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Nada en el Universo podrá ir más rápido que la Luz

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (14)

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     ¿Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz?

Para contestar esta pregunta hay que advertir al lector que la energía suministrada a un cuerpo puede influir sobre él de distintas maneras. Si un martillo golpea a un clavo en medio del aire, el clavo sale despedido y gana energía cinética o, dicho de otra manera, energía de movimiento. Si el martillo golpea sobre un clavo, cuya punta está apoyada en una madera dura e incapaz de moverse, el clavo seguirá ganando energía, pero esta vez en forma de calor por rozamiento al ser introducido a la fuerza dentro de la madera.

Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa cabía contemplarla como una forma de energía (E = mc2, la bomba atómica lo confirmó). Al añadir energía a un cuerpo, esa energía puede aparecer en la forma de masa o bien en otra serie de formas.

En condiciones ordinarias, la ganancia de energía en forma de masa es tan increiblemente pequeña que sería imposible medirla. Fue en el siglo XX (al observar partículas subatómicas que, en los grandes aceleradores de partículas, se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo) cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 Km por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que cuando estaba en reposo (siempre respecto a nosotros).

La energía que se comunica a un cuerpo libre puede integrarse en él de dos maneras distintas:

  1. En forma de velocidad, con lo cual aumenta la rapidez del movimiento.
  2. En forma de masa, con lo cual se hace “más pesado”.

La división entre estas dos formas de ganancia de energía, tal como la medimos nosotros, depende en primer lugar de la velocidad del cuerpo (medida, una vez más, por nosotros).

Si el cuerpo se mueve a velocidades normales, prácticamente toda la energía se incorpora a él en forma de velocidad: se moverá más aprisa sin cambiar su masa.

Respuestas (XC): ¿Por qué la masa aumenta con la velocidad? – Ciencia de  SofáPor qué la masa de un objeto aumenta a medida que se aproxima a la velocidad  de la luz? - Quora

A medida que aumenta la velocidad del cuerpo (suponiendo que se le suministra energía de manera constante) es cada vez menor la energía que se convierte en velocidad y más la que se transforma en masa. Observamos que, aunque el cuerpo siga moviéndose cada vez más rápido, el ritmo de aumento de velocidad decrece. Como contrapartida, notamos que gana más masa a un ritmo ligeramente mayor.

Al aumentar aún más la velocidad y acercarse a los 299.792’458 Km/s, que es la velocidad de la luz en el vacío, casi toda la energía añadida entra en forma de masa. Es decir, la velocidad del cuerpo aumenta muy lentamente, pero la masa es la que sube a pasos agigantados. En el momento en que se alcanza la velocidad de la luz, toda la energía añadida se traduce en masa.

El cuerpo no puede sobrepasar la velocidad de la luz porque para conseguirlo hay que comunicarle energía adicional, y a la velocidad de la luz toda esa energía, por mucha que sea, se convertirá en nueva masa, con lo cual la velocidad no aumentaría ni un ápice.

Todo esto no es pura teoría, sino que tal como ha sido comprobado, es la realidad de los hechos.

La velocidad de la luz es la velocidad límite en el universo. Cualquier cosa que intente sobrepasarla adquiriría una masa infinita.

Como optimizar partículas

La velocidad de la luz, por tanto, es un límite en nuestro universo; no se puede superar. Siendo esto así, el hombre tiene planteado un gran reto, no será posible el viaje a las estrellas si no buscamos la manera de esquivar este límite de la naturaleza, ya que las distancias que nos separan de otros sistemas solares son tan enormes que, viajando a velocidades por debajo de la velocidad de la luz, sería casi imposible alcanzar el destino deseado.

Los científicos, físicos experimentales, tanto en el CERN como en el FERMILAB, aceleradores de partículas donde se estudian y los componentes de la materia haciendo que haces de protones o de muones, por ejemplo, a velocidades cercanas a la de la luz choquen entre sí para que se desintegren y dejen al descubierto sus contenidos de partículas aún más elementales.  Pues bien, a estas velocidades relativistas cercanas a c (la velocidad de la luz), las partículas aumentan sus masas; sin embargo, nunca han logrado sobrepasar el límite de c, la velocidad máxima permitida en nuestro universo.

Es preciso ampliar un poco más las explicaciones anteriores que no dejan sentadas todas las cuestiones que el asunto plantea, y quedan algunas dudas que incitan a formular nuevas preguntas, como por ejemplo: ¿por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?, o ¿por qué se propaga la luz a 299.793 Km/s y no a otra velocidad?

Así se hizo la luz en el Universo, según científico

La única respuesta que podemos dar hoy es que así, es el universo que nos acoge y las leyes naturales que lo rigen, donde estamos sometidos a unas fuerzas y unas constantes universales de las que la velocidad de la luz en el vacio es una muestra.

A velocidades grandes cercanas a la de la luz (velocidades relativistas) no sólo aumenta la masa del objeto que viaja, sino que disminuye también su longitud en la misma dirección del movimiento (contracción de Lorentz) y en dicho objeto y sus ocupantes – si es una nave – se retrasa al paso del tiempo, o dicho de otra manera, el tiempo allí transcurre más despacio.

A menudo se oye decir que las partículas no pueden moverse “más deprisa que la luz” y que la “velocidad de la luz” es el límite último de velocidad.

Pero decir esto es decir las cosas a medias, porque la luz viaja a velocidades diferentes dependiendo del medio en el que se mueve. Donde más deprisa se mueve la luz es en el vacío: allí lo hace a 299.792’458 Km/s. Este sí es el límite último de velocidades que podemos encontrar en nuestro universo.

El Universo: La Velocidad de la Luz - Escuchando Documentales - Podcast en  iVoox

Tenemos el ejemplo del fotón, la partícula mediadora de la fuerza electromagnética, un bosón sin masa que recorre el espacio a esa velocidad antes citada.

Einstein en su teoría de la relatividad especial de 1.905, nos decía que en nuestro universo nada puede ir más rápido que la luz. También nos dejó dicho que masa y energía don dos aspectos de una misma cosa. Que la materia se puede convertir en energía (ahí está la bomba atómica como demostración) pero, ¿es posible hacer lo contrario y convertir energía en materia?

Sí sería posible convertir energía en materia, pero hacerlo en grandes cantidades resulta poco práctico. Veamos por qué.

Según la teoría de Einstein, tenemos que e = mc2, donde e representa la energía, medida en ergios, m representa la masa, medida en gramos, y c es la velocidad de la luz en centímetros por segundo.

La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×1010) de centímetros por segundo. La cantidad c2 representa el producto c ×c, es decir:

3×1010 × 3×1010, ó 9×1020.

Por tanto, c2 es igual a 900.000.000.000.000.000.000.

Así pues, una masa de un gramo puede convertirse, en teoría, en 9×1020 ergios de energía.

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×1010 (22 millones) de kilocalorías.  Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

O digámoslo de otro modo: si fuese posible convertir en energía eléctrica la energía representada por un solo gramo de materia, bastaría para tener luciendo continuamente una bombilla de 100 vatios durante unos 28.200 años.

Módulo 1 Física de partículas - ppt descargar

O bien: la energía que representa un solo gramo de materia equivale a la que se obtendría de quemar unos 32 millones de litros de gasolina.

Nada tiene de extraño, por tanto, que las bombas nucleares, donde se convierten en energías cantidades apreciables de materia, desaten tanta destrucción.

La conversión opera en ambos sentidos. La materia se puede convertir en energía y la energía en materia. Esto último puede hacerse en cualquier momento en el laboratorio, donde continuamente convierten partículas energéticas (como fotones de rayos gamma) en 1 electrón y 1 positrón sin ninguna dificultad. Con ello se invierte el proceso, convirtiéndose la energía en materia.

Pero estamos hablando de una transformación de ínfimas cantidades de masa casi despreciable. ¿Pero podremos utilizar el mismo principio para conseguir cantidades mayores de materia a partir de energía?

La materia y sus propiedades

Bueno, si un gramo de materia puede convertirse en una cantidad de energía igual a la que produce la combustión de 32 millones de litros de gasolina, entonces hará falta toda esa energía para fabricar un solo gramo de materia, lo que nos lleva al convencimiento de que no sería muy rentable invertir el proceso.

Recuerdo en este punto cómo los viajeros espaciales de la Nave Enterprise, cuando tienen hambre, le piden a una dispensadora de alimentos lo que desean comer o beber, y la máquina, a partir de la energía, le facilita todo aquello que necesiten. La serie Star Trek, unas de las mejores que han sido realizadas, reflejan algunas licencias que como esta de la máquina dispensadora, no explican de dónde precede la fuente de energía que utilizan y, que según lo que se ve, tendría que ser inagotable.

Relativitate special - Wikipedia, le encyclopedia libere

Antes de que llegara Einstein, los físicos del siglo XIX creían que la materia y la energía eran dos cosas completamente diferentes. Materia es todo aquello que ocupaba un espacio y que poseía masa. Y al tener masa también tenía inercia y respondía al campo gravitatorio. La energía en cambio, no ocupaba espacio ni tenía masa, pero podía efectuar trabajo. Además, se pensaba que la materia consistía en partículas (átomos), mientras que la energía, se componía de ondas.

Por otra parte, esos mismos físicos del XIX creían que ni la materia ni la energía, cada una por su parte, podía ser creada ni destruida. La cantidad de materia del universo era constante, igual que la cantidad total de energía.  Había pues una ley de conservación de la energía y de conservación de la materia.

Albert Einstein, en 1.905, les demostró que la masa es una forma muy concentrada de energía. La masa podía convertirse en energía y viceversa.  Lo único que había que tener en cuenta era la ley de conservación de la energía. En ella iba incluida la materia.

Dualidad onda-partícula (o el electrón como onda en el espacio de momentos)  - La Ciencia de la Mula Francis

Hacia los años veinte se vio además que no se podía hablar de partículas y ondas como si fuesen dos cosas diferentes. Lo que se consideraban partículas actuaban en ciertos aspectos como si de ondas se tratara, y lo que normalmente se consideraban ondas actuaban en ciertos aspectos como partículas.

Así podemos hablar de ondas del electrón, por ejemplo; y también de partículas de luz, o fotones. Pero existe una diferencia entre la una y el otro, mientras que la partícula que denominamos electrón, posee una “masa en reposo” mayor a cero, los fotones por el contrario, no tienen masa alguna, por ese motivo, estas partículas se mueven siempre a una velocidad de 299.792’458 metros por segundo a través del vacío, no debemos olvidar que un fotón es una partícula de luz.

La luz está compuesta por fotones y precisamente ya se ha dicho que es la luz la que tiene el récord de velocidad del universo al correr a unos 300.000 Km/s, exactamente 299.792’458 Km/s.

Isaac Asimov

 

  1. 1
    jair
    el 7 de octubre del 2010 a las 3:38

    pregunta: sobre las observaciones en pulsares que aseguran tienen un comportamiento vinculado a una reaccion supraluminica en su interior, (de una magnitud de 6) ¿como es que dicen que es congruente con las teorias de la relatividad? ¿estas reacciones serian el paso de la estrella para convertirse en un hoyo negro? ¿como es posible una reaccion en el interior de una estrella para mover fuerzas en su interior mas rapido que la luz? ¿la gravedad influye en este fenomeno? ¿se presenta en el interior de los pulsares distorciones del tejido del espacio-tiempo como los que se encontrarian en la burbuja de alcubierre que explicarian el por que se observa un aparente movimiento mayor a la velocidad de la luz en el interior de la estrella?

    Responder
  2. 2
    a
    el 12 de junio del 2011 a las 18:02

    si bien estoy de acuerdo en que ningún objeto material va a ir mas rápido que la velocidad de la luz ,no es que nada puede ir mas rápido que la velocidad de la luz ,este es el caso del agujero negro del cual gira tan rápido sus discos que no permite que se escape la luz

    Responder
    • 2.1
      nelson
      el 15 de diciembre del 2011 a las 17:04

      Hola amigos.

      Muy interesantes los comentarios. Pienso que la extraordinaria velocidad de giro del entorno del agujero negro, es lo que evita o enlentece el que su disco de acreción sea engullido de inmediato. ¿Es posible que la materia que va ingresando a las capas exteriores, aumente su velocidad a medida que se acerca al centro en su giro, hasta alcanzar la velocidad de la luz, determinando así su propio Horizonte de Eventos, y asumiendo una masa infinita en el preciso instante en que ingresa a la Singularidad?…Y si Lavoisier todavía tiene razón, la existencia de agujeros Blancos, sería inevitable para equilibrar el Universo…y nuestra razón. 
      Disculpen el divague, pero no puedo controlar la fantasía, :-)…, y puedo decir barbaridades por falta de conocimientos mayores.

      Un abrazo para tod@s.  

      Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 12 de junio del 2011 a las 19:41

    Amigo a, no es como dices, y, si te fijas en las explicaciones científicas de tal fenómeno, verás que dicen:

    “Un aguejero Negro es un objeto gravitacional tan intenso que su velocidad de escape supera la velocidad de la luz”, es decir, que la luz no puede escapar no porque éste gire muy rápido, sino porque su fuerza de gravedad es muy grande, tan grande que, ni la velocidad de la luz con sus 299.792,458 km/s puede escapar de allí.

    La gravedad no sólo atrae la masa, también lo hace con la energía y la luz, son fotones, es decir, energía.

    Sin embargo, eso no desvirtúa tu apreciación de que el giro del agujero negro (lo mismo que el niño que gira rápido el brazo con la lechera llena de leche, impiode que ésta caiga) sea también un motivo para impedir que la luz pudiera escapar (aunque no sea ese el motivo de su prisión en la singularidad).

    Todo ello, nos viene a confirmar que, un agujero negro que gire, no lo hace a mayor velocidad con la que corre la luz, de momento, la luz tiene el record de velocidad en nuestro Universo.

    Responder
  4. 4
    lidia
    el 14 de diciembre del 2011 a las 21:40

    muy interesante especificamente en  donde explica que la luz no escapa del agujero negro,imponente .gracias
    ah felicidades buen año !!!

    Responder
    • 4.1
      emilio silvera
      el 15 de diciembre del 2011 a las 7:28

      Amiga Lidia:
      Estamos encantado de que te haya gustado el trabajo aquí presentado y, eso denota, que tienes intacto el interés por conocer cosas nuevas y que, para la mayoría de la gente parecen misteriosas aunque, en el fondo, todo lo que ocurre, por muy extraño que parezca, tiene una explicación científica y, cuando nos referimos a la luz y a los agujeros negros…hablamos de cosas muy, pero que muy serias.
      Un saludo cordial.

      Responder
  5. 5
    Jair
    el 15 de diciembre del 2011 a las 16:49

    aun no queda muy claro, tengo entendido que la gravedad ejerse una fuerza de torcion sobre la tela del espacio y el tiempo asi que pense seria logico imaginarlo como un remolino, segun logre entender un poco de la metrica de alcubierre la deformacion del espacio provocado por la gravedad es en si lo que proboca que la luz no salga del agujero negro, es como si tubiera que recorrer una distancia que se incrementa exponenciamente llegando al punto donde la energia del haz se agota y nunca sale, ¿la torcion del espacio explica el por que no se ha podido descubrir la radiacion de hawkins? no se si lo escribi correctamente pero es el supuesto de la poca energia que seria logico lograra escapar del horizonte de eventos

    Responder
    • 5.1
      kike
      el 15 de diciembre del 2011 a las 20:18

      El horizonte de eventos de un a.n. es o debe ser casi como la boca de la madriguera por donde se penetra en el mundo del Mago de Oz, ya que en ese punto de “iras y no volverás”, todo lo que sucede debe ser una magia muy poderosa, tanto que la velocidad de escape es tan portentosa que no existe nada en el universo que la posea. Su densidad se supone infinita, con lo incómodo que nos resulta eso de los infinitos, y encima parece ser que la información que entra no se pierde, por lo que se debe encontrar en alguna parte del continente del a.n., no en su contenido; pero el continente, ¿Donde se cuentra?; posiblemente en el mismo horizonte de eventos.

       La energía que supuestamente sale de un a.n., en realidad no sale, es que no entra; sobre todo los rayos X, que suelen desgajarse del resto de la materia en el momento de entrar en el h.e., y que alguien describió como “El último quejido de la materia antes de perecer”.

       Por otra parte existen a.n. con rotación y sin ella; a.n. pequeñísimos y a.n. con una masa de miles de millones de masas solares, con un horizonte de eventos tan grande como nuestro sistema solar entero (De estos monstruos se piensa que incluso son capaces de tragarse galaxias enteritas).

       Por cierto, en Ciencia Kanija aparece un artículo sobre la entrada de una nebulosa en el a.n. central de nuestra propia galaxia; posiblemente el asunto nos dará más de una noticia.

       Saludos a todaeos.

      Responder
      • 5.1.1
        emilio silvera
        el 16 de diciembre del 2011 a las 6:15

        Amigos míos, la Gravedad con su potencia “torcedora” de espacios, los agujeros negros con su enorme capacidad para mantener ingentes cantidades de materia reducidas a increíbles densidades que dan lugar a todos esos fenómenos exóticos que tanto llaman nuestra atención. Es tan enorme la potencia que adquiere ahí la fuerza de Gravedad que, la relatividad general de Einstein deja de servirnos para calcular lo que ocurre y, tenemos que echar mano de la mecánica cuantica para saber más, bueno, en realidad, lo que se necesita es echar mano de la gravedad-cuántica de la que aún, carecemos. Esa teoría nueva, sí que nos hablará y explicará algo más sobre los dichosos agujeros negros que, como bien explica Kike, sí que tenemos controlado algunos de los sucesos que ahí se producen y sabemos el por qué lo hacen.
        Y, conforme a todo eso, si algún día podemos desarrollar esa teoría cuántica de la gravedad, también podremos extraer “esa información” a la que Kike se refiere y que está ahí, esperando que tengamos los medios para poder extraerla.
        Un Agujero negro Hipergigante puede tener muchos miles de millones de masas solares y, ante un Gargantúa así, ¿qué cosa se puede escapar si para por sus cercanías? Una vez que la materia entra en ese horizonte que, literalmente la arrolla y la empuja hacia dentro y, cuando llega a la línea fatídica y la traspasas…ya no será la materia estelar que era, o, aquel planeta, o la Nebulosa, todo lo que entra se transforma y se adhiere a la singularidad destructora para hacerla más grande, más terrible, más potencialmente peligrosa.
        La Gravedad, siendo la más débil de las cuatro fuerzas de la Naturaleza, en ciertas circunstancias, es la fuerza más temible del Universo. Le podríamos preguntas a esas estrellas gigantes que, al final de sus vidas se ven oblñigadas por la fuerza de gravedad a convertirse en agujeros negros.
        Un saludo amigos.

        Responder
  6. 6
    hugo
    el 23 de agosto del 2012 a las 22:14

    entonces los bosones y los fotones tienen masa infinita ? es algo que no e  logrado entender? y si la luz no escapa de un drak hole puede que en ellos este la clave de viejar mas rapido pues si no escapa quiere decir que su gravedad en la tierra es de 9 m /s al cuadrado seria superior a la luz aciendo que incluso esta caiga ahi mas rapido no es afirmacion es propuesta y duda

    Responder
  7. 7
    hugo
    el 23 de agosto del 2012 a las 22:17

    a y si antes del agujero negro las estrellas se comvierten en estrellas de neutrones o neutriinos etc pulsares) el agujero negro de que material estaria hecho? graviton?

    Responder
  8. 8
    hugo
    el 23 de agosto del 2012 a las 22:17

    a y si antes del agujero negro las estrellas se comvierten en estrellas de neutrones o neutriinos etc pulsares) el agujero negro de que material estaria hecho? graviton?bosones de higs ?

    Responder
    • 8.1
      emilio silvera
      el 24 de agosto del 2012 a las 6:45

      ¿El material del que están hecho los agujeros negros? Bueno, en principio sería la materi anormal llevada hasta un estado tan anormal que, de momento, nadie sabe en qué se habría o habrá convertido, dado que singularidad, un punto de curvatura infinita del espacio donde ni las ecuaciones de la relatividad general tienen validez. Se dice que allí, dentro del agujero negro, el espacio y el tiempo dejan de existir ¿que habrá y, lo que hay, qué será?
      Todos nos preguntamos lo mismo que tú te preguntas.
      Un saludo cordial

      Responder
  9. 9
    emilio silvera
    el 14 de diciembre del 2021 a las 3:09

    En aquel tiempo pasado, cuando se puso este trabajo, la gente tenía más ganas de escribir y comentar.

    Materia, energía, fotones… LUZ. Cuando se produjo el desconfinamiento de los fotones, el Universo se hizo transparente, y, esa luz que corre a 299,792,458 Km/s., nos puede traer hasta los grandes telescopios a las lejanas galaxias y estrellas que, situadas a miles y millones de años luz de nosotros, se muestran como eran entonces, es decir, podemos viajar al pasado sin dejar el Presente.

    Un famoso físico decía: “Cuando sepamos lo que es la luz, se habrán desvelados los grandes misterios del Universo”.

    Lo cierto es que, la luz, es importante en nuestras vidas, no podríamos vivir en la oscuridad. Cuando esos rayos de luz golpean el bello paisaje, nuestros ojos le mandan un mensaje a lo más profundo de nuestro Ser que, embelesado, se ve transportado a otros niveles situados más allá de la realidad.

    Cuando dejemos de ver la luz… ¡Mala cosa será!

    Responder

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