría galaxias dentro de ese radio visible alejándose de nosotros a más del triple de la velocidad de la luz2.

¿Cómo podemos verlas, entonces? Porque las vemos donde estaban hace miles de millones de años [cf. El universo observable, el universo conocido y la máquina de ver el pasado], es decir, no la vemos con su velocidad actual. Y eso es sólo dentro del radio visible. Sabemos que el universo debe ser mucho más grande que eso y, quizá, tener galaxias que se alejan de nosotros a miles o millones de veces la velocidad de la luz.

Sin embargo, vuelvo a aclarar: no es una velocidad real, ninguna velocidad es real o, mejor dicho, ninguna velocidad es absoluta, como lo ejemplifica esta historia:

Había una vez la galaxia A y la galaxia B. Cierto día en que estaban aburridas, una le dijo a la otra: "te juego una carrera; la primera que supere la velocidad de la luz, gana". La otra aceptó la apuesta (aunque en realidad no tenía alternativa desde un punto de vista relativista). Llegado el momento, la galaxia A salió a máxima velocidad, pero, pese a sus esfuerzos, sólo alcanzó el 51% de la velocidad de la luz. Al mismo tiempo, la galaxia B logró la misma velocidad, pero, como era un poco estúpida, corrió en sentido contrario. Con respecto al punto de partida, ninguna superó la velocidad de la luz, así que ambas perdieron... pero nosotros estamos en una de esas dos galaxias (probablemente la estúpida), y vemos a la otra alejarse al 102% de la velocidad de la luz, así que ambas ganaron. Y fueron relativamente felices para siempre.

Muchas galaxias ya han desaparecido de nuestro paisaje nocturno, llevándose incluso sus huellas luminosas3. Eventualmente -quizá dentro de unos 6 mil millones de años-, las galaxias que hoy vemos se habrán alejado tanto de nosotros y a tal velocidad (porque siguen acelerando) que su luz ya no llegará a la Tierra, y nos encontraremos bajo una noche casi completamente oscura. Claro que para ese momento nos habremos extinguido o tendremos la tecnología como para crear galaxias apretando un botón.

6: La radiación de un reactor nuclear es más rápida que la luz

Todo lo anterior parece pura teoría, pero hay ciertas circunstancias bien conocidas en donde la barrera de la luz es superada por partículas menos veloces. Y en esas circunstancias especiales se dan algunos efectos extraños que nos sirven como evidencia...

Cuando un avión rompe la barrera del sonido, hay un estallido sonoro característico, como si el sonido se quejara de que algo vaya más rápido que él. Vale la pena preguntarse entonces: ¿qué ocurre cuando algo rompe la barrera de la luz?

El mismo fenómeno, pero que, en lugar de ser audible, es visible, se conoce como Radiación de Cherenkov. Es una onda de choque, igual que el trueno que un avión produce al "chocar" contra la barrera del sonido, que se manifiesta como un halo azul. Puede observarse en los reactores nucleares (foto de arriba), donde ciertas partículas viajan a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el mismo medio; en ese caso, el propio medio se ve excitado e irradia una luz azul.

Con esto también se demuestra otra parte importante del concepto de Relatividad: podemos acelerar hasta rebasar la velocidad de algo, o podemos hacer que el algo desacelere para que vaya más lento que nosotros. El resultado es el mismo: superamos su velocidad.

7: Algo dentro de un vehículo muy rápido puede romper la barrera de la luz

En los comentarios de un post anterior hablábamos de un tren que se movía casi a la velocidad de la luz (y sus posibles consecuencias).

El ejemplo era: si dentro de un tren que va a 5 km/h menos que la velocidad de la luz un niño corre hacia la locomotora a 6 km/h, estaría yendo 1 km/h más rápido que la luz. Claro que esa situación es poco factible porque tanto el tren como sus ocupantes se despedazarían dejando una estela de sangre alrededor del planeta y se nos ensuciarían las ecuaciones.

Pero podemos ajustar un poco los parámetros. Hagamos al tren más lento y al niño más rápido. Digamos que el tren va al 1% de la velocidad de la luz, y digamos que en lugar de correr, el niño se sienta y apunta hacia adelante con un puntero láser.

Evidentemente, la velocidad del rayo láser se sumaría a la del tren y sería de exactamente un 101% de la velocidad de la luz... por supuesto, visto desde el suelo. Sin embargo, dentro del tren no pasaría nada extraño; no se vería salir el rayo en cámara lenta, sino a la velocidad de la luz; tampoco el tiempo fluiría más lento dentro del tren, sino de la manera acostumbrada, como creo haber dejado más o menos claro al final de los comentarios del mencionado post.

[El supuesto hecho de que el metabolismo humano sea más lento dentro del tren no significa que estemos ante el tren de la eterna juventud, al cual medio mundo mataría por subir. Lo único que cambiaría para sus pasajeros es que al bajar verían que envejeció o murió el resto de la gente. Pero el tiempo no habría "fluido" más lento para ellos, sino que ellos habrían fluido más rápido que los demás.]

Volvamos al principio, es decir, al Principio que dice que todo movimiento es relativo. La Tierra también es un vehículo, y cualquier láser disparado dentro de ella puede ir más rápido que la luz para alguien que mira desde Marte. El Sistema Solar es también un gran vehículo, etcétera, etcétera, hasta que la noción de velocidad pierde todo significado concreto, como cualquier concepto que se analiza en suficiente profundidad. Porque los conceptos, por muy elaborados que sean, no son las cosas mismas.

8: Se puede ir más rápido que la luz sobre una ola espacial

El espacio es algo elástico. Por ejemplo: cuando la Tierra se apoya en él, lo hunde, atrayendo a la Luna y haciéndola rodar en esa curvatura espacial de su alrededor. Cualquier cosa con masa (peso) puede hacer esto, tanto más cuanto más masa tiene. O sea que podemos, manipulando o aprovechando la masa existente, crear ondulaciones en el espacio.

Aún no tenemos la tecnología, pero supongamos que un día inventan un rayo capaz de teletransportar cualquier objeto (o desintegrarlo, que para el caso es lo mismo). Si lo disparásemos hacia el Sol, por ejemplo, más allá de haberlo teletransportado, habríamos librado al espacio de su peso, y los planetas perderían sus órbitas en poco tiempo. Pero hay un efecto secundario más importante...

Si el Sol desapareciera súbitamente, dejaría un hueco en el espacio que inmediatamente retomaría su forma original, creando una onda a través del espacio, como un tsunami estelar. En la cresta de esa ola, el espacio estaría expandido, mientras que el espacio delante de ella se iría comprimiendo (esto es sólo una idea simplificada).

Según la metódica imaginación de Einstein, las ondas del espacio se mueven a la velocidad de la luz, sin importar su "tamaño".

Nótese que la distancia entre la Tierra y el punto donde estaba el Sol no ha cambiado; sin embargo, el último rayo de luz salido del Sol podría llegar a nosotros en menos tiempo que el habitual surfeando esa ola gravitacional, impulsado por el hueco que ahora se eleva formando una montaña de espacio. El rayo superaría así la velocidad normal de la luz. O bien, el espacio se deslizaría por debajo del rayo, dejándolo atrás (reduciría al velocidad de la luz). Luego la ola llegaría a la Tierra y te explotaría el cerebro. Pero no temas; prometo que no voy a dejar que eso suceda.

9: Se podría viajar más rápido que la luz por un puente de Einstein-Rosen

Para nosotros, objetos materiales, superar la velocidad de la luz puede ser bastante doloroso. Pero hay una forma de ganar una carrera sin necesariamente ir más rápido: tomar un atajo.

La física teórica actual permite la posibilidad de que existan puentes de Einstein-Rosen, mejor conocidos como agujeros de gusano, que son atajos en el espacio-tiempo, puentes colgantes entre dos puntos del espacio (pero que cuelgan fuera de él o en otras dimensiones espaciales, en un hiperespacio).

Estos agujeros de gusano son muy difíciles de describir, pero baste con que permitirían viajar a otro espacio, a otro tiempo e incluso a otro universo (a través de las branas).

Los que a nosotros nos interesan son unos que permitirían a la materia saltar de un punto del espacio a otro en un tiempo menor del que le tomaría a la luz yendo por el camino convencional, el espacio "plano". Así, un objeto material podría viajar más rápido que la luz más rápida, sin necesidad de tener una velocidad superior, simplemente recorriendo un espacio distinto.

Viajar por un puente de Einstein-Rosen equivaldría a ir por un túnel subterráneo y recto hacia China. En lugar de desplazarnos por la superficie bidimensional del planeta, que es más larga, aprovecharíamos una tercera dimensión. Como dije: un atajo.

Lamentablemente, la existencia de agujeros de gusano no está comprobada, pero su posibilidad matemática salta una y otra vez en muchas ecuaciones como respuesta a una pregunta. Es decir, no hace falta que los físicos se pregunten sobre ellos, porque la teoría surge por muchos diferentes caminos cada vez que se preguntan sobre cosas como el espacio y las otras dimensiones. Los agujeros de gusano son la respuesta, pero no sabemos bien a qué.

10: Tu imaginación

El último ejemplo lo dejo a tu imaginación. Una lista así no puede cerrarse; sólo fue posible gracias a la imaginación, como casi todas las ideas y descubrimientos de la ciencia. Aún cuando algunos de estos ejemplos pudieran ser desmentidos algún día, siempre podremos seguir imaginando una nueva forma de superar la velocidad de la luz.

Cosas que pueden servir de inspiración:
Un regulador de la velocidad de la luz y
Un rayo de luz congelado, viajando a sólo 25 km/h.

Fuente: http://www.cibermitanios.com.ar/2011/04/10-formas-de-superar-la-velocidad-de-la.html

Autor del blog: Ayreonauta Cibermitaño