Jun
10
Misterios de la Naturaleza
por Emilio Silvera ~
Clasificado en Física Relativista ~
Comments (49)
¿Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz?
Fotones que salen disparados a la velocidad de c. ¿Qué podría seguirlos?
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.) Al añadir energía a un cuerpo, esa energía puede aparecer en la forma de masa o bien en otra serie de formas.
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.
La luz está dentro de la materia y en el universo… ¡por todas partes!
En condiciones ordinarias, la ganancia de energía en forma de masa es tan increíblemente 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).
No un pulsar tampoco puede ser más rápido que la luz
La energía que se comunica a un cuerpo libre puede integrarse en él de dos maneras distintas:
- En forma de velocidad, con lo cual aumenta la rapidez del movimiento.
- En forma de masa, con lo cual se hace “más pesado”.
Objetos que viajan a velocidades cercanas a c, aumentan su masa
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.
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.
En gracia quizás podamos superarla pero, en velocidad…no creo, c es el tope que impone el Universo para la velocidad, es el límite al que podemos enviar información y también, al que nos podemos mover con las más rápidas naves que pudiéramos construir.
Todo esto no es pura teoría, sino que ha sido comprobado, una y mil veces en los grandes aceleradores de partículas, donde el muón, por ejemplo, aumentó su masa diez veces al acercarse a velocidades relativistas, es la realidad de los hechos.
Ninguna nave, por los medios convencionales, podrá nunca superar la velocidad de la luz
La velocidad de la luz es la velocidad límite en el universo. Cualquier cosa que intente sobrepasarla adquiriría una masa infinita, y, siendo así (que lo es), nuestra especie tendrá que ingeniarse otra manera de viajar para poder llegar a las estrellas, ya que, la velocidad de la luz nos exige mucho tiempo para alcanzar objetivos lejanos, con lo cual, el sueño de llegar a las estrellas físicamente hablando, está lejos, muy lejos. Es necesario encontrar otros caminos alejados de naves que, por muy rápida que pudieran moverse, nunca podrían superar la velocidad de la luz, el principio que impone la relatividad especial lo impide, y, siendo así, ¿Cómo iremos?
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.
De momento sólo con los Telescopios podemos llegar tan lejos
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?
Sí, la Naturaleza nos habla, simplemente nos tenemos que parar para poder oír lo que trata de decirnos y, entre las muchas cosas que nos dice, estarán esos mensajes que nos indican el camino por el que debemos encontrar lo que buscamos para burlar a la velocidad de la luz, conseguir los objetivos y no vulnerar ningún principio físico impuesto por la Naturaleza.
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 vacío 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.
Fotones emitidos por un rayo coherente conformado por un láser
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. Hace no muchos días se habló de la posibilidad de que unos neutrinos hubieran alcanzado una velocidad superior que la de la luz en el vacío y, si tal cosa fuera posible, o, hubiera pasado, habríamos de relagar parte de la Teoría de la Relatividad de Einstein que nos dice lo contrario y, claro, finalmente se descubrió que todo fue una falsa alarma generada por malas mediciones. Así que, la teoría del genio, queda intacta.
¡La Naturaleza! Observémosla. De todas las maneras, como nuestra imaginación es casi tan grande como el mismo universo, ya se han postulado teorías para ir buscando la manera de poder desvelar si existe alguna posibilidad de que la velocidad de la luz sea superada.
![Dibujo20121014 Relativistic velocity addition](http://francis.naukas.com/files/2012/10/dibujo20121014-relativistic-velocity-addition2.jpg)
En matemáticas se llama prolongación de una función a la extensión de su dominio más allá de sus singularidades, que se comportan como frontera entre el dominio original y el extendido. Normalmente, la prolongación requiere incluir algunos cambios de signo en la definición de la función extendida para evitar que aparezcan valores imaginarios puros u otros números complejos. La matemática de la teoría de la relatividad puede ser aplicada a partículas que se mueven a una velocidad mayor que la de la luz (llamadas taquiones) si aceptamos que la masa y la energía de estas partículas pueden adoptar valores imaginarios puros. El problema es que no sabemos qué sentido físico tienen estos valores imaginarios.
La Naturaleza a veces resulta extraña, y, nos muestra imágenes como esta especular, en la que el original está quieto mientras que la imagen reflejada se mueve al son que le marcan las pequeñas ondas del agua.
Emilio Silvera V.
el 27 de junio del 2016 a las 10:51
Lo que Einsteín no dijo es que los taquiones aparecen en el interior de las propias partículas, cuando su fraccionamiento supera al de la masa normal. La masa normal es aquella que queda por encima del fotón.
También supuso una densidad del vacío típica o estándard, pero no mayor o menor. Tampoco se sabía, ni se sabe que ocurre en la fragmentación de un agujeroro negro o en los primeros instantes y siguientes tras el origen cuendo ni el fotón existía, o al menos como se manifiesta como materia-energía normal.
En valor imaginario de una masa es incongruente. Ni siquiera en matemáticas normales se sostiene sino como funciones ocluidas que de no ser transformables a no complejas no valen para gran cosa.
Un abrazo.
el 27 de junio del 2016 a las 14:43
Hace unos días leí un artículo científico sobre el descubrimiento de que un neutrón se puede descomponer (Ya se ha hecho experimentalmente), en un protón, un antineutrino, un electrón y un fotón.
Me gustaría que nos informaseis de tal degeneración o cambio de fase y de sus posibles consecuencias, pues posiblemente sean muchas.
Saludos a la parroquia.
el 27 de julio del 2024 a las 6:39
Una cuestión que quiero plantear: resulta que tenemos dos relojes atómicos absolutamente iguales, aquí en tierra marcan por igual, si uno de ellos lo ubicamos en la luna y el otro en tierra resulta que su ritmo de tiempo difiere uno respecto del otro. O bien uno se mueve respecto del otro, otro tanto. Ahora imaginemos dos relojes que definen un segundo en función del número de vueltas de una corona respecto de otra corona más pequeña.(Cada vez que la corona dentada grande hace un giro completo, a dicho intervalo de tiempo lo llamaremos un segundo) Osea dichas coronas se moverán en función de una energía minima aplicada para su funcionamiento, así como su resto de funcionamiento. Y dicha energía minima dependerá de su ubicación, osea si lo ubicamos en la luna la energía minima sea x y si lo ubicamos en jupiter su energía minima sera y, el caso es que una vez empiecen a funcionar el ritmo de tiempo será por igual en cualquier ubicación. Osea tendremos relojes universales al margen de si se mueven o o o si están aquí o allá.(olvidemos otras consideraciones fricción, temperatura ambiente, etc) ya que todo eso quedaría resuelto en la energía minima de funcionamiento.
Osea lo que cambia en todos los relojes es la energía minima de funcionamiento pero una vez en marcha todos marcarian por igual.¿Que lugar ocuparia la relatividad?
Pregunto: si tenemos relojes que marcan por igual al margen del contexto donde se ubiquen¿Tendría algún sentido hablar de Dilatación temporal? O bien todo este conjunto de relojes servirían para calcular distancias sin necesidad de ningun GPS?
Conclusion:¿Cual es el la unidad mínima de energía para que la componente tiempo se sostenga por si misma?
Saludos
el 27 de julio del 2024 a las 7:56
¿La a mínima de energía para que la componente Tiempo se sostenga por sí misma?
Bueno, en lo relativo al Tiempo, lo primero que hay que tener en cuenta, es el enorme desconocimiento que tenemos de el. Se especula con factores externos que intervienen en su comportamiento, y, nos dicen, que no tiene un discurrir temporal homogéneo, es decir, que se mueva siempre a la misma velocidad, sino que factores como la velocidad, o, la Gravedad, hacen que la “flecha del Tiempo”, vaya más o menos rápida, y, entre otras razones nos hablan del experimento de los relojes atómicos, de la cercanía a un centro de intensa Gravedad que ralentiza su discurrir.
Para el común de los mortales, el Tiempo es algo está ahí y su comportamiento es siempre el mismo, es decir, no acelera ni ralentiza su caminar y, nos fijamos en la manija del reloj que marca los segundos (esa unidad que nos hemos inventado para cuantizar el Tiempo), y pasan los días, los años, y los siglos siempre de la misma manera, en nuestro mundo nada cambia y todo es uniformidad en lo que al Tiempo se refiere.
Contestar a la pregunta de saber qué unidad mínima de energía sería la necesaria para que el componente Tiempo se sostenga por sí misma… ¡Es algo profundamente sugestivo para la Física! Que, dicho sea de paso, no sabe contestarla y responde con la jerga propia de esa ciencia llevándonos a terrenos pantanosos que, no siempre son explicaciones que podamos aceptar, ya que, en ellas, intuimos un gran componente de conjeturas y teorías que nunca fueron realmente comprobadas.
Así las cosas, la pregunta pasará a ese apartado de enorme conjunto de cuestiones que nunca nadie supo contestar, y, para no quedar mal, se buscan explicaciones confusas y que están fuera del alcance de la actual tecnología para poder decir que son ciertas, y, como ejemplo ahí tenemos la invisible “materia oscura” y, la fascinante teoría de “cuerdas vibrantes”.
Seguramente, amigo Pedro, tu profunda pregunta será contestada por algún físico del futuro.
Un cordial saludo.
el 28 de julio del 2024 a las 6:19
Bien, hasta ahora resulta que en función de donde estén ubicados todo un conjunto de relojes absolutamente iguales su ritmo intrinseco es muy dispar, y vienen las correcciones relativistas y lo resuelven.
Osea que definen la velocidad de c y el resultado en todos ellos el mismo, amén de si se mueven o no u están aquí u allá.
Osea tenemos dos relojes iguales uno lo ubicamos en órbita sobre la tierra tierra y otro tanto sobre la luna, el resultado de c el mismo para ambos.,de hay aplicar el factor de Lorentz y las distancias resultan correctas, de otra manera resultados erróneos.
Lo que no me cuadra ¿Como marcando ritmos muy dispares entre ellos en función de donde estén ubicados , si c siempre es la misma para cualquier sistema de referencia, como puede ser que ambos den un mismo resultado?. Si el reloj en la luna su ritmo de tiempo (su duración) es más largo que el de duración en la tierra, ya que su gravedad es mayor, debería la luz recorrer muchos más km por cada segundo que transcurriera en la luna a diferencia del reloj que órbita sobre la tierra.
Ahora cambiemos las tornas, tenemos un conjunto de relojes todos iguales ubicados en muy distintos lugares, cambia en todos ellos la energía minima de funcionamiento, en función de donde estén ubicados, osea todos marcan un ritmo absolutamente igual su representación guaritmica, calculemos la velocidad de la luz desde dichas ubicaciones, ¿cual sería el resultado? Pues bien claro todos marcarian por igual 300.000 km/seg.
Si la velocidad de la luz es una constante universal, otro tanto deberiande ser universal las componentes que definen dicha magnitud”.(Un metro siempre es un metro independiente de desde donde se mida, y otro tanto con la definición de duración de un segundo).
Si en recorrer un metro, la energía implicada es muy dispar en una ubicación u otra, otro tanto ocurre en la energía implicada en la duración de un segundo.
Conclusion:”Las componentes que definen la energía son ensamblaje y enmascaramiento” .(Ensamblage por todo el desarrollo tecnológico que la desenmascare).
el 28 de julio del 2024 a las 7:12
Aclaración, si el ritmo de un segundo en la luna es más corto significa que la luz recorre menos km por unidad de segundo respecto al de tierra. En ningin caso para ambos casis puede ser de 300.000km/seg¿Que milongas nos estan contando?
el 28 de julio del 2024 a las 8:52
Y ya ni quiero pensar en sus distintos números adimensionales si separeceran lo mas mínimo a las constantes que definen nuestro universo.
el 28 de julio del 2024 a las 10:58
Todo esto ha dado lugar a muchos escenarios, y 3este es unjo:
“¿Las agujas de los relojes de arena se moverían más lento o más rápido en la Luna que en la Tierra, dado que la gravedad lunar es seis veces menor.
No por la dilatación temporal. Pero sí debido a efectos de la gravedad ya que afecta el flujo de granos de arena (Q) y el radio del agujero (r).
Tendriamos un flujo aproximado de:
Q= g1/2∗r5/2
Como el tiempo es inversamente proporcional al flujo:
T=g−1/2∗r−5/2
Como la gravedad de la luna es un sexto de la tierra el reloj mediría con relación en la tierra:
Q1/2T
O sea que un reloj de un minuto seria uno de 2.5 minutos en la luna.”
Podríamos seguir con un sin fin de especulaciones y teorías alrededor del compor5tamiento del Tiempo, y, en esta situación, ya me pregunto: Si G es variable en según qué situación… ¿Por qué decimos que es una Constante? Y, siempre me dio mucho que pensar el hecho de que el Tiempo se ralentiza si viajamos en una nave que viaje a velocidades relativistas, es decir, cercanas a c.
Cuando me pongo en esa situación, lo primero que me viene a la Mente es que, el Tiempo fluye siempre al mismo ritmo, y, una nave por mucho que pueda correr nunca podrá incidir en en transcurrir.
Y, entonces me pregunto:
¿No será que la nave se mueve a más velocidad que lo hace el Tiempo (que siempre avanza al mismo ritmo), y, el efecto que produce en los viajeros es que le Tiempo se ha parado?
En fin amigos, son muchas las preguntas pocas las respuestas, y, en esa situación… ¡Seguiremos especulando! Como hace el contertulio Pedro que, se caracteriza, por querer profundizar el el por qué de las cosas. Y, dicho sea de paso, esa es la mejor manera de llegar a la verdad de los secretos que la Naturaleza esconde.
Esto se debe a que el espacio y el tiempo son en realidad espacio-tiempo. La gravedad es más fuerte en la Tierra que en la Luna, por lo que el tiempo pasa más lentamente en la Tierra que en la Luna. Sin embargo, si estuvieras en la luna, el tiempo pasaría normalmente para ti y el tiempo en la Tierra correría más rápido… Todo es relativo.
el 28 de julio del 2024 a las 11:30
Me viene muy bien al pelo, ahora utilicemos relojes de arena ambos iguales, uno en la luna y otro en la tierra,¿ cual de los dos marcará más rápido un seg? Ya que la gravedad de la tierra es mayor , osea la duración de un segundo en tierra es más rápida que la duración de un segundo en la luna. Osea en la luna la arena tardaría más tiempo en caer, al sentir menos gravedad. Bien, ahora imaginemos un reloj de arena en ingravidez, resulta que en este caso ni funcionaria. (llamaremos un seg cada vez que nos veamos obligados a dar la vuelta a dicho reloj, y empezar de nuevo).
el 28 de julio del 2024 a las 11:47
Conclusion: la velocidad de la luz visto desde la luna con respecto a la tierra, resulta que recorre muchísimos más km y en ningún caso 300.000 km. Tenemos un problema mayúsculo.
el 28 de julio del 2024 a las 20:55
Podemos seguir rizando el rizo, calculemos la vida media de desintegración de un conjunto de su partículas, si en la tierra su vida media es tal ¿Que ocurrirá si tales experimentos los realizamos en la luna?. Si resulta que el nuestro aislado tiene una vida media de 13 minutos en la tierra, parece ser en la luna su vida media seria más del doble.Esto no tiene mucho sentido,me parece a mi, me parece más plausible que su vida. Media sea la misma que la de la tierra, ya que dicha desintegración pico tiene que decir la gravedad.
el 29 de julio del 2024 a las 6:20
Conclusion:”No hay paradojas temporales de ninguna clase, salvo lo paradójico de nuestra forma de pensar”.
(Para que todos los relojes marcarán por igual en cualquier ubicacion lo único que debemos hacer es cambiar la intensidad minima de su fuente de alimentacion.”
el 29 de julio del 2024 a las 18:07
Prescindamos del conjunto de sistemas de GPS actuales. Como resolverlo, bien tenemos un conjunto de naves con sus respectivos relojes, todos absolutamente iguales salvo la energía minima de funcionamiento de dicho relojes en función de la rapidez de las naves.
Osea todos tienen que marcar por igual lal margen de las velocidades de dichas naves. ¿Es esto posible? Si tales relojes estuvieran ubicados en distintos planetas y supiéramos su gravedad bien fácil resultaría. Ahora subamos el listón, el ritmo de los relojes en función de la rapidez de las naves, ¿Cual sería ese parámetro a considerar? Pues más de lo mismo una energía minima de funcionamiento de dichos relojes, si son naves que tienen velocidad uniforme pues aplicar a dicho reloj una energía minima uniforme y si son naves con aceleración pues aplicar a dichos relojes una energía minima incrementandose al unísono de la velocidad de la nave. Por tanto el número de segundos serian en todos los casos iguales. Osea que ya están tardando todo el conjunto de ingenieros y la dilatación temporal un mero reducto sin más.
el 29 de julio del 2024 a las 18:22
Osea cuanto más rápido se mueve la nave más resistencia encuentre la corona para moverse y por tanto requiera la energía proporcional a la energía que mueve la nave, logrando que todos los relojes marquen por igual al msrgen de la velocidad.
el 29 de julio del 2024 a las 20:35
Que consecuencias tendría tal perpeptiva, pues que un señor en tierra diría vaya una velocidad que lleva tal nave, y desde el punto de vista del señor de la nave diría vaya que velocidad se mueve la tierra. Y todo ocurriría simultáneamente. Ya que sus relojes marcarian por igual. Y las leyes físicas por igual se cumplirían,sin estridencias de ningun tipo.