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Más rapido que la luz

Como la esfera viaja más rápido que la luz, el observador no ve nada hasta que ya ha pasado. Luego aparecen dos imágenes: una de la esfera llegando (a la derecha) y otra saliendo (a la izquierda).

Los viajes y las comunicaciones más rápidos que la luz (también FTL , superluminal o supercausal ) son la propagación conjetural de materia o información más rápida que la velocidad de la luz ( c ). La teoría especial de la relatividad implica que sólo las partículas con masa en reposo cero (es decir, los fotones ) pueden viajar a la velocidad de la luz, y que nada puede viajar más rápido.

Se ha planteado la hipótesis de partículas cuya velocidad supera la de la luz ( taquiones ), pero su existencia violaría la causalidad e implicaría viajes en el tiempo . El consenso científico es que no existen. La FTL "aparente" o "efectiva", [1] [2] [3] [4] , por otro lado, depende de la hipótesis de que regiones inusualmente distorsionadas del espacio-tiempo podrían permitir que la materia alcance lugares distantes en menos tiempo que la luz en espacio-tiempo normal ("no distorsionado").

A partir del siglo XXI, según las teorías científicas actuales, la materia debe viajar a una velocidad inferior a la de la luz (también STL o subluminal ) con respecto a la región del espacio-tiempo localmente distorsionada. La FTL aparente no está excluida por la relatividad general ; sin embargo, cualquier plausibilidad física aparente de FTL es actualmente especulativa. Ejemplos de aparentes propuestas FTL son el motor Alcubierre , los tubos Krasnikov , los agujeros de gusano atravesables y los túneles cuánticos . [5] [6] En su mayoría, las propuestas FTL encuentran lagunas en torno a la relatividad general, como expandir o contraer el espacio para hacer que el objeto parezca viajar más grande que c . Todavía se cree ampliamente que tales propuestas son imposibles, ya que aún violan la comprensión actual de la causalidad y todas requieren mecanismos fantásticos para funcionar (como requerir materia exótica ). Sin embargo, dado lo poco que se sabe sobre los límites de la causalidad y otros conceptos especulativos relacionados con las propuestas FTL, los físicos continúan investigando y considerando estas propuestas.

Viaje superluminal de no información.

En el contexto de este artículo, FTL es la transmisión de información o materia más rápido que c , una constante igual a la velocidad de la luz en el vacío, que es 299.792.458 m/s (por definición de metro) [7] o aproximadamente 186.282,397 millas. por segundo. Esto no es lo mismo que viajar más rápido que la luz, ya que:

Ninguno de estos fenómenos viola la relatividad especial ni crea problemas de causalidad y, por lo tanto, ninguno califica como FTL como se describe aquí.

En los siguientes ejemplos, puede parecer que ciertas influencias viajan más rápido que la luz, pero no transmiten energía o información más rápido que la luz, por lo que no violan la relatividad especial.

Movimiento diario del cielo

Para un observador terrestre, los objetos en el cielo completan una revolución alrededor de la Tierra en un día. Próxima Centauri , la estrella más cercana fuera del Sistema Solar , está a unos cuatro años y medio de distancia. [8] En este marco de referencia, en el que se percibe que Próxima Centauri se mueve en una trayectoria circular con un radio de cuatro años luz, podría describirse como si tuviera una velocidad muchas veces mayor que c como la velocidad del borde de un objeto. moverse en círculo es producto del radio y la velocidad angular. [8] También es posible, en una vista geostática , que objetos como los cometas varíen su velocidad de subluminal a superluminal y viceversa simplemente porque la distancia desde la Tierra varía. Los cometas pueden tener órbitas que los lleven a más de 1.000 UA . [9] La circunferencia de un círculo con un radio de 1000 AU es mayor que un día luz. En otras palabras, un cometa a esa distancia es superlumínico en un marco geostático y, por tanto, no inercial.

Puntos de luz y sombras

Si un rayo láser atraviesa un objeto distante, es fácil hacer que el punto de luz láser se mueva a través del objeto a una velocidad mayor que c . [10] De manera similar, se puede hacer que una sombra proyectada sobre un objeto distante se mueva a través del objeto más rápido que c . [10] En ningún caso la luz viaja desde la fuente al objeto más rápido que c , ni ninguna información viaja más rápido que la luz. [10] [11] [12]

Velocidades de cierre

La velocidad a la que dos objetos en movimiento en un solo sistema de referencia se acercan se llama velocidad mutua o de cierre. Esto puede acercarse al doble de la velocidad de la luz, como en el caso de dos partículas que viajan a una velocidad cercana a la de la luz en direcciones opuestas con respecto al sistema de referencia.

Imaginemos dos partículas que se mueven rápidamente acercándose desde lados opuestos de un acelerador de partículas del tipo colisionador. La velocidad de cierre sería la velocidad a la que disminuye la distancia entre las dos partículas. Desde el punto de vista de un observador en reposo respecto al acelerador, esta velocidad será ligeramente inferior al doble de la velocidad de la luz.

La relatividad especial no lo prohíbe. Nos dice que es incorrecto utilizar la relatividad galileana para calcular la velocidad de una de las partículas, como la mediría un observador que viajara junto a la otra partícula. Es decir, la relatividad especial proporciona la fórmula correcta de suma de velocidades para calcular dicha velocidad relativa .

Es instructivo calcular la velocidad relativa de las partículas que se mueven en v y − v en el marco del acelerador, que corresponde a la velocidad de cierre de 2 v  >  c . Expresando las velocidades en unidades de c , β  =  v / c :

Velocidades adecuadas

Si una nave espacial viaja a un planeta a un año luz (medido en el marco de reposo de la Tierra) de la Tierra a gran velocidad, el tiempo necesario para llegar a ese planeta podría ser inferior a un año medido por el reloj del viajero (aunque siempre será más de un año medido por un reloj en la Tierra). El valor que se obtiene al dividir la distancia recorrida, determinada en el marco de la Tierra, por el tiempo transcurrido, medido por el reloj del viajero, se conoce como rapidez propia o velocidad propia . No hay límite en el valor de una velocidad adecuada ya que una velocidad adecuada no representa una velocidad medida en un solo sistema inercial. Una señal luminosa que saliera de la Tierra al mismo tiempo que el viajero siempre llegaría al destino antes que él.

Velocidades de fase por encima de c

La velocidad de fase de una onda electromagnética , cuando viaja a través de un medio, puede exceder habitualmente c , la velocidad en el vacío de la luz. Esto ocurre, por ejemplo, en la mayoría de los vasos con frecuencias de rayos X. [13] Sin embargo, la velocidad de fase de una onda corresponde a la velocidad de propagación de un componente teórico de una sola frecuencia (puramente monocromática ) de la onda a esa frecuencia. Tal componente de onda debe ser de extensión infinita y de amplitud constante (de lo contrario, no es verdaderamente monocromática) y, por lo tanto, no puede transmitir ninguna información. [14] Por lo tanto, una velocidad de fase superior a c no implica la propagación de señales con una velocidad superior a c . [15]

Velocidades de grupo por encima de c

La velocidad de grupo de una onda también puede exceder c en algunas circunstancias. [16] [17] En tales casos, que típicamente implican al mismo tiempo una rápida atenuación de la intensidad, el máximo de la envolvente de un pulso puede viajar con una velocidad superior a c . Sin embargo, incluso esta situación no implica la propagación de señales con una velocidad superior a c , [18] aunque uno pueda verse tentado a asociar máximos de pulso con señales. Se ha demostrado que esta última asociación es engañosa, porque la información sobre la llegada de un pulso se puede obtener antes de que llegue el máximo de pulso. Por ejemplo, si algún mecanismo permite la transmisión completa de la parte delantera de un pulso mientras atenúa fuertemente el máximo del pulso y todo lo que está detrás (distorsión), el máximo del pulso se desplaza efectivamente hacia adelante en el tiempo, mientras que la información sobre el pulso no llega más rápido. que c sin este efecto. [19] Sin embargo, la velocidad del grupo puede exceder c en algunas partes de un haz gaussiano en el vacío (sin atenuación). La difracción hace que el pico del pulso se propague más rápido, mientras que la potencia general no. [20]

expansión cósmica

Según la ley de Hubble , la expansión del universo hace que las galaxias distantes se alejemos de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, la velocidad de recesión asociada con la ley de Hubble , definida como la tasa de aumento de la distancia adecuada por intervalo de tiempo cosmológico , no es una velocidad en un sentido relativista. Además, en la relatividad general , la velocidad es una noción local y ni siquiera existe una definición única para la velocidad relativa de un objeto cosmológicamente distante. [21] Las velocidades de recesión cosmológica más rápidas que la luz son enteramente un efecto coordinado .

Hay muchas galaxias visibles con telescopios con números de corrimiento al rojo de 1,4 o más. Todos estos tienen velocidades de recesión cosmológica mayores que la velocidad de la luz. Debido a que el parámetro de Hubble disminuye con el tiempo, puede haber casos en los que una galaxia que se aleja de nosotros más rápido que la luz logre emitir una señal que eventualmente nos llegue. [22] [23] [24]

Sin embargo, debido a que la expansión del universo se está acelerando , se proyecta que la mayoría de las galaxias eventualmente cruzarán un tipo de horizonte de eventos cosmológicos donde cualquier luz que emitan más allá de ese punto nunca podrá llegar a nosotros en ningún momento en el futuro infinito. 25] porque la luz nunca llega a un punto en el que su "velocidad peculiar" hacia nosotros exceda la velocidad de expansión alejándose de nosotros (estas dos nociones de velocidad también se analizan en Comoving y distancias adecuadas#Usos de la distancia adecuada ). La distancia actual a este horizonte de eventos cosmológicos es de aproximadamente 16 mil millones de años luz, lo que significa que una señal de un evento que ocurre actualmente podría eventualmente llegar hasta nosotros en el futuro si el evento estuviera a menos de 16 mil millones de años luz de distancia, pero la señal nunca nos llegaría si el evento estuviera a más de 16 mil millones de años luz de distancia. [23]

Observaciones astronómicas

Un aparente movimiento superluminal se observa en muchas radiogalaxias , blazares , cuásares y, recientemente, también en microcuásares . El efecto fue predicho antes de que Martin Rees lo observara [ se necesita aclaración ] y puede explicarse como una ilusión óptica causada por el objeto que se mueve parcialmente en la dirección del observador, [26] cuando los cálculos de velocidad suponen que no es así. El fenómeno no contradice la teoría de la relatividad especial . Los cálculos corregidos muestran que estos objetos tienen velocidades cercanas a la velocidad de la luz (en relación con nuestro sistema de referencia). Son los primeros ejemplos de grandes cantidades de masa moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz. [27] Los laboratorios terrestres sólo han podido acelerar un pequeño número de partículas elementales a tales velocidades.

Mecánica cuántica

Ciertos fenómenos de la mecánica cuántica , como el entrelazamiento cuántico , podrían dar la impresión superficial de que permiten la comunicación de información más rápido que la luz. Según el teorema de la no comunicación, estos fenómenos no permiten una verdadera comunicación; sólo permiten que dos observadores en diferentes lugares vean el mismo sistema simultáneamente, sin ninguna forma de controlar lo que ven. El colapso de la función de onda puede verse como un epifenómeno de la decoherencia cuántica, que a su vez no es más que un efecto de la evolución temporal local subyacente de la función de onda de un sistema y todo su entorno. Dado que el comportamiento subyacente no viola la causalidad local ni permite la comunicación FTL, se deduce que tampoco colapsa el efecto adicional de la función de onda, ya sea real o aparente.

El principio de incertidumbre implica que los fotones individuales pueden viajar distancias cortas a velocidades algo más rápidas (o más lentas) que c , incluso en el vacío; esta posibilidad debe tenerse en cuenta al enumerar los diagramas de Feynman para una interacción de partículas. [28] Sin embargo, en 2011 se demostró que un solo fotón no puede viajar más rápido que c . [29] En la mecánica cuántica, las partículas virtuales pueden viajar más rápido que la luz, y este fenómeno está relacionado con el hecho de que los efectos de campo estático (que están mediados por partículas virtuales en términos cuánticos) pueden viajar más rápido que la luz (ver la sección sobre campos estáticos más arriba). ). Sin embargo, macroscópicamente estas fluctuaciones se promedian, de modo que los fotones viajan en línea recta a lo largo de distancias largas (es decir, no cuánticas) y, en promedio, viajan a la velocidad de la luz. Por tanto, esto no implica la posibilidad de transmisión de información superluminal.

Ha habido varios informes en la prensa popular sobre experimentos sobre transmisión óptica más rápida que la luz, la mayoría de las veces en el contexto de una especie de fenómeno de túnel cuántico . Por lo general, estos informes tratan de una velocidad de fase o de grupo más rápida que la velocidad de la luz en el vacío. [30] [31] Sin embargo, como se indicó anteriormente, una velocidad de fase superluminal no se puede utilizar para la transmisión de información más rápida que la luz. [32] [33]

efecto hartman

El efecto Hartman es el efecto túnel a través de una barrera donde el tiempo de túnel tiende a ser constante para barreras grandes. [34] [35] Esto podría ser, por ejemplo, el espacio entre dos prismas. Cuando los prismas están en contacto, la luz pasa directamente a través de ellos, pero cuando hay un espacio, la luz se refracta. Existe una probabilidad distinta de cero de que el fotón atraviese el espacio en lugar de seguir el camino refractado. Para espacios grandes entre los prismas, el tiempo de túnel se acerca a una constante y, por lo tanto, los fotones parecen haber cruzado a una velocidad superluminal. [36]

Sin embargo, el efecto Hartman en realidad no puede usarse para violar la relatividad transmitiendo señales más rápido que c , porque el tiempo de túnel "no debe estar vinculado a una velocidad ya que las ondas evanescentes no se propagan". [37] Las ondas evanescentes en el efecto Hartman se deben a partículas virtuales y a un campo estático que no se propaga, como se menciona en las secciones anteriores para la gravedad y el electromagnetismo.

efecto casimir

En física, la fuerza de Casimir-Polder es una fuerza física ejercida entre objetos separados debido a la resonancia de la energía del vacío en el espacio intermedio entre los objetos. Esto a veces se describe en términos de partículas virtuales que interactúan con los objetos, debido a la forma matemática de una posible forma de calcular la fuerza del efecto. Debido a que la intensidad de la fuerza disminuye rápidamente con la distancia, sólo se puede medir cuando la distancia entre los objetos es extremadamente pequeña. Debido a que el efecto se debe a partículas virtuales que median un efecto de campo estático, está sujeto a los comentarios sobre campos estáticos discutidos anteriormente.

Paradoja del EPR

La paradoja EPR se refiere a un famoso experimento mental de Albert Einstein , Boris Podolsky y Nathan Rosen que fue realizado experimentalmente por primera vez por Alain Aspect en 1981 y 1982 en el experimento Aspect . En este experimento, la medición del estado de uno de los sistemas cuánticos de un par entrelazado obliga aparentemente instantáneamente al otro sistema (que puede estar distante) a medirse en el estado complementario. Sin embargo, no se puede transmitir ninguna información de esta manera; La respuesta a si la medición afecta realmente o no al otro sistema cuántico depende de qué interpretación de la mecánica cuántica se suscribe.

Un experimento realizado en 1997 por Nicolas Gisin demostró correlaciones cuánticas no locales entre partículas separadas por más de 10 kilómetros. [38] Pero como se señaló anteriormente, las correlaciones no locales observadas en el entrelazamiento en realidad no pueden usarse para transmitir información clásica más rápido que la luz, de modo que se preserva la causalidad relativista. La situación es similar a compartir un lanzamiento de moneda sincronizado, donde la segunda persona que lanza su moneda siempre verá lo contrario de lo que ve la primera persona, pero ninguno tiene forma de saber si fue el primero o el segundo en lanzar la moneda, sin comunicarse de forma clásica. . Consulte el teorema de no comunicación para obtener más información. Un experimento de física cuántica de 2008 también realizado por Nicolas Gisin y sus colegas ha determinado que en cualquier teoría hipotética de variable oculta no local , la velocidad de la conexión cuántica no local (lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia") es de al menos 10.000 veces la velocidad de la luz. [39]

Borrador cuántico de elección retrasada

El borrador cuántico de elección retardada es una versión de la paradoja EPR en la que la observación (o no) de la interferencia tras el paso de un fotón a través de un experimento de doble rendija depende de las condiciones de observación de un segundo fotón entrelazado con el primero. La característica de este experimento es que la observación del segundo fotón puede tener lugar en un momento posterior a la observación del primer fotón, [40] lo que puede dar la impresión de que la medición de los fotones posteriores determina "retroactivamente" si los anteriores Los fotones muestran interferencia o no, aunque el patrón de interferencia solo se puede ver correlacionando las mediciones de ambos miembros de cada par y, por lo tanto, no se puede observar hasta que se hayan medido ambos fotones, lo que garantiza que un experimentador que observe solo los fotones que pasan a través de la rendija no lo hará. no obtener información sobre los otros fotones en forma FTL o hacia atrás en el tiempo. [41] [42]

comunicación superluminal

La comunicación más rápida que la luz equivale, según la relatividad, a viajar en el tiempo . Lo que medimos como la velocidad de la luz en el vacío (o cerca del vacío) es en realidad la constante física fundamental c . Esto significa que todos los observadores inerciales y, para la velocidad coordinada de la luz, no inerciales, independientemente de su velocidad relativa , siempre medirán partículas de masa cero, como los fotones que viajan en c en el vacío. Este resultado significa que las mediciones de tiempo y velocidad en diferentes cuadros ya no están relacionadas simplemente por cambios constantes, sino que están relacionadas por transformaciones de Poincaré . Estas transformaciones tienen implicaciones importantes:

Justificaciones

Vacío de Casimir y túneles cuánticos

La relatividad especial postula que la velocidad de la luz en el vacío es invariante en sistemas inerciales . Es decir, será el mismo desde cualquier sistema de referencia que se mueva a velocidad constante. Las ecuaciones no especifican ningún valor particular para la velocidad de la luz, que es una cantidad determinada experimentalmente para una unidad fija de longitud. Desde 1983, la unidad SI de longitud (el metro ) se define utilizando la velocidad de la luz .

La determinación experimental se ha realizado al vacío. Sin embargo, el vacío que conocemos no es el único vacío posible que puede existir. El vacío tiene asociada una energía, llamada simplemente energía del vacío , que quizás podría verse alterada en determinados casos. [48] ​​Cuando se reduce la energía del vacío, se ha predicho que la luz misma irá más rápido que el valor estándar c . Esto se conoce como efecto Scharnhorst . Este vacío puede producirse juntando dos placas metálicas perfectamente lisas con una separación cercana al diámetro atómico. Se llama vacío de Casimir . Los cálculos implican que la luz irá más rápido en tal vacío en una cantidad minúscula: un fotón que viaje entre dos placas separadas por 1 micrómetro aumentaría la velocidad del fotón en sólo aproximadamente una parte en 10 36 . [49] En consecuencia, hasta el momento no ha habido ninguna verificación experimental de la predicción. Un análisis reciente [50] argumentó que el efecto Scharnhorst no se puede utilizar para enviar información hacia atrás en el tiempo con un solo conjunto de placas, ya que el marco de reposo de las placas definiría un " marco preferido " para la señalización FTL. Sin embargo, con múltiples pares de placas en movimiento entre sí, los autores notaron que no tenían argumentos que pudieran "garantizar la ausencia total de violaciones de causalidad", e invocaron la conjetura especulativa de protección de la cronología de Hawking , que sugiere que bucles de retroalimentación de partículas virtuales crearían "singularidades incontrolables en la energía-estrés cuántica renormalizada" en el límite de cualquier máquina del tiempo potencial y, por lo tanto, requerirían una teoría de la gravedad cuántica para analizarlas completamente. Otros autores sostienen que el análisis original de Scharnhorst, que parecía mostrar la posibilidad de señales más rápidas que c , implicaba aproximaciones que pueden ser incorrectas, de modo que no está claro si este efecto podría realmente aumentar la velocidad de la señal. [51]

Más tarde fue afirmado por Eckle et al. que la formación de túneles de partículas efectivamente ocurre en tiempo real cero. [52] Sus pruebas involucraron túneles de electrones, donde el grupo argumentó que una predicción relativista para el tiempo de túnel debería ser de 500 a 600 attosegundos (un attosegundo es una quintillónésima (10 −18 ) de segundo). Todo lo que se pudo medir fueron 24 attosegundos, que es el límite de precisión de la prueba. Sin embargo, una vez más, otros físicos creen que los experimentos de túneles en los que las partículas parecen pasar tiempos anormalmente cortos dentro de la barrera son en realidad totalmente compatibles con la relatividad, aunque hay desacuerdo sobre si la explicación implica la remodelación del paquete de ondas u otros efectos. [53] [54] [55]

Renunciar a la relatividad (absoluta)

Debido al fuerte apoyo empírico de la relatividad especial , cualquier modificación de la misma debe ser necesariamente bastante sutil y difícil de medir. El intento más conocido es la relatividad doblemente especial , que postula que la longitud de Planck también es la misma en todos los sistemas de referencia, y está asociada con el trabajo de Giovanni Amelino-Camelia y João Magueijo . [56] [57] Hay teorías especulativas que afirman que la inercia es producida por la masa combinada del universo (por ejemplo, el principio de Mach ), lo que implica que el marco de reposo del universo podría ser preferido por las mediciones convencionales de la ley natural. Si se confirma, esto implicaría que la relatividad especial es una aproximación a una teoría más general, pero dado que la comparación relevante (por definición) estaría fuera del universo observable , es difícil imaginar (y mucho menos construir) experimentos para probar esta hipótesis. A pesar de esta dificultad, se han propuesto experimentos de este tipo. [58]

Distorsión del espacio-tiempo

Aunque la teoría de la relatividad especial prohíbe que los objetos tengan una velocidad relativa mayor que la velocidad de la luz, y la relatividad general se reduce a la relatividad especial en un sentido local (en pequeñas regiones del espacio-tiempo donde la curvatura es insignificante), la relatividad general sí permite que el espacio entre objetos distantes expandirse de tal manera que tengan una " velocidad de recesión " que excede la velocidad de la luz, y se cree que las galaxias que hoy están a una distancia de más de 14 mil millones de años luz de nosotros tienen una velocidad de recesión que es Más rapido que la luz. [59] Miguel Alcubierre teorizó que sería posible crear un motor warp , en el que una nave estaría encerrada en una "burbuja warp" donde el espacio en el frente de la burbuja se contrae rápidamente y el espacio en la parte trasera se contrae rápidamente. expandiéndose, con el resultado de que la burbuja puede alcanzar un destino distante mucho más rápido que un rayo de luz que se mueve fuera de la burbuja, pero sin que los objetos dentro de la burbuja viajen localmente más rápido que la luz. [60] Sin embargo, varias objeciones planteadas contra la campaña de Alcubierre parecen descartar la posibilidad de utilizarla de manera práctica. Otra posibilidad predicha por la relatividad general es el agujero de gusano transitable , que podría crear un atajo entre puntos arbitrariamente distantes en el espacio. Al igual que con el impulso de Alcubierre, los viajeros que se mueven a través del agujero de gusano no se moverían localmente más rápido que la luz que viaja a través del agujero de gusano junto a ellos, pero podrían llegar a su destino (y regresar a su ubicación inicial) más rápido que la luz que viaja fuera del agujero de gusano.

Gerald Cleaver y Richard Obousy, profesor y estudiante de la Universidad de Baylor , teorizaron que manipular las dimensiones extraespaciales de la teoría de cuerdas alrededor de una nave espacial con una cantidad extremadamente grande de energía crearía una "burbuja" que podría hacer que la nave viajara más rápido que la velocidad de la luz. Para crear esta burbuja, los físicos creen que manipular la décima dimensión espacial alteraría la energía oscura en tres grandes dimensiones espaciales: alto, ancho y largo. Cleaver dijo que la energía oscura positiva es actualmente responsable de acelerar la tasa de expansión de nuestro universo a medida que pasa el tiempo. [61]

Violación de la simetría de Lorentz

La posibilidad de que se pueda violar la simetría de Lorentz ha sido seriamente considerada en las últimas dos décadas, particularmente después del desarrollo de una teoría de campo efectiva y realista que describe esta posible violación, la llamada Extensión del Modelo Estándar . [62] [63] [64] Este marco general ha permitido búsquedas experimentales mediante experimentos de rayos cósmicos de energía ultraalta [65] y una amplia variedad de experimentos en gravedad, electrones, protones, neutrones, neutrinos, mesones y fotones. [66] La ruptura de la rotación y la invariancia del impulso causan dependencia de la dirección en la teoría, así como una dependencia de energía no convencional que introduce efectos novedosos, incluidas oscilaciones de neutrinos que violan Lorentz y modificaciones en las relaciones de dispersión de diferentes especies de partículas, que naturalmente podrían hacer que las partículas se muevan. Más rapido que la luz.

En algunos modelos de simetría rota de Lorentz, se postula que la simetría todavía está integrada en las leyes más fundamentales de la física, pero que la ruptura espontánea de la simetría de la invariancia de Lorentz [67] poco después del Big Bang podría haber dejado un "campo reliquia" en todo el país. el universo que hace que las partículas se comporten de manera diferente dependiendo de su velocidad en relación con el campo; [68] sin embargo, también hay algunos modelos en los que la simetría de Lorentz se rompe de una manera más fundamental. Si la simetría de Lorentz puede dejar de ser una simetría fundamental en la escala de Planck o en alguna otra escala fundamental, es concebible que partículas con una velocidad crítica diferente de la velocidad de la luz sean los constituyentes últimos de la materia.

En los modelos actuales de violación de la simetría de Lorentz, se espera que los parámetros fenomenológicos dependan de la energía. Por lo tanto, como se reconoce ampliamente, [69] [70] los límites de baja energía existentes no se pueden aplicar a fenómenos de alta energía; sin embargo, muchas búsquedas de violaciones de Lorentz a altas energías se han llevado a cabo utilizando la Extensión del Modelo Estándar . [66] Se espera que la violación de la simetría de Lorentz se vuelva más fuerte a medida que uno se acerca a la escala fundamental.

Teorías superfluidas del vacío físico.

En este enfoque, el vacío físico se considera un superfluido cuántico que es esencialmente no relativista, mientras que la simetría de Lorentz no es una simetría exacta de la naturaleza sino más bien una descripción aproximada válida sólo para las pequeñas fluctuaciones del fondo superfluido. [71] En el marco del enfoque, se propuso una teoría en la que se conjetura que el vacío físico es un líquido cuántico de Bose cuya función de onda del estado fundamental se describe mediante la ecuación logarítmica de Schrödinger . Se demostró que la interacción gravitacional relativista surge como el modo de excitación colectiva de pequeña amplitud [72] , mientras que las partículas elementales relativistas pueden describirse mediante modos similares a partículas en el límite de momentos bajos. [73] El hecho importante es que a velocidades muy altas el comportamiento de los modos similares a partículas se vuelve distinto del relativista : pueden alcanzar el límite de velocidad de la luz con energía finita; Además, es posible una propagación más rápida que la luz sin necesidad de que los objetos en movimiento tengan una masa imaginaria . [74] [75]

Resultados del vuelo de neutrinos FTL

experimento MINOS

En 2007, la colaboración MINOS informó resultados que miden el tiempo de vuelo de neutrinos de 3 GeV que arrojan una velocidad superior a la de la luz en una importancia de 1,8 sigma. [76] Sin embargo, se consideró que esas mediciones eran estadísticamente consistentes con los neutrinos que viajan a la velocidad de la luz. [77] Después de que los detectores del proyecto se actualizaron en 2012, MINOS corrigió su resultado inicial y encontró una concordancia con la velocidad de la luz. Se realizarán más mediciones. [78]

Anomalía de neutrinos de ÓPERA

El 22 de septiembre de 2011, una preimpresión [79] de la Colaboración OPERA indicó la detección de neutrinos muónicos de 17 y 28 GeV, enviados a 730 kilómetros (454 millas) desde el CERN cerca de Ginebra, Suiza, al Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, viajando más rápido que luz en una cantidad relativa de2,48 × 10 −5 (aproximadamente 1 en 40.000), una estadística con una significancia de 6,0 sigma. [80] El 17 de noviembre de 2011, un segundo experimento de seguimiento realizado por científicos de OPERA confirmó sus resultados iniciales. [81] [82] Sin embargo, los científicos se mostraron escépticos sobre los resultados de estos experimentos, cuya importancia fue cuestionada. [83] En marzo de 2012, la colaboración ICARUS no pudo reproducir los resultados de OPERA con su equipo, detectando un tiempo de viaje de neutrinos desde el CERN hasta el Laboratorio Nacional Gran Sasso indistinguible de la velocidad de la luz. [84] Más tarde, el equipo OPERA informó dos fallas en la configuración de su equipo que habían causado errores muy fuera de su intervalo de confianza original : un cable de fibra óptica conectado incorrectamente, lo que provocó mediciones aparentemente más rápidas que la luz, y un oscilador de reloj. tictac demasiado rápido. [85]

Taquiones

En la relatividad especial, es imposible acelerar un objeto a la velocidad de la luz, o que un objeto masivo se mueva a la velocidad de la luz. Sin embargo, es posible que exista un objeto que siempre se mueva más rápido que la luz. Las hipotéticas partículas elementales con esta propiedad se denominan taquiones o partículas taquiónicas. Los intentos de cuantificarlas no lograron producir partículas más rápidas que la luz y, en cambio, ilustraron que su presencia conduce a una inestabilidad. [86] [87]

Varios teóricos han sugerido que el neutrino podría tener una naturaleza taquiónica, [88] [89] [90] [91] mientras que otros han cuestionado la posibilidad. [92]

Relatividad general

La relatividad general se desarrolló después de la relatividad especial para incluir conceptos como la gravedad . Mantiene el principio de que ningún objeto puede acelerar a la velocidad de la luz en el sistema de referencia de cualquier observador coincidente. [ cita necesaria ] Sin embargo, permite distorsiones en el espacio-tiempo que permiten que un objeto se mueva más rápido que la luz desde el punto de vista de un observador distante. [ cita necesaria ] Una de esas distorsiones es el impulso de Alcubierre , que se puede considerar como un producto que produce una onda en el espacio-tiempo que transporta un objeto consigo. Otro posible sistema es el agujero de gusano , que conecta dos lugares distantes como por un atajo. Ambas distorsiones necesitarían crear una curvatura muy fuerte en una región altamente localizada del espacio-tiempo y sus campos de gravedad serían inmensos. Para contrarrestar la naturaleza inestable y evitar que las distorsiones colapsen por su propio "peso", sería necesario introducir hipotética materia exótica o energía negativa.

La relatividad general también reconoce que cualquier medio de viaje más rápido que la luz también podría usarse para viajar en el tiempo . Esto plantea problemas de causalidad . Muchos físicos creen que los fenómenos anteriores son imposibles y que las futuras teorías de la gravedad los prohibirán. Una teoría afirma que los agujeros de gusano estables son posibles, pero que cualquier intento de utilizar una red de agujeros de gusano para violar la causalidad resultaría en su decadencia. [ cita necesaria ] En teoría de cuerdas , Eric G. Gimon y Petr Hořava han argumentado [93] que en un universo supersimétrico de Gödel de cinco dimensiones , las correcciones cuánticas de la relatividad general cortan efectivamente regiones del espacio-tiempo con curvas temporales cerradas que violan la causalidad. En particular, en la teoría cuántica existe un supertubo embarrado que corta el espacio-tiempo de tal manera que, aunque en el espacio-tiempo completo pasa por cada punto una curva temporal cerrada, en la región interior delimitada por el tubo no existen curvas completas.

En la ficción y la cultura popular

Los viajes FTL son un tropo común en la ciencia ficción . [94]

Ver también

Notas

  1. ^ González-Díaz, PF (2000). "Warp drive espacio-tiempo" (PDF) . Revisión física D. 62 (4): 044005. arXiv : gr-qc/9907026 . Código Bib : 2000PhRvD..62d4005G. doi : 10.1103/PhysRevD.62.044005. hdl :10261/99501. S2CID  59940462. Archivado (PDF) desde el original el 13 de julio de 2017.
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Referencias

enlaces externos

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