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(Ayuda) Más artículos grabados... Contenido 1 Descripción 2 Definición del metro 3 Comunicaciones 4 Física 4.1 Velocidad constante para todos los marcos de referencia 4.2 Interacción con materiales transparentes 4.3 Velocidad más rápida que la luz 4.4 Experimentos para retardar la luz 5 Historia 5.1 Islam 5.2 Hinduismo 5.3 Europa 5.4 Medición de la velocidad de la luz 5.4.1 Primeros intentos 5.4.2 Primeras mediciones 5.4.3 Medidas directas 5.5 Relatividad 6 Véase también 7 Referencias 7.1 Referencias históricas 7.2 Referencias modernas 8 Enlaces externos Descripción De acuerdo con la física moderna estándar, toda radiación electromagnética (incluida la luz visible) se propaga o mueve a una velocidad constante en el vacío, conocida comúnmente como velocidad de la luz, que es una constante física denotada como c. Esta velocidad c es también la velocidad de la propagación de la gravedad en la Teoría general de la relatividad y al llegar a esa velocidad toda materia se transforma en energía. |
Una consecuencia en las leyes del electromagnetismo (tales como las ecuaciones de Maxwell) es que la velocidad c de radiación electromagnética no depende de la velocidad del objeto que emite la radiación.Así, por ejemplo, la luz emitida de una fuente de luz que se mueve rápidamente viajaría a la misma velocidad que la luz proveniente de una fuente estacionaria (aunque el color, la frecuencia, la energía y el momentum de la luz cambiarán, fenómeno que se conoce como efecto Doppler). Si se combina esta observación con el principio de relatividad, se concluye que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en el vacío como una misma, sin importar el marco de referencia del observador o la velocidad del objeto que emite la luz. |
Debido a esto, se puede ver a c como una constante física fundamental.Este hecho, entonces, puede ser usado como base en la teoría de relatividad especial. La constante es la velocidad c, en vez de la luz en sí misma, lo cual es fundamental para la relatividad especial. De este modo, si la luz es de alguna manera retardada para viajar a una velocidad menor a c, esto no afectará directamente a la teoría de relatividad especial. Observadores que viajan a grandes velocidades encontrarán que las distancias y los tiempos se distorsionan de acuerdo con la transformación de Lorentz. Sin embargo, las transformaciones distorsionan tiempos y distancias de manera que la velocidad de la luz permanece constante. |
Una persona viajando a una velocidad cercana a c también encontrará que los colores de la luz al frente se tornan azules y atrás se tornan rojos.Si la información pudiese viajar más rápido que c en un marco de referencia, la causalidad sería violada: en otros marcos de referencia, la información sería recibida antes de ser mandada; así, la causa puede ser observada después del efecto. Debido a la dilatación del tiempo de la relatividad especial, el cociente del tiempo percibido entre un observador externo y el tiempo percibido por un observador que se mueve cada vez más cerca de la velocidad de la luz se aproxima a cero. Si algo pudiera moverse más rápidamente que luz, este cociente no sería un número real. |
Tal violación de la causalidad nunca se ha observado.Existe, sin embargo, un experimento inquietante realizado por los científicos del "NEC Research Institute at Princeton ", los cuales afirman haber logrado pulsos de luz a una velocidad 300 veces superior a c.[1] (Es necesario notar que se trata de un experimento no confirmado ni publicado aún). Un cono de luz define la ubicación que está en contacto causal y aquellas que no lo están. Para exponerlo de otro modo, la información se propaga de y hacia un punto de regiones definidas por un cono de luz. |
El intervalo AB en el diagrama a la derecha es "tiempo-como" (es decir, hay un marco de la referencia en qué acontecimiento A y B ocurren en la misma ubicación en el espacio, separados solamente por su ocurrencia en tiempos diferentes, y si A precede B en ese marco entonces A precede B en todos marcos: no hay marco de referencia en el cual el evento A y el evento B ocurren simultáneamente).De este modo, es hipotéticamente posible para la materia (o la información) viajar de A hacia B, así que puede haber una relación causal (con A la causa y B el efecto). Por otra parte, el intervalo AC es "espacio-como" (es decir, existe un marco de referencia donde el evento A y el evento B ocurren simultáneamente). |
Sin embargo, también existen marcos en los que A precede C o en el que C precede a A. Confinando una manera de viajar más rápido que la luz, no será posible para ninguna materia (o información) viajar de A hacia C o de C hacia A.De este modo no hay conexión causal entre A y C. De acuerdo a la definición actual, adoptada en 1983, la velocidad de la luz es exactamente 299.792.458 m/s (aproximadamente 3 × 108 metros por segundo, 300.000 km/s o 300 m por millonésima de s). El valor de c define la permitividad eléctrica del vacío ( en unidades del SIU como: ) La permeabilidad magnética del vacío (0) no es dependiente de c y es definida en unidades del SIU como: . |
Estas constantes aparecen en las ecuaciones de Maxwell, que describen el electromagnetismo y están relacionadas por: Las distancias astronómicas son normalmente medidas en años luz (que es la distancia que recorre la luz en un año, aproximadamente 9,454256 × 1012 km (9 billones de km) especialmente en textos populares.Definición del metro Artículo principal: Metro Históricamente, el metro ha sido definido como una fracción de la longitud de un meridiano a través de París, con referencia a la barra estándar y con referencia a una longitud de onda de una frecuencia particular de la luz. Desde 1983 el metro ha sido definido en referencia al segundo y la velocidad de la luz. |
En 1967 la XIII Conferencia General de Pesos y Medidas definió al segundo del tiempo atómico como la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo cesio-133, que en la actualidad sigue siendo la definición del segundo.En 1983 la Conferencia General de Pesos y Medidas definió al metro como la longitud de la trayectoria viajada por la luz en absoluto vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299.792.458 de segundo, basándose en la constancia de la velocidad de la luz para todos los observadores. |
Esto significa que al medir la velocidad de la luz, al hallar cualquier diferencia medible de los valores definidos, entoces la longitud de tiempo estándar está incorrecta, o está exhibiendo un cambio desde el último momento en que fue medida.Si tal cambio fuese real en la física, y no un error adjudicable a una perturbación (como un cambio de temperatura o un choque mecánico), entonces se habrá hecho un importante descubrimiento. La motivación en el cambio de la definición del metro, así como todos los cambios en la definición de unidades, fue proveer una definición precisa de la unidad que pudiese ser fácilmente usada para calibrar homogéneamente dispositivos en todo el mundo. |
La barra estándar no era práctica en este sentido, ya que no podía ser sacada de su cámara o utilizada por dos científicos al mismo tiempo.También era propensa a cambios masivos de longitud (comparados a la exactitud requerida) debido a variaciones de temperatura, por lo que requirió un largo tiempo de ajustes, desgaste de los extremos, oxidación, etc., lo que se convirtió en importantes problemas en la búsqueda de la exactitud perfecta. Comunicaciones La velocidad de la luz es de gran importancia para las telecomunicaciones. |
Por ejemplo, dado que el perímetro de la Tierra es de 40.075 km (en la línea ecuatorial) y c es teóricamente la velocidad más rápida en la que un fragmento de información puede viajar, el período más corto de tiempo para llegar al otro extremo del globo terráqueo sería 0,067 s. En la actualidad el tiempo de viaje es un poco más largo, en parte debido a que la velocidad de la luz es cerca de 30% menor en una fibra óptica y raramente existen trayectorias rectas en las comunicaciones globales; además se producen retrasos cuando la señal pasa a través de interruptores eléctricos o generadores de señales.En 2004, un retardo típico de recepción de señales desde Australia o Japón hacia los EE.UU. |
fue de 0,18 s. Adicionalmente, la velocidad de la luz afecta el diseño de las comunicaciones inalámbricas.La velocidad de la luz finita se hizo aparente a todo el mundo, en el control de comunicaciones entre el Control Terrestre de Houston y Neil Armstrong cuando éste se convirtió en el primer hombre que puso un pie sobre la Luna : después de cada pregunta, Houston tenía que esperar cerca de 3 s para el regreso de una respuesta aun cuando los astronautas respondían inmediatamente. De manera similar, el control remoto instantáneo de una nave interplanetaria es imposible debido a que el tiempo transcurrido, por ejemplo, para que los controles terrestres detecten algún problema, además del tiempo necesario para que la nave reciba la respuesta, podría ser de algunas horas. |
La velocidad de la luz también puede tener influencia en distancias cortas.En los superordenadores la velocidad de la luz impone un límite de velocidad a la que pueden ser enviados los datos entre procesadores. Si un procesador opera a 1 GHz, la señal sólo puede viajar a un máximo de 300 mm en un ciclo único. Por lo tanto, los procesadores deben ser colocados cerca uno de otro para minimizar los retrasos de comunicación. Si las frecuencias de un reloj continúan incrementándose, la velocidad de la luz finalmente se convertirá en un factor límite para el diseño interno de chips individuales. Física Velocidad constante para todos los marcos de referencia Es importante observar que la velocidad de la luz no es un límite de velocidad en el sentido convencional. |
Un observador que persigue un rayo de luz lo mediría al moverse paralelamente él mismo viajando a la misma velocidad como si fuese un observador estacionario.Esto conllevaría a consecuencias inusuales para la velocidad. La mayoría de los individuos están acostumbrados a la regla de la adición de velocidades: si dos coches se acercan desde direcciones opuestas, cada uno viajando a una velocidad de 50 km/h, se esperaría (con un alto grado de precisión) que cada auto percibiría al otro en una velocidad combinada de 50 + 50 = 100 km/h. Sin embargo, a velocidades cercanas a la de la luz, en resultados experimentales se hace claro que esta regla no se puede aplicar. |
Dos naves que se aproximen una a otra, cada una viajando al 90% de la velocidad de la luz relativas a un tercer observador entre ellas, no se percibirán mutuamente a un 90% + 90% = 180% de la velocidad de la luz.En su lugar, cada una percibirá a la otra aproximándose a menos de un 99,5% de la velocidad de la luz. Este resultado se da por la fórmula de adición de la velocidad de Einstein: donde v y w son las velocidades de las naves observadas por un tercer observador, y u es la velocidad de cualquiera de las dos naves observada por la otra. |
Contrariamente a la intuición natural, sin importar la velocidad a la que un observador se mueva relativamente hacia otro observador, ambos medirán la velocidad de un rayo de luz que se avecina con el mismo valor constante, la velocidad de la luz.La ecuación anterior fue derivada por Einstein de su teoría de relatividad especial, la cual toma el principio de relatividad como premisa principal. Este principio (originalmente propuesto por Galileo Galilei) requiere que actúen leyes físicas de la misma manera en todos los marcos de referencia. |
Ya que las ecuaciones de Maxwell otorgan directamente una velocidad de la luz, debería ser lo mismo para cada observador - una consecuencia que sonaba obviamente equivocada para los físicos del siglo XIX, quienes asumían que la velocidad de la luz dada por la teoría de Maxwell es válida relativamente al éter lumínico.Pero el experimento de Michelson y Morley, discutiblemente el más famoso y útil experimento en la historia de la física, no pudo encontrar este éter, sugiriendo en su lugar que la velocidad de la luz es una constante en todos los marcos de referencia. |
Aunque no se sabe si Einstein conocía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, él dio por hecho que la velocidad de la luz era constante, lo entendió como una reafirmación del principio de relatividad de Galileo, y dedujo las consecuencias, ahora conocidas como la teoría de la relatividad especial, que incluyen la anterior fórmula auto-intuitiva.Interacción con materiales transparentes El índice de refracción de un material indica cuánto más lenta es la velocidad de la luz en ese medio comparada con la que se da en el vacío. La velocidad de la luz reducida en los materiales puede causar la refracción, según lo demostrado por este prisma (en el caso de la luz blanca que parte del prisma como un espectro de colores, la refracción se conoce como dispersión). |
Refracción de la luz.El índice de refracción de un material indica qué tan lenta es la velocidad de la luz en ese medio comparado con el vacío. La velocidad de la luz reducida en los materiales puede causar la refracción, según lo demostrado por este prisma (en el caso de una luz blanca que parte del prisma en un espectro de los colores, la refracción se conocen como dispersión). Al pasar a través de los materiales, la luz es retardada a una velocidad menor que c por el cociente llamado «índice de refracción» del material. |
La velocidad de la luz en el aire es sólo levemente menor que c. Medios más densos, como el agua y el vidrio, pueden disminuir más la velocidad de la luz, a fracciones como 3/4 y 2/3 de c. Esta reducción de velocidad también es responsable de doblar la luz en una interfase entre dos materiales con índices diferentes, un fenómeno conocido como refracción. |
El índice de refracción "n" de un medio viene dado por la siguiente expresión, donde "v" es la velocidad de la luz en ese medio: Ya que la velocidad de la luz en los materiales depende del índice de refracción, y el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz, la luz a diferentes frecuencias viaja a diferentes velocidades a través del mismo material.Esto puede causar distorsión de ondas electromagnéticas que consisten de múltiples frecuencias, llamada dispersión. Los ángulos de incidencia (i) y de refracción (r) entre dos medios y los índices de refracción están relacionados por la Ley de Snell. |
Los ángulos se miden con respecto al vector normal a la superficie entre los medios: A escala microscópica, considerando la radiación electromagnética como una partícula, la refracción es causada por una absorción continua y re-emisión de los fotones que componen la luz a través de los átomos o moléculas por los que está atravesando.En cierto sentido, la luz por sí misma viaja sólo a través del vacío existente entre estos átomos, y es impedida por los átomos. Alternativamente, considerando a la radiación electromagnética como una onda, las cargas de cada átomo (primariamente electrones) interfieren con los campos eléctricos y electromagnéticos de la radiación, retardando su progreso. |
Velocidad más rápida que la luz Una evidencia experimental reciente demuestra que es posible para la velocidad agrupada de la luz exceder c. Un experimento hizo que la velocidad agrupada de rayos láser viajara distancias extremadamente cortas a través de átomos de cesio a 300 veces c. Sin embargo, no es posible usar esta técnica para transferir información más rápido que c: la velocidad de la transferencia de información depende de la velocidad frontal (la velocidad en la cual el primer incremento de un pulso sobre cero la mueve adelante) y el producto de la velocidad agrupada y la velocidad frontal es igual al cuadrado de la velocidad normal de la luz en el material. |
El exceder la velocidad agrupada de la luz de esta manera, es comparable a exceder la velocidad del sonido emplazando gente en una línea espaciada equidistantemente, y pidiéndoles a todos que griten una palabra uno tras otro con intervalos cortos, cada uno midiendo el tiempo al mirar su propio reloj para que no tengan que esperar a escuchar el grito de la persona previa.La velocidad de la luz también puede parecer superada en cierto fenómeno que incluye ondas evanescentes, tales como túneles cuánticos. |
Los experimentos indican que la velocidad de fase de ondas evanescentes pueden exceder a c; sin embargo, parecería que ni la velocidad agrupada ni la velocidad frontal exceden c, así, de nuevo, no es posible que la información sea transmitida más rápido que c. En algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, los efectos cuánticos pueden ser retransmitidos a velocidades mayores a c (de hecho, la acción a distancia se ha percibido largamente como un problema con la mecánica cuántica: ver paradoja EPR). |
Por ejemplo, los estados cuánticos de dos partículas pueden ser enlazados, de manera que el estado de una partícula arregle el estado de otra partícula (diciéndolo de otra manera, uno debe tener un giro de +½ y el otro debe girar -½).Hasta que las partículas son observadas, éstas existen en una superposición de dos estados cuánticos, (+½, –½) y (–½, +½). Si las partículas son separadas y una de ellas es observada para determinar su estado cuántico, entonces el estado cuántico de la segunda partícula es determinado automáticamente. |
Si, en algunas interpretaciones de mecánica cuántica, se presume que la información acerca del estado cuántico el local para una partícula, entonces se debe concluir que la segunda partícula toma su estado cuántico instantáneamente, tan pronto como la primera observación se lleva a cabo.Sin embargo, es imposible controlar qué estado cuántico tomara la primera partícula cuando sea observada, así que ninguna información puede ser transmitida de esta manera. Las leyes de la física también parecen prevenir que la información sea transmitida a través de maneras más astutas y esto ha llevado a la formulación de reglas tales como el teorema de no clonación. |
El llamado movimiento superluminar también es visto en ciertos objetos astronómicos, tales como los jet de Galaxia activa, galaxias activas y cuásares.Sin embargo, estos jets no se mueven realmente a velocidades excedentes a la velocidad de la luz: el movimiento aparente superluminar es una proyección del efecto causado por objetos moviéndose cerca de la velocidad de la luz en un ángulo pequeño del horizonte de visión. Aunque puede sonar paradójico, es posible que las ondas expansivas se hayan formado con la radiación electromagnética. Ya que una partícula cargada viaja a través de un medio insolado, interrumpe el campo electromagnético local en el medio. |
Los electrones en los átomos del medio son desplazados y polarizados por el campo de la partícula cargada, y los fotones que son emitidos como electrones se restauran a sí mismos para mantener el equilibrio después de que la interrupción ha pasado (en un conductor, la interrupción puede ser restaurada sin emitir un fotón).En circunstancias normales, estos fotones interfieren destructivamente unos con otros y no se detecta radiación. Sin embargo, si la interrupción viaja más rápida que los mismos fotones, los fotones interferirán constructivamente e intensificaran la radiación observada. El resultado (análogo a una explosión sónica) es conocido como radiación Cherenkov. La habilidad de comunicarse o viajar más rápido que la luz es un tema popular en la ciencia ficción. |
Se han propuesto partículas que viajan más rápido que la luz, taquiones doblados por la física de partículas, pero aún no se ha podido observarlas.Algunos físicos (entre ellos João Magueijo y John Moffat) han propuesto que en el pasado la luz viajaba mucho más rápido que la actual velocidad de la luz. Esta teoría es llamada velocidad de la luz variable y sus proponentes claman que este fenómeno tiene la habilidad de explicar muchos rompecabezas cosmológicos de mejor manera que su teoría rival, el modelo inflacionario del universo. Sin embargo, todavía no ha ganado suficiente aceptación. |
Experimentos para retardar la luz Fenómenos refractivos tales como el arcoiris tienden a retardar la velocidad de la luz en un medio (como el agua, por ejemplo).En cierto sentido, cualquier luz que viaja a través de un medio diferente del vacío viaja a una velocidad menor que c como resultado de la refracción. Sin embargo, ciertos materiales tienen un índice de refracción excepcionalmente alto: en particular, la densidad óptica del condensado de Bose-Einstein puede ser muy alta. En 1999, un equipo de científicos encabezados por Lene Hau pudo disminuir la velocidad de un rayo de luz a cerca de 17 m/s, y en 2001 pudieron detener momentáneamente un rayo de luz. |
En 2003, Mijaíl Lukin, junto con científicos de la Universidad Harvard y el Instituto de Física Lebedev (de Moscú), tuvieron éxito en detener completamente la luz al dirigirla a una masa de gas rubidio caliente, los átomos del cual, en palabras de Lukin, se comportaron como «pequeños espejos», debido a los patrones de interferencia en dos rayos de control.Historia Hasta tiempos relativamente recientes, la velocidad de la luz fue un tema de grandes conjeturas. Empédocles creía que la luz era algo en movimiento, y que por lo tanto en su viaje tenía que transcurrir algún tiempo. Aristóteles por el contrario, creía que «la luz está sujeta a la presencia de algo, pero no es el movimiento». |
Además, si la luz tiene una velocidad finita, ésta tenía que ser inmensa.Aristóteles afirmó: «La tensión sobre nuestro poder de creencias es demasiado grande para creer esto». Una de las teorías antiguas de la visión es que la luz es emitida por el ojo, en lugar de ser generada por una fuente y reflejada en el ojo. En esta teoría, Herón de Alejandría adelantó el argumento de que la velocidad de la luz debería ser infinita, ya que cuando uno abre los ojos objetos distantes como las estrellas aparecen inmediatamente. Islam Los filósofos islámicos Avicena y Alhazen creían que la luz tiene una velocidad finita, aunque en este punto otros filósofos convinieron con Aristóteles. |
Hinduismo La escuela Ayran de filosofía en la antigua India también mantuvo que la velocidad de la luz era finita.Siglo XIV El filósofo Sayana del siglo XIV escribió el siguiente comentario en el verso 1.50 del Rig Veda: Se recuerda así: «[Sol de O], tú que viajas 2202 yojanas en la mitad de un parpadeo. |
Análisis del parpardeo hindú Según el Bhgavat Purna (3.11.6-8) se puede deducir que un parpadeo (nimesha en sánscrito) dura aproximadamente 0,53 s Equivalencias temporales La tabla completa de equivalencias con las medidas actuales de tiempo es: medio día (12 h) = 4 yamas 1 yama [3 h] = 6 dandas 1 nadika (o danda) [30 min] = 15 laghus 1 laghu [2 min] = 15 kasthas 1 kastha [8 s] = 5 kshanas 1 kshana [1,6 s] = 3 nimeshas 1 nimesha [0,5333 s] = 3 lavas 1 lava [0,1777 s] = 3 vedhas 1 vedha [0,0592.592.592.592 o 6 centésimas de segundo] = 100 trutis 1 truti [0,000592.592.592.592 s] = 3 trasarenus 1 trasarenu = 0,00019753086419 s (198 millonésimas de segundo). |
Yojana Según distintos investigadores, la longitud de un yojana puede equivaler a 2,5; 4; 5; 9 o 18 millas.La longitud más aceptada en la actualidad equivale a 8,757 millas o 14,093 km (1,609344 km/mi). Traducción a unidades actuales De esta manera, 2202 yojanas (31.032,842 km) recorridos en medio «parpadeo» (266 milésimas de segundo), representan una velocidad de 116.664,819 km/s. Este valor (comparado con la velocidad de la luz, que asciende a 299.792,458 km/s) representa un acierto del 39 %. |
En cambio Subhash Kak (1998) opina que el dato es posiblemente acertado sólo dentro de un 1%, aunque reconoce que si se adoptan otros valores posibles de estas unidades la exactitud de esta declaración se puede aumentar a un porcentaje de 4 %.Velocidad del sol De acuerdo con algunos estudiosos, el comentario indio del s. XIV podría no referirse a a la velocidad de la luz sino más bien a la velocidad del Sol en el espacio. La órbita del sol tiene una longitud de 936 millones de km aproximadamente y la duración de un año solar equivale a 31.556.926 s (365 días, 5 h, 48 m y 46 s; y un día solar equivale a 24 h, 3 min, 56,56 s). Por lo tanto la velocidad del sol es de 29,6668 km/s. |
Entonces el error de los indios medievales se encontraría en el orden del 392.269 %.En cambio si se supone que el comentario se refería a la velocidad de la luz, se obtiene un error de apenas 61 %. Europa Johannes Kepler creía que la velocidad de la luz era finita ya que el espacio vacío no representa un obstáculo para ella. Francis Bacon argumentó que la velocidad de la luz no es necesariamente finita, ya que algo puede viajar tan rápido como para ser percibido. René Descartes argumentó que si la velocidad de la luz era finita, el Sol, la Tierra y la Luna estarían perceptiblemente fuera de alineación durante un eclipse lunar. Debido a que tal desalineación no se ha observado, Descartes concluyó que la velocidad de la luz es infinita. |
De hecho, Descartes estaba convencido de que si la velocidad de la luz era finita, todo su sistema de filosofía sería refutado.Medición de la velocidad de la luz La historia de la medición de la velocidad de la luz comienza en el siglo XVII en los albores de la revolución científica. La mayor parte de los primeros experimentos para intentar medir la velocidad de la luz fracasaron debido a su alto valor y tan solo se pudieron obtener medidas indirectas a partir de fenómenos astronómicos. En el siglo XIX se pudieron realizar los primeros experimentos directos de medición de la velocidad de la luz confirmando su naturaleza electromagnética y las ecuaciones de Maxwell. |
Primeros intentos En 1629 Isaac Beeckman, un amigo de René Descartes, propuso un experimento en el que se pudiese observar el flash de un cañón reflejándose en un espejo ubicado a 1,6 km del primero.En 1638, Galileo propuso un experimento, para medir la velocidad de la luz al observar la percepción del retraso entre el lapso de destapar una linterna a lo lejos. René Descartes criticó este experimento como algo superfluo, en el hecho de que la observación de eclipses, los cuales tenían más poder para detectar una velocidad finita, dio un resultado negativo. En 1667, este experimento se llevó a cabo por la Academia del Cimento de Florencia, con las linternas separadas a 1,6 km sin observarse ningún retraso. |
Robert Hooke explicó los resultados negativos tal como Galileo había dicho: precisando que tales observaciones no establecerían la infinita velocidad de la luz, tan sólo que dicha velocidad debía ser muy grande.Primeras mediciones En 1676 Ole Rømer realizó el primer estimado cuantitativo de la velocidad de la luz, estudiando el movimiento del satélite Ío de Júpiter con un telescopio. Es posible medir el tiempo de la revolución de Ío debido a los movimientos de la sombra entrante/saliente de Júpiter en intervalos regulares. Rømer observó que Ío gira alrededor de Júpiter cada 42,5 h cuando la Tierra esta más cerca de Júpiter. |
También observó que, como la Tierra y Júpiter se mueven separándose, la salida de Ío fuera de la proyección de la sombra comenzaría progresivamente más tarde de lo predicho.Las observaciones detalladas mostraban que estas señales de salida necesitaban más tiempo en llegar a la Tierra, ya que la Tierra y Júpiter se separaban cada vez más. De este modo el tiempo extra utilizado por la luz para llegar a la Tierra podía utilizarse para deducir la velocidad de ésta. Un año después, las entradas de Ío en la proyección de la sombra ocurrían con mayor frecuencia ya que la Tierra y Júpiter se acercaban uno a otro. |
Con base a estas observaciones, Rømer estimó que la luz tardaría 22 min en cruzar el diámetro de la órbita de la Tierra (es decir, el doble de la unidad astronómica); las estimaciones modernas se acercan más a la cifra de 16 min y 40 s. Alrededor de la misma época, la unidad astronómica se estimaba en cerca de 140 millones de km.La unidad astronómica y la estimación del tiempo de Rømer fueron combinados por Christian Huygens, quien consideró que la velocidad de la luz era cercana a 1000 diámetros de la Tierra por minuto, es decir, unos 220.000 km/s, muy por debajo del valor actualmente aceptado, pero mucho más rápido que cualquier otro fenómeno físico entonces conocido. |
Isaac Newton también aceptó el concepto de velocidad finita.En su libro Opticks expone el valor más preciso de 16 minutos por diámetro, el cual parece él dedujo por sí mismo (se desconoce si fue a partir de los datos de Rømer, o de alguna otra manera). El mismo efecto fue subsecuentemente observado por Rømer en un punto rotando con la superficie de Júpiter. Observaciones posteriores también mostraron el mismo efecto con las otras tres lunas Galileanas, donde era más difícil de observar al estar estos satélites más alejados de Júpiter y proyectar sombras menores sobre el planeta. |
Aunque por medio de estas observaciones, la velocidad finita de la luz no fue establecida para la satisfacción de todos (notablemente Jean-Dominique Cassini), después de las observaciones de James Bradley (1728), la hipótesis de velocidad infinita se consideró totalmente desacreditada.Bradley dedujo que la luz de las estrellas cayendo sobre la Tierra parecerían provenir en un ángulo leve, que podría ser calculado al comparar la velocidad de la Tierra en su órbita con la velocidad de la luz. Se observó esta llamada aberración de la luz, estimándose en 1/200 de un grado. Bradley calculó la velocidad de la luz en alrededor de 298.000 km/s. Esto es solamente un poco menos que el valor actualmente aceptado. |
El efecto de aberración fue estudiado extensivamente en los siglos posteriores, notablemente por Friedrich Georg Wilhelm Struve y Magnus Nyren.Medidas directas Diagrama del aparato de Fizeau-Foucault. La segunda medida acertada de la velocidad de la luz usando un aparato terrestre fue realizada por Hippolyte Fizeau en 1849. El experimento de Fizeau era conceptualmente similar a aquellos propuestos por Beeckman y Galileo. Un rayo de luz se dirigía a un espejo a cientos de metros de distancia. En su trayecto de la fuente hacia el espejo, el rayo pasaba a través de un engranaje rotatorio. A cierto nivel de rotación, el rayo pasaría a través de un orificio en su camino de salida y en otro en su camino de regreso. |
Pero en niveles ligeramente menores, el rayo se proyectaría en uno de los dientes y no pasaría a través de la rueda.Conociendo la distancia hacia el espejo, el número de dientes del engrane, y el índice de rotación, se podría calcular la velocidad de la luz. Fizeau reportó la velocidad de la luz como 313.000 km/s. El método de Fizeau fue refinado más tarde por Marie Alfred Cornu (1872) y Joseph Perrotin (1900) pero fue el físico francés Léon Foucault quien más profundizó en la mejoras del método de Fizeau al reemplazar el engranaje con un espejo rotatorio. El valor estimado por Foucault, publicado en 1862, fue de 298.000 km/s. |
El método de Foucault también fue usado por Simon Newcomb y Albert Michelson, quien comenzó su larga carrera replicando y mejorando este método.En 1926, Michelson utilizó espejos rotatorios para medir el tiempo que tardaba la luz en hacer un viaje de ida y vuelta entre la montaña Wilson y la montaña San Antonio en California. Las medidas exactas rindieron una velocidad de 299.796 km/s. Relatividad En base al trabajo de James Clerk Maxwell, se sabe que la velocidad de la radiación electromagnética es una constante definida por las propiedades electromagnéticas del vacío ( constante dieléctrica y permeabilidad). En 1887, los físicos Albert Michelson y Edward Morley realizaron el influyente experimento Michelson-Morley para medir la velocidad de la luz relativa al movimiento de la Tierra. |
La meta era medir la velocidad de la Tierra a través del éter, el medio que se pensaba en ese entonces necesario para la transmisión de la luz.Tal como se muestra en el diagrama de interferómetro de Michelson, se utilizó un espejo con media cara plateada para dividir un rayo de luz monocromática en dos rayos viajando en ángulos rectos uno respecto del otro. Después de abandonar la división, cada rayo era reflejado de ida y vuelta entre los espejos en varias ocasiones (el mismo número para cada rayo para dar una longitud de trayectoria larga pero igual; el experimento Michelson-Morley actual usa más espejos) entonces una vez recombinados producen un patrón de interferencia constructiva y destructiva. |
Cualquier cambio menor en la velocidad de la luz en cada brazo del interferómetro cambiaría la cantidad de tiempo gastada en su tránsito, que sería observado como un cambio en el patrón de interferencia.En el acontecimiento, el experimento dio un resultado nulo. Ernst Mach estuvo entre los primeros físicos que sugirieron que el experimento actualmente aportaba una refutación a la teoría del éter. El desarrollo en física teórica había comenzado a proveer una teoría alternativa, la contracción Fitzgerald-Lorentz, que explicaba el resultado nulo del experimento. Es incierto si Einstein sabía los resultados de los experimentos de Michelson y Morley, pero su resultado nulo contribuyó en gran medida a la aceptación de su teoría de relatividad. |
La teoría de Einstein no requirió un elemento etérico sino que era completamente consistente con el resultado nulo del experimento: el éter no existe y la velocidad de la luz es la misma en cada dirección.La velocidad constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con la causalidad y la equivalencia de los marcos de inercia) de la relatividad especial. Véase también Velocidad de la luz variable Velocidad de la luz en un medio material Más rápido que la luz Referencias 1. Upheavals in Physics: The Speed of Light Exceeded - Chuck Missler - Koinonia House Referencias históricas Fizeau, H. L., «Sur une experience relative a la vitesse de propogation de la lumiere», Comptes Rendus 29, 90-92, 132, 1849 (en francés). |
Foucault, J. L., «Determination experimentale de la vitesse de la lumiere: parallaxe du Soleil», en Comptes Rendus 55, 501-503, 792-796, 1862 (en francés).Halley, Edmund, «Monsieur Cassini, his New and Exact Tables for the Eclipses of the First Satellite of Jupiter, reduced to the Julian Stile and Meridian of London», en Philosophical Transactions 18, n.º 214, pág. 237-256, diciembre de 1694 (en inglés). Michelson, A. A., «Experimental Determination of the Velocity of Light», Proceedings of the American Association for the Advancement of Science 27, 71-77, 1878 (en inglés). Michelson, A.A., F. G. Pease y F. Pearson, «Measurement Of The Velocity Of Light In A Partial Vacuum», Astrophysical Journal 82, 26-61, 1935 (en inglés). Newcomb, Simon, «The Velocity of Light», en revista Nature, pág. |
29-32, 13 de mayo de 1886 (en inglés).Perrotin, Joseph, «Sur la vitesse de la lumiere», en Comptes Rendus 131, 731-734, 1900 (en francés). Rømer, Ole, «Démonstration touchant le mouvement de la lumière», en Journal des Sçavans, 7 de diciembre de 1676, pág. 223-236 (disponible en francés como sólo texto en: astro.campus.ecp.fr), traducido como «A Demonstration concerning the Motion of Light», en Philosophical Transactions of the Royal Society, n.º 136, pág. 893-894; 25 de junio de 1677, disponible en francés como sólo texto en: astro.campus.ecp.fr). Referencias modernas Jackson, John David, Classical electrodynamics, , John Wiley & Sons, 2ª edición, 1975; 3ª edición, 1998 (en inglés). |
Kak, Subhash, «The Speed of Light and Purnic Cosmology», en T. R. N. Rao y Subhash Kak, Computing Science in Ancient India (pág.80-90), disponible en e-print physics/9804020 en el arXiv, USL Press, Lafayette, 1998 (en inglés). MacKay, R. J., y R. W. Oldford, «Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light», disponible en [1]), en Statistical Science 15(3), pág. 254-278, 2000 (en inglés). Enlaces externos Commons Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Velocidad de la luz. AstroMía.com (información acerca de la velocidad de la luz). Maloka.org (velocidad de la luz). INAOEP.mx (Instituto Nacional de Astrofisíca, Óptica y Electrónica). Experimento casero (Microondas, regaliz y la velocidad de la luz). |
Portalciencia.com.ar - Informe sobre la velocidad de la luz Vídeos de objetos vistos a velocidades cuasilumínicas (Universidad de Tübingen) Velocidad de la luz en un medio material Variación de la velocidad de la luz en diferentes medios (metros p La velocidad de la luz en un medio material depende de la estructura molecular de este, en particular de las propiedades electromagnéticas del mismo, la permeabilidad eléctrica y la permeabilidad magnética.Estas propiedades pueden presentar valores diferentes para diferentes longitudes de onda o frecuencias de la luz incidente, por lo que usualmente la velocidad de la luz en un medio va a depender de la longitud de onda (esa es la causa por la cual la luz blanca al atravesar un medio sufre dispersión cromática). |
Macroscópicamente la luz puede ser tratada como una onda tal como sugiere la electrodinámica aunque en ciertos casos presenta un comportamiento corpuscular o de partícula.Este comportamiento corpuscular fue establecido por Einstein en su interpretación del Efecto fotoeléctrico, ese trabajo estableció que la luz puede considerarse formada por partículas cuánticas llamadas fotones. La velocidad de los fotones en el vacío es de 299.792.458 m/s, pero, esta velocidad se reduce dependiendo del material por el que se propaga. Propagación de la luz en un medio material Cuando la luz atraviesa un medio perturba electromagnéticamente el material, y crea ondas electromagnéticas secundarias que intervieren con la primera. |
Aunque la velocidad de fase de la luz en un medio material es c (la velocidad de la luz en el vacío), la velocidad de grupo de la onda luminosa en un medio material generalmente es menor que la velocidad de la luz en el vacío.Cada fotón individual se mueve en el interior de la materia a la velocidad de la luz en el vacío, pero dentro del medio se crean por emisión nuevos y se destruyen fotones por absorción, y lo que observamos como luz propagándose en un medio es el efecto combinado de todos esos fotones. Eso explica como aunque cada fotón individual se mueve a una velocidad c el efecto combinado de todos ellos se propaga a una velocidad menor. Nota: [la luz siempre se comporta como luz. |
Aunque podemos estudiarla unas veces como partícula y otras como onda, la luz no cambia de naturaleza por el simple hecho de interactuar con la materia.La luz es un campo electromagnético y como tal interacciona con otros campos electromagnéticos como los producidos por los electrones de los átomos de los materiales que atraviesa. Esta interacción es la que reduce su velocidad.] Tabla de velocidad de la luz para diferentes materiales La velocidad de la luz se representa: Como : para la velocidad de la luz en el vacío Como : para velocidad de la luz en el medio (agua, vidrio, etc. |
), según tabla: Índice Velocidad Material de refracción m/s Vacío 1,00000 299.792.458 Aire (*) 1,00029 299.705.543 Agua (a 20ºC) 1,333 244.844.349 Hielo 1,31 228.849.205 Diamante 2,417 124.034.943 Acetona 1,36 220.435.631 Alcohol etílico 1,36 220435.631 Varios Solución de azúcar (30%) 1,38 217.240.912 Glicerina 1,473 203.525.090 Solución de azúcar (80%) 1,52 197.731.880 (*) en condiciones normales de presión y temperatura La Radiación de erenkov es generada por el paso de partículas - que lo atraviesa un medio material a una velocidad superior a la que, la luz, puede alcanzar en dicho medio material [Ver velocidades y materiales en recuadro] La Teoría de la Relatividad sostiene que en el vacío, nada absolutamente nada podría superar la velocidad de la luz Sin embargo, en un experimento de reciente data estaría por confirmarse que sería posible para la velocidad agrupada, que la luz pueda exceder . |
Un experimento hizo que la velocidad agrupada de rayos láser viajara distancias extremadamente cortas a través de átomos de cesio a .Sin embargo, no es posible usar esta técnica para transferir información más rápido que : la velocidad de la transferencia de información depende de la velocidad frontal (la velocidad en la cual el primer incremento de un . pulso sobre cero la mueve adelante) y el producto de la velocidad agrupada y la velocidad frontal es igual al cuadrado de la velocidad normal de la luz en el material. |
Véase también Analogía de Michelson y Morley Superlumínico Propagación del sonido y Efecto Doppler Teoría de la relatividad: disputas de prioridad Velocidad de la luz variable La hipótesis de la velocidad de la luz variable es la base de una nueva teoría cosmológica que se basa en la idea de que la velocidad de la luz era mayor en los primeros momentos tras el Big-Bang.Esto implica renunciar al principio de conservación de la energía. Según la teoría, la energía se crea y se destruye mediante el trasvase de energía entre el vacío y la materia. Al pasar la energía desde el vacío a la materia aumenta la velocidad de la luz, y cuando la energía pasa de materia al vacío, la velocidad de la luz disminuye. |
Esta hipótesis también resuelve el problema de la planeidad, y explica las mediciones actuales según las cuales se está acelerando la expansión del Universo, debido a que la teoría predice que la energía del vacío (lamdba ) provocaría una fuerza de repulsión entre las masas.Resulta una hipótesis atractiva desde un punto de vista teórico que se complementa con indicios encontrados recientemente y que sugieren que, si bien la velocidad de la luz es constante y no depende de la velocidad del foco emisor o del receptor, el valor de esta constante ha sufrido variaciones a lo largo de la historia del Universo. |
Véase también Velocidad de la luz Aceleración de la expansión del Universo Joao Magueijo Velocidad hipersónica Hyper X a Mach 7 Se denominan velocidades hipersónicas a aquellas velocidades superiores a cinco veces la velocidad del sonido.En la década de 1970, el término se comenzó a referir a las velocidades de Mach 5 y superior. Velocidad supersónica e hipersónica En la actualidad se sigue discutiendo acerca del término hipersónico, debido a que las naves se pueden decir supersónicas si han alcanzado el Mach 1'2 a lo sumo, en diseños típicos. Debido a esto, se complica la definición de las velocidades supersónicas, ya que no existe un cambio físico de tal manera que se pueda deducir que se produce una alteración del estado de la nave. |
Sin embargo, ya en el Mach 3, se comienzan a notar deformaciones o cambios en la nave, pero, a su vez, algunas sustancias se ven afectadas a velocidades similares a Mach 7, por ejemplo el x-43 hiper x. Velocidad orbital La velocidad orbital es la distancia recorrida durante un determinado periodo de tiempo por un planeta, satélite o similar al orbitar alrededor de una estrella o planeta.Si la órbita es perfectamente circular, la magnitud de la velocidad será constante y estará determinada por: donde Vo es la velocidad orbital, G la constante gravitacional, M la masa del cuerpo atrayente, y r el radio de la órbita. |
Un objeto que se mueva más rápidamente que la velocidad circular entrará en una órbita elíptica, con una velocidad que estará determinada en cada punto por las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.Si se moviera aún más rápido, viajará a velocidad de escape a lo largo de una órbita parabólica, o por encima de dicha velocidad en una órbita hiperbólica. Se aprecia que la velocidad orbital no depende de la masa del satélite, aunque sí es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del radio de la órbita. Es decir, cuanto mayor sea el radio, menor será la velocidad necesaria para describir la órbita. |
En astronomía la velocidad orbital de un cuerpo celeste no es constante, sino que esta velocidad orbital varía a lo largo de la órbita.En astronomía se usan 3 valores de velocidad orbital: Velocidad orbital mínima: es la velocidad orbital mínima en el afelio. Velocidad orbital máxima: es la velocidad orbital máxima en el perihelio. Velocidad orbital media: velocidad promedio durante toda la órbita. Las velocidades orbitales se expresan en km/h o km/s. No obstante suele emplearse el valor de velocidad orbital media. A modo de ejemplo, el planeta Tierra tiene una velocidad orbital media de 30 km/s. Y el planeta extrasolar Tau Bootes b que orbita una vez cada 3,3 días en torno a su estrella central se desplaza a una velocidad orbital media de 74 km/s. |
Véase también Rotación Velocidad de escape Anexo:Velocidad de los planetas del sistema solar Velocidad radial La velocidad V(t) de un objeto en la posición x(t) puede descomponerse en una componente radial VR(t), y una transversal VT(t), que dependen de la posición del observador Un planeta suficientemente masivo puede alterar la órbita de su estrella, de manera medible por medio de su velocidd radial Velocidad radial es la velocidad de un objeto a lo largo de la línea visual del observador.Esto es la componente de la velocidad con la que el objeto se acerca o aleja del observador, aunque no se mueva exactamente en dirección de colisión con el observador. Es perpendicular a la velocidad transversal del objeto. |
Efecto Doppler Artículo principal: Efecto Doppler El Efecto Doppler se produce cuando una fuente de ondas (por ejemplo, luz o sonido) se acerca o aleja del observador.Entonces, la frecuencia de la onda producida por la fuente no es la misma que puede medir el observador. Este es el efecto que ocurre cuando un tren que toca su bocina pasa cerca de nosotros: antes de que pase el sonido se siente más agudo ( frecuencia más alta, velocidad radial negativa) que cuando el tren ya se está alejando (frecuencia más baja, velocidad radial positiva). |
Uso astronómico En Astronomía el efecto es aprovechado comunmente, ya que con el análisis del espectro de la luz que producen los astros, se puede determinar la velocidad radial que tienen con respecto a la Tierra.Su cálculo se realiza, mediante el análisis de las líneas espectrales producidas por los átomos que componen el objeto observado, utilizando la siguiente fórmula: ; donde: es la velocidad radial medida en kilómetros por hora. es la velocidad de la luz en kilómetros por hora. es la longitud de onda de la línea espectral observada, medida en alguna unidad de longitud (como metros o Angstroms). es la longitud de onda de la línea espectral en reposo. |
Si la velocidad radial es negativa, el objeto se acerca al observador (corrimiento al azul); mientras que si es positiva, el objeto se aleja del observador (corrimiento al rojo).Si se estima de manera correcta el valor de la masa de la estrella, se puede obtener una medición indirecta de la masa del objeto en órbita. Un buen estimado de la masa puede ser obtenida de su magnitud aparente, la distancia a la que se encuentra y su tipo estelar. El método entrega un límite inferior para la masa del planeta, igual a: ; donde: es el límite inferior para la masa es la masa real del planeta, e , es la inclinación del plano orbital del planeta con respecto a la Tierra. ; Si es posible medir el valor de la inclinación, se puede calcular la masa exacta. |
Velocidad relativista Se considera una velocidad relativista aquella que representa un porcentaje significativo de la velocidad de la luz y que por ello obliga a tener en cuenta los efectos de la relatividad especial a la hora del estudio científico.Se llaman partículas relativistas a las partículas elementales que se mueven a velocidades relativistas. |
Véase también Postulados de la Relatividad Especial Teoría de la Relatividad Especial Masa relativista Factor de Lorentz Modelo estándar de física de partículas Ventilación Se denomina ventilación al acto de mover o dirigir el movimiento del aire para un determinado propósito: Ventilación (arquitectura) Ventilación (contraincendio) Ventilación (medicina) Ventilación (ingeniería) Ventilación (minería) Ventilación industrial Véase también Ventilación mecánica Ventiladores Unidades de tratamiento de aire Ventilador Ventilador de escritorio Westinghouse antiguo.Un ventilador de piso. Un ventilador o abanico es un dispositivo para agitar o mover aire o gas. Básicamente crea una corriente de aire moviendo unas paletas o álabes. |
Fue Inventado en 1882 por el estadounidense Schuyler S. Wheeler.Se utiliza para desplazar aire o gas de un lugar a otro, dentro de o entre espacios, para motivos industriales o uso residencial, para ventilación o para aumentar la circulación de aire en un espacio habitado, basicamente para refrescar. Un ventilador también es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un incremento de presión no mayor de 1000 mmH2O aproximadamente. |
En energía, los ventiladores se usan principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible que la conducción del propio gas sea lo esencial, pero también en muchos casos, el gas actúa sólo como medio de transporte de calor, humedad, etc; o de material sólido, como cenizas, polvos, etc.Entre los ventiladores y compresores existen diferencias. El objeto fundamental de los primeros es mover un flujo de gas, a menudo en grandes cantidades, pero a bajas presiones; mientras que los segundos están diseñados principalmente para producir grandes presiones y flujos de gas relativamente pequeños. |
En el caso de los ventiladores, el aumento de presión es generalmente tan insignificante comparado con la presión absoluta del gas, que la densidad de éste puede considerarse inalterada durante el proceso de la operación; de este modo, el gas se considera incompresible como si fuera un líquido.Por consiguiente en principio no hay diferencia entre la forma de operación de un ventilador y de una bomba de construcción similar, lo que significa que matemáticamente se pueden tratar en forma análoga. También de forma secundaria, se utiliza el ventilador junto con un disipador o un radiador para aumentar la transferencia de calor entre un sólido y el aire, bien para refrigerar, bien para calentar cualquiera de los dos elementos en contacto. |
En otros países se le conoce con el nombre de abanico, al aparato que enfría el aire para uso industrial o doméstico.Véase también Convección Enlaces externos Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Ventilador.Commons Versta Versta, antigua unidad de longitud rusa, equivalente a 1066,8 metros. Viaje a través del tiempo Dimensiones espaciales y temporales de un evento, desde el punto la luz. El viaje a través del tiempo es un concepto de desplazamiento hacia delante o atrás en diferentes puntos del tiempo, así como lo hacemos en el espacio. Adicionalmente, algunas interpretaciones de viaje en el tiempo sugieren la posibilidad de viajes entre realidades o universos paralelos. |
Este artículo analiza la posibilidad teórica y técnica de viajes en el tiempo, y la posibilidad de que existan paradojas asociadas a dicho viaje a través del tiempo (por ejemplo evitar el nacimiento de nuestros propios antepasados). |
Contenido 1 Los viajes a través del tiempo en la física 1.1 Movimientos en el tiempo y en el espacio 1.2 La posibilidad de los viajes en el tiempo 1.2.1 La posibilidad de las paradojas temporales 1.2.1.1 Paradoja de la inexistencia de viajeros del tiempo 1.3 Los equivalentes de viaje temporal y viaje a la velocidad de la luz 1.4 Viajes hacia el futuro 1.5 Métodos propuestos para su realización 1.5.1 Utilización de los agujeros de gusano 1.5.2 Utilización de cilindros rotatorios gigantescos 1.5.3 Utilización de una cuerda cósmica 1.5.4 Utilización de un núcleo atómico pesado 1.5.5 Utilización del envolvimiento cuántico 1.5.6 Utilización de líneas temporales cerradas 1.5.7 Utilización del viaje convencional a través del tiempo 2 El viaje en el tiempo en la ficción 2.1 Tipos de viaje a través del tiempo en la ficción 2.1.1 Líneas de tiempo inmutables 2.1.2 Instantáneo y gradual 2.1.3 ¿Viaje en el tiempo o viaje espacial en el tiempo? |
2.1.4 Otros puntos de vista y sus ejemplos 2.2 Viajes en el tiempo en Literatura 2.3 Viajes en el tiempo en Cine y televisión 2.4 Viajes en el tiempo en los videojuegos 3 La filosofía y los viajes a través del tiempo 3.1 La visión “presentista" 3.2 La visión del principio antrópico 4 La religión y los viajes a través del tiempo 4.1 Profecías: información del futuro 4.2 Yoga: ver el futuro 5 Referencias 5.1 Referencias científicas 5.2 Referencias literarias 5.3 Referencias filosóficas 6 Véase también 7 Enlaces externos Los viajes a través del tiempo en la física Movimientos en el tiempo y en el espacio De acuerdo con la descripción convencional de la teoría de la relatividad las partículas materiales al moverse a través del espacio-tiempo se mueven hacia delante en el tiempo (hacia el futuro) y hacia un lado u otro del espacio. |
El hecho de que la energía total y la masa sean positivas está relacionado con el hecho de que las partículas se muevan hacia el futuro.Un aspecto demostrado y comprobado de la teoría de la relatividad es que viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz ocasiona una dilatación del tiempo, por la cual el tiempo de un individuo que viaja a esa velocidad corre más lentamente. Desde la perspectiva del viajero, el tiempo "externo" parece fluir más rápidamente, causando que el viajero llegue a un lugar más adelante en el futuro. Sin embargo, este fenómeno en sí mismo, no es lo que suele denominarse de viaje a través del tiempo. |
El concepto de viaje en el tiempo ha sido frecuentemente utilizado para examinar las consecuencias de teorías físicas como la relatividad especial, la relatividad general y la teoría cuántica de campos, aunque no existe evidencia experimental del viaje en el tiempo y existen razones teóricas importantes para considerar posible la existencia de cierto tipo de viaje a través del tiempo.En cualquier caso, las teorías actuales de la física no permiten cualquier clase de viaje en el tiempo. La posibilidad de los viajes en el tiempo La teoría especial de la relatividad de Albert Einstein (y por extensión la teoría general) permite explícitamente un tipo de dilatación temporal que ordinariamente se podría denominar “viaje en el tiempo”. |
La teoría sostiene que relativamente a un observador estacionario, el tiempo parece fluir más lentamente para los cuerpos que se desplazan rápidamente: por ejemplo, un reloj que se desplaza parecerá correr más lento; al incrementar su velocidad y acercarse a la velocidad de la luz parecerá haberse detenido completamente.Sin embargo, este efecto sólo permite el “viaje en el tiempo” hacia adelante en el futuro, nunca hacia atrás. Este tipo de viaje no es típico de la ciencia ficción, y no se tiene ninguna duda acerca de su existencia; sin embargo, de aquí en adelante “viaje en el tiempo”, propiamente dicho, se referirá al recorrido con algún grado de libertad hacia el pasado o el futuro. |
Muchos científicos consideran que el viaje a través del tiempo propiamente dicho es imposible.Esta opinión se ve reforzada por un argumento basado en la navaja de Occam ( Occam’s razor). Cualquier teoría que permita el viaje en el tiempo requiere que algunas situaciones relacionadas con la causalidad (o, en su caso, retrocausalidad) sean resueltas. ¿Qué pasaría si alguien trata de viajar en el tiempo y mata a su propio abuelo? (Ver la “paradoja del abuelo”). Además, en la ausencia de cualquier evidencia experimental de la posibilidad del viaje en el tiempo, es teóricamente más simple suponer que no puede ocurrir. |
De hecho, el físico Stephen Hawking ha sugerido que la ausencia de turistas del futuro constituye un fuerte argumento en contra de la existencia del viaje en el tiempo (véase Conjetura de protección de la cronología).Eso sería una variante de la paradoja de Fermi (“si no hay visitantes extraterrestres es porque los extraterrestres no existen”), donde se hablaría de “viajeros del tiempo” en lugar de “visitantes extraterrestres”. Dadas estas circunstancias, otros sugieren —a los que sostienen la posición de Stephen Hawking— que en el caso de que en un futuro el ser humano pudiese viajar al pasado, éste no podría regresar a un espacio temporal anterior al momento de la puesta a punto de dicha máquina del tiempo. |
También se ha sugerido que al viajar al pasado estaríamos “creando” un universo paralelo y no viajaríamos a un pasado determinado sino a una copia de éste pero con una diferencia: un turista espacial.Tendríamos así dos espacios temporales simultáneos: uno donde aparece un turista del tiempo y otro donde no aparece. Ésta sería una hipótesis para discutirnos la paradoja de “Si mañana planeo un viaje a hoy para decirme ‘hola’, ¿por qué hoy no tengo un doble al lado mío diciéndome ‘hola’?” Sin embargo, asumiendo que el viaje temporal no es posible, también resulta interesante para los físicos la pregunta de por qué y qué leyes físicas lo impiden. |
La posibilidad de las paradojas temporales El principio de autoconsistencia de Novikov y cálculos recientes de Kip S. Thorne indican que simples masas pasando en el tiempo a través de agujeros de gusano no podrían generar paradojas, ya que no existen condiciones iniciales que induzcan una paradoja una vez que es introducido el viaje en el tiempo.Si sus resultados pueden ser generalizados sugerirían, curiosamente, que ninguna de las paradojas formuladas en las historias de viaje temporal puedan ser realmente formuladas en un nivel físico: es decir, que cualquier situación que se provoque en una historia de viaje temporal puede permitir muchas soluciones coherentes. Las circunstancias podrían sin embargo, tornarse casi increíblemente extrañas. |
Los universos paralelos son una posibilidad teórica que evitaría la mayor parte de las paradojas relacionadas con viajes a través del tiempo.La interpretación de mundos múltiples de Everett sugiere que todos los eventos cuánticos posibles pueden ocurrir simultáneamente en historias exclusivas. Estas historias alternas o paralelas, formarían un árbol ramificado que simbolizaría todos los posibles resultados de cualquier interacción. Debido a que todas las posibilidades existen, cualquier paradoja puede ser explicada al ocurrir los eventos paradójicos en un universo diferente. Este concepto es frecuentemente utilizado en la ciencia ficción. |
Sin embargo, en la actualidad, los físicos creen que dicha interacción o interferencia entre estas historias alternativas no es posible (véase la conjetura de protección cronológica de Stephen Hawking).Paradoja de la inexistencia de viajeros del tiempo Si tomamos en cuenta que cada vez sabemos más de física cuántica y que la tecnología progresa a través del tiempo, se puede postular que deberíamos ser visitados por viajeros del tiempo, hecho no demostrado, y que puede ser considerado una paradoja. |
Para explicar esto, se ha postulado que esto puede indicar que la humanidad se extinguirá antes de descubrir la tecnología de viajar en el tiempo, lo que también se aplicaría a presuntos mundos en universos paralelos, porque ellos tampoco habrían desarrollado la tecnología para viajar entre universos.Otras explicaciones menos convencionales y con características pseudocientíficas, son que también podríamos postular que ya existen viajes en el tiempo debido a la creencia en presuntos viajeros (llamados, tal vez erróneamente, extraterrestres), que podrían existir o que van a existir. |
Igualmente, hay vestigios de civilizaciones con una presunta tecnología muy similar a la nuestra, como por ejemplo el Mecanismo de Antiquitera que data de entre los años 82 y 65 antes de Cristo; con lo que podríamos postular que se basan en tecnología de su futuro.Los equivalentes de viaje temporal y viaje a la velocidad de la luz Podemos señalar que si alguien es capaz de mover información de un punto a otro más rápido que la velocidad de la luz, de acuerdo a la relatividad especial, eso equivale a que un observador percibe una transferencia de información hacia el pasado. Por otro lado no se han propuesto mecanismos físicos que sugieran que esa posibilidad es técnicamente viable de acuerdo con la relatividad especial. |
La teoría general de la relatividad por su parte ofrece algunas posibilidades teóricas adicionales.Esta teoría formulada por Einstein generaliza la teoría especial de la relatividad que hemos considerado hasta ahora. Esta teoría además de su mayor generalidad es capaz de describir adecuadamente la gravedad desde un punto de vista relativista. La interpretación de la gravedad que hace esta teoría es que la materia “curva” el espacio y el tiempo que se encuentra a su alrededor. Estas propiedades de la curvatura abren nuevas posibilidades para el viaje a través del tiempo: Teóricamente existen soluciones de las ecuaciones que incluyen líneas temporales se curven alrededor de un círculo y se reconecten con su propio pasado. |
La primera y más famosa de estas soluciones, conocida como universo de Gödel, fue hallada por Kurt Gödel, aunque dicha solución atribuye al universo ciertas características físicas que no parecen corresponderse con las de nuestro universo.La teoría de la relatividad general en sí misma no prohíbe la curva temporal cerrada o curva cerrada de tipo tiempo (traducción literal del inglés closed timelike curve), que puede llegar a aparecer en las soluciones de las ecuaciones. |
Sin embargo, la mayoría de los físicos cree que es necesario explicar correctamente las condiciones si se pretende una descripción completa y realista, es decir, las condiciones adicionales, las cuales, de no cumplirse, eliminarían la posibilidad de las curvas temporales cerradas debido a sus implicaciones paradójicas, por ejemplo aquellas que se relacionan con la hipotética retrocausalidad (la posibilidad que tendría el viajero al pasado de influir en el mismo, con los consiguientes resultados en el presente, según vemos contempla la paradoja del abuelo).Existe además la posibilidad de que diferentes regiones del espacio inicialmente separadas entren en contacto mediante la formación de un "puente" o "agujero de gusano". |
En general estas requerirían pasar por estados topológicamente no equivalentes que involucren "rasgado" del espacio-tiempo, posibilidad recientemente considerada en la teoría de cuerdas y explicado divulgativamente por Brian Greene en El universo elegante.Viajes hacia el futuro Viajar al futuro no tiene, en realidad, nada de particular. El tiempo fluye siempre en la misma dirección y sólo tenemos que sentarnos a esperar a que el futuro llegue hasta nosotros. Sin embargo, ese viaje puede ser un poco largo para una vida humana. |
Si queremos conocer lo que sucederá mañana, sólo tenemos que tener un poco de paciencia, pero la cuestión se complica si queremos ver a nuestros tataranietos y parece fuera de toda posibilidad contemplar nuestra civilización dentro de mil años.El efecto relativista de la dilatación del tiempo nos ofrece, al menos teóricamente, la posibilidad de viajar al futuro evitando envejecer. En la paradoja de los gemelos, los dos hermanos se encontraban en el futuro pero habían recorrido caminos diferentes, y uno de ellos, el que se había acelerado hasta viajar a gran velocidad en una nave espacial, había reducido su envejecimiento. |
Aunque el tiempo propio medido por un observador en movimiento respecto a otro será menor y la magnitud del efecto viene dada por la velocidad (v) del observador en movimiento y la velocidad de la luz (c): Sin embargo, desde el punto de vista del propio observador en movimiento, él mismo está en reposo y él no percibe que esté envejeciendo más lentamente.De hecho, para este observador en movimiento sería el observador en reposo quien estaría envejeciendo más rápidamente. Sólo en situaciones en que aparecen sistemas de referencia no inerciales en que los dos observadores se encuentren puede darse una situación en que ambos observadores coincidan en que uno de ellos dos ha envejecido más lentamente. |
Si consideramos un observador que se aleja en una nave con una velocidad que sea un 90% de la de la luz, el tiempo transcurrido en la Tierra, ignorando el efecto de Dilatación gravitacional del tiempo para simplificar, sería unas 2,30 veces más lento según un observador en la Tierra.Es decir, que incluso yendo a esta altísima velocidad sólo ganaríamos un modesto factor dos en nuestro viaje al futuro. Para hacer viajes interesantes al futuro necesitamos que el cohete vaya a velocidades realmente considerables. Para viajar a futuros más lejanos ‘sólo’ sería necesario hacer que la velocidad fuera aún más cercana a la de la luz. |
Nuestra nave viajando a gran velocidad en un camino con origen y regreso a la Tierra es una máquina del tiempo para viajar al futuro que, en la medida en que seamos capaces de incrementar su velocidad, nos puede llevar sin envejecer a cualquier tiempo posterior al nuestro.Es evidente que la construcción de esta nave, de esta máquina del tiempo, está fuera de las posibilidades técnicas de nuestra civilización. Sin embargo, hay ejemplos que demuestran que la idea es correcta. En la Tierra recibimos partículas que vienen del centro de nuestra galaxia a distancias que la luz tarda miles de años en recorrer. Es decir, fueron producidas hace miles de años terrestres. |
Sin embargo, estas partículas no pueden resistir un viaje ni siquiera de un minuto ya que se desintegran en cuestión de segundos después de haber sido creadas.¿Cómo explicar esta paradoja? Haciendo uso de la dilatación temporal: las partículas han sido aceleradas a velocidades tan cercanas a la de la luz, que sólo habían envejecido segundos mientras que en la Tierra transcurrían miles de años. Nuestra máquina del tiempo es unidireccional, sólo nos permite viajar al futuro. Esto, sin duda, limita mucho el encanto del viaje. |