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¿Qué pasa si viajamos a la velocidad de la luz? 2ª parte




En la primera parte de este tema, estuvimos hablando de las consecuencias que tiene sobre el transcurso del tiempo viajar a velocidades inmensas, es decir: a alguien que se desplaza a velocidades cercanas a las de la luz, le parece que el universo pasa a cámara lenta a su alrededor; mientras que quienes le observan quietos desde fuera, le ven a cámara lenta a él. Vimos que esto permite que dos observadores que se mueven a velocidades distintas vean la luz pasar a la misma velocidad.

En este post se explicará que, no sólo nuestra perspectiva del tiempo se ve a afectada al alcanzar grandes velocidades, sino también la del propio espacio
e incluso la propia masa. Si no has leído la primera parte, te aconsejo que lo leas porque te ayudará a comprender mejor esta segunda parte.


¿Qué pasa si viajamos a la velocidad de la luz? 1° parte
Por cierto, muchas gracias por incluirlo al TOP del día.







Si nos montamos en una nave y aceleramos hasta la velocidad de la luz, los objetos que están a nuestro alrededor prácticamente quietos parecerán encogerse. Por otra parte, a la gente que nos ve desde fuera le dará la impresión de que somos nosotros los se han encogido.

Por ejemplo:

Vista desde el exterior de la nave.





Vista desde el interior de la nave.




Según las ecuaciones de Einstein, una persona que está quieta y otra que viaja al 99,99% de la velocidad de la luz, deberían ver un rayo de luz desplazarse a la misma velocidad y eso sólo es posible si los dos experimentan el tiempo de manera distinta. El espacio, el tiempo y la velocidad son conceptos que están estrechamente relacionados, así que modificar el ritmo con el que el tiempo transcurre afecta a los otros dos parámetros.

Hmmm… No sé si fiarme de esto último… ¿Por q…?

Porque de la misma manera que percibimos la velocidad como la distancia que recorre algo durante un tiempo determinado (velocidad = espacio/tiempo), el espacio se nos presenta como durante cuánto tiempo se ha desplazado algo que va a cierta velocidad (espacio = tiempo x velocidad).

Vamos con el ejemplo del día.

Pongamos a 2 hámsters de experimento, a Comandante y Coliflor, en dos situaciones diferentes: Comandante va en su nave dando vueltas a 259.627 km/s en un salón (puestos a poner situaciones inverosímiles) y Coliflor está sentada tranquilamente observándolo.

Los dos están de acuerdo en que ven la luz desplazarse a la misma velocidad, independientemente de su movimiento, así que deciden utilizarla como unidad para medir distancias. Utilizan los nanosegundos-luz (distancia que recorre la luz en un nanosegundo) lo que equivale a unos 30 centímetros, es decir: 1 nanosegundo-luz = 30 cm

La cuestión es que ahora Comandante y Coliflor pueden medir las distancias “simplemente” contando cuántos nanosegundos tarda un rayo de luz en recorrerlas. Aquí es donde Einstein viene a meter las narices: "como para cada hamster el tiempo transcurre a un ritmo distinto, sus mediciones serán diferentes".

Ahora bien, Comandante y Coliflor deciden medir un objeto del salón. La tele, por ejemplo.

Coliflor sale del castillo y apunta con un láser, paralelamente, a la tele que quiere medir. Ve que la luz tarda 2 nanosegundos en cruzar de lado a lado del televisor, así que concluye que su longitud es de 60 centímetros. Comandante está viajando a 259.627 km/s, así que dentro de la nave, el tiempo transcurre con normalidad, pero fuera de la nave cada segundo dura el doble. Por lo tanto, ve que el rayo de luz ha tardado 1 nanosegundo en atravesar la tele y con esto concluye que mide 30 centímetros de longitud.

Como resultado, Comandante ve que los objetos inmóviles del exterior de la nave tienen la mitad de su tamaño real (incluida Coliflor).





Ahora enfoquemos esto desde otra perspectiva:

Si Coliflor quiere medir el tamaño de Comandante a 259.627 km/s, va a encontrarse con el mismo problema, pero al revés: Coliflor ve el tiempo pasar al ritmo de siempre y a Comandante moverse a cámara lenta, a la mitad del ritmo normal. Por tanto, si manda un rayo de luz hacia él para medirlo verá que éste tarda la mitad en “cruzarlo”, por lo que medirá un tamaño más pequeño para Comandante.




Hasta aquí hemos visto/resuelto lo qué ocurre con el espacio y el tiempo cuando nos desplazamos a velocidades cercanas a las de la luz. Ahora centrémonos con la masa...









Empecemos con esto:






Para acelerar un objeto hasta una velocidad concreta necesitamos energía (esa energía puede venir de algún rollo experimental, eso da igual). La cuestión es que, cuanto más rápido queramos ir, más energía necesitaremos. De hecho, la cantidad de energía necesaria para acelerar, aumenta de forma cuadrática. En otras palabras, doblar la velocidad requiere cuatro veces más energía, lo que significa que acelerar se vuelve más difícil cuanto más rápido vas.

Cuando entramos en el terreno de las velocidades cercanas a las de la luz, las necesidades energéticas se disparan aún más. A grandes velocidades no sólo el tiempo pasa más lento y la longitud se acorta si no que, encima, también aumenta nuestra masa.

Aquí hace falta aclarar algo para entender lo que se viene.

La masa, como tal, no es en realidad lo que la mayoría pensamos. En realidad, la masa es el contenido energético de una cosa cualquiera. Aquí entra en juego la famosa ecuación de Einstein que todo el mundo ha visto alguna vez:



Donde E es la energía contenida en un objeto, m es su masa en reposo y c es el valor de la velocidad de la luz. Esta ecuación representa que la cantidad de energía que contiene un objeto es su masa en reposo multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.

Volvamos al asunto de acelerar las cosas.

Cuando damos un empujón a un objeto, le estamos impartiendo energía. Por tanto, el valor de “E” aumenta a la izquierda de la ecuación así que algo deberá cambiar en el lado derecho para compensarlo. Como la velocidad de la luz es inalterable, entonces lo único que puede cambiar es su masa.

O sea, que al impartir energía a un cuerpo para acelerarlo, su masa “aumenta” y necesitamos más esfuerzo para acelerarlo aún más. Al aplicar más energía para vencer este esfuerzo extra, estaremos añadiendo masa de nuevo al objeto y necesitaremos más energía para seguir acelerando y… Bueno, ya puedes hacerte una idea del bucle en el que entramos.

En realidad, acabo de explicarlo de la manera fácil, pero que no es correcta: en el fondo, la masa es una manifestación de la energía, así que aplicar energía sobre un cuerpo al final tiene el mismo efecto que acumular masa. Es decir, que es esa energía extra la que nos opone resistencia a medida que aceleramos y no un aumento de la masa del objeto en sí.

La cuestión es que este fenómeno se amplifica a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, hasta tal punto que sólo por este motivo ni siquiera una partícula con una masa prácticamente despreciable, como un protón, puede acelerarse hasta la velocidad de la luz. Puede acercarse a esa velocidad todo lo que quiera, incluso un milímetros por segundo más lento que la luz, pero nunca alcanzarla.

Por poner un ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), es el acelerador de partículas más grande del mundo con una circunferencia de 27 kilómetros en el interior de la cual las partículas son aceleradas por campos magnéticos hasta velocidades muy cercanas a las de la luz. Pese a impartir energías de hasta 7 teraelectrón-voltios (TeV), “tan sólo” es capaz de acelerar protones al 99,9999991% de la velocidad de la luz, lo que son unos 3 m/s menos que la velocidad de la luz.

¿Oye pero qué es un teraele…?


Es una unidad utilizada para medir la energía. Para poner en perspectiva esta unidad, 1 teraelectrón-volt es más o menos la energía que lleva un mosquito cuando vuela. No parece mucho, lo sé, pero hay que tener en cuenta que el LCH condensa esa energía sobre partículas que son un millón de millones de veces más pequeñas que un mosquito.

En la actualidad el LHC está parado mientras realizan en él modificaciones que le permitirán alcanzar los 13 TeV pero, pese a casi duplicar su potencia, no hará mucho por recortar esos 3 m/s que le faltan para llegar a la velocidad de la luz: para acelerar una partícula hasta la velocidad de la luz, necesitaríamos una cantidad energía de infinita, por lo que ni siquiera toda la energía del universo nos bastaría.

Por eso sólo los fotones (en todas sus formas a lo largo del espectro electromagnético) pueden viajar a la velocidad de la luz: porque no tienen masa.






Ahora bien, más allá de nuestra pobre tecnología para intentar alcanzar velocidad de la luz (lo cual es imposible dada la explicación que dimos anteriormente), la barrera que realmente nos impide viajar a esas velocidades extremas, no está en nuestra futura tecnología, sino en el propio espacio. Así es, el espacio no está vacío en el medio interestelar como se cree. O sea, está muy vacío, pero no vacío del todo. En el camino que hay entre las estrellas, hay 1.800.000 átomos de hidrógeno por metro cúbico.

Esto no es mucho pero, si viajamos a una fracción considerable de la velocidad de la luz, estos átomos chocarían contra la nave con tal energía que matarían a los pasajeros y destrozarían todo el equipamiento electrónico. Entonces, para evitar el daño causado por los átomos de hidrógeno en el medio interestelar, nuestra velocidad queda limitada a la mitad de la velocidad de la luz (unos 149.896 km/s).

Por ejemplo, queremos viajar a una estrella cercana como Alpha Centauri, que se encuentra a 4 años-luz de aquí. Yendo a la mitad de la velocidad de la luz, la nave tardaría 8 años en llegar a la estrella y los tripulantes habrían experimentado además un viaje de un 15% más corto, por lo que para ellos habrían transcurrido 7 años, más o menos.



En fin, hasta aquí hemos explicado lo que pasa con el tiempo, el espacio y la masa cuando nos acercamos a la velocidad de la luz
... ¿Pero eso es todo?... Claro que no. Aún falta otro cosa alucinante por incluir. Es algo que se encuentra presente en todo el universo...¿Te suena de algo?




Así es: ¡¡La gravedad!!



Por lo que, posiblemente, habrá una tercera parte de cómo éste influye en el propio espacio y el tiempo...






Gracias amigos, por incluir este post al top de hoy con más puntos

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