SUPERLUMÍNICO

Más rápido que la luz (también llamado superlumínico), Comunicación

superlumínica y viaje interestelar se refieren a la propagación

de información o materia a una velocidad superior a c (velocidad de la luz).

Terminología

Viajar más rápido que la luz

En el contexto de este artículo, más rápido que la luz se refiere a transmitir información

o materia a una velocidad superior a la constante c, aproximadamente 300.000 km/s,

que es lo que se definió como velocidad de la luz. Esto no es igual a viajar más rápido

que la luz porque:

Algunos procesos se propagan a velocidades mayores a c, pero no portan

información (ver la sección Aparentemente más rápido que la luz de este mismo

artículo).

La luz viaja a una velocidad dada por c/n cuando no está en un vacío, sino que viaja

en un medio con índice de refracción equivalente a n, provocando que la luz se

refracte; en otros materiales una partícula puede viajar más rápido que la luz en

dicho medio c/n (aunque siempre más lento que c, lo cual provoca Radiación de

Cherenkov).

Ninguno de estos fenómenos viola la Relatividad especial ni crea un problema

de causalidad, por lo que no califican como más rápidos que la luz.

Propiedad superlumínica

La propiedad súper lumínica se refiere a la capacidad de una partícula o sistema de

viajar o ser capaz de enviar información a una velocidad superior a (velocidad de la

luz).

Las partículas hipotéticas con la propiedad superlumínica se denominan taquiones.

Posibilidad de realización

El viaje o comunicación superluminales son problemáticos en un universo consistente

con la Teoría de la Relatividad de Einstein. En un universo hipotético donde las Leyes

de Newtony las Transformaciones de Galileo son exactas, lo siguiente sería cierto:

Las leyes de la Física son las mismas en cualquier marco de referencia, aunque

algunas leyes incluirían terminología que involucre la velocidad de dicho marco de

referencia

SUPERLUMÍNICO

Las cantidades medidas en diferentes marcos de referencia se relacionan por

las Transformaciones de Galileo, aunque para algunas cantidades la transformación

será más complicada que para otras

Las velocidades se suman de forma lineal

En un marco de referencia, un punto x corresponde a la trayectoria x-vt, donde el

marco se mueve a una velocidad relativa (relativa al marco de referencia original)

llamada v

No hay nada fundamental acerca de la velocidad de onda de la luz

Todos los observadores coinciden en tiempo

La simultaneidad es un concepto bien definido, en el que todos los observadores

están de acuerdo en que 2 eventos cualesquiera son simultáneos

Sin embargo, de acuerdo a la Relatividad Especial, lo que medimos como velocidad de

la luz en el vacío es en realidad la constante física c. Esto significa que todos los

observadores, sin importar su aceleración o velocidad relativa, siempre verán que las

partículas de masa cero (como el fotón o el gravitón) viajan a velocidad c. Esto significa

que las medidas de tiempo y velocidad en distintos marcos ya no se relacionan por

constantes, sino por las Transformaciones de Poincaré, lo que a su vez implica que:

Para acelerar un objeto de masa distinta a cero hasta que tienda a c se necesitaría

tiempo infinito con aceleración finita, o aceleración infinita con tiempo finito

De cualquier manera, tal aceleración requiere energía infinita. Ir más allá de la luz

en un espacio homogéneo entonces requeriría más que infinita energía, lo cual es

una noción irracional

Viajar más rápido que la luz en un marco de referencia inercial equivaldría a viajar

hacia atrás (o adelante dependiendo del sentido) en el tiempo si se observa desde un

marco referencial distinto, pero igualmente válido

Por esto, parece que sólo existe un limitado número de razones para justificar

el comportamiento más rápido que la luz:

Opción A: Ignorar la Relatividad Especial

Es la solución más sencilla, y es particularmente popular en ciencia ficción. Evidencia

empírica afirma de manera unánime que el universo obedece las leyes de Einstein, y no

las de Newton, cuando ambas leyes entran en conflicto. Sin embargo, la relatividad

general es únicamente un vistazo aproximado a la realidad, dado que es incompatible

con la mecánica cuántica.

La relatividad especial es fácilmente incorporada en la teoría cuántica de campos (que

es no-gravitacional), aunque sólo aplica a un universo plano. En particular, nuestro

universo en expansión contiene puntos de energía que curvan el espacio-tiempo e

incluso puede contener una constante cosmológica que rechazaría la hipótesis

del universo plano. Pero en el contexto más amplio de relatividad general, el cambio de

aceleración subluminal a superluminal no pareciera ser posible de realizar.

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Opción B: El vacío de Casimir

Las ecuaciones de Einstein acerca de la relatividad especial sugieren que la velocidad de

la luz no varía en marcos de referencia inerciales, o en otras palabras, siempre será la

misma desde cualquier punto donde se vea. Las ecuaciones no especifican ningún valor

particular para la velocidad de la luz, que más bien se ha podido determinar de manera

experimental.

Esta averiguación experimental ha sido llevada a cabo en el vacío. Pero el vacío que

nosotros conocemos no es el único vacío que existe. El vacío tiene una energía asociada

a él, llamada energía de vacío, y ésta puede ser modificada en ciertos casos. Cuando

disminuye, la luz puede alcanzar un valor superior a c. Dicho vacío puede ser producido

al juntar (hasta separaciones en escala atómica) 2 placas metálicas perfectamente

lijadas. Esto se llama el Vacío de Casimir, y de los cálculos se infiere que la luz

rebasará c en dicho entorno. Sin embargo, esto no se ha podido verificar de forma

experimental por las limitaciones tecnológicas actuales.

Las ecuaciones de Einstein acerca de la relatividad especial supone de manera implícita

el concepto de homogeneidad. El espacio es igual (homogéneo) en todos lados. En el

caso del Vacío de Casimir, esto es claramente violado, pues el valor de c dentro del

vacío es distinto al del resto del universo, lo cual altera las ecuaciones de relatividad

especial. Sin embargo, al considerar que hay 2 marcos de referencia (el vacío es uno, el

resto del universo es el otro), las ecuaciones de relatividad especial ya no se aplican,

pues ya no se puede suponer que exista homogeneidad en el universo.

Dicho en otras palabras, el Efecto Casimir divide el espacio en distintos sectores

homogéneos, cada uno de los cuales sigue las reglas de la relatividad general a su

manera.

Si bien lo anterior es, técnicamente hablando, ir más rápido que la luz, sólo es cierto

cuando se compara con regiones del espacio disociadas del fenómeno Casimir. No está

claro si el vacío de Casimir es estable bajo las leyes de mecánica cuántica, y si se puede

establecer comunicación entre la región del espacio bajo efectos de Casimir, y otras

regiones.

Opción C: Desechar la causalidad

Otra aproximación sería aceptar la relatividad especial, pero admitiendo que algunos

mecanismos de la relatividad general, tales como los agujeros de gusano, permitirían

viajar entre 2 puntos dados sin recorrer el espacio intermedio.

Mientras que esto soluciona la necesidad de una aceleración infinita, todavía acarrea el

problema de violar la causalidad y generar curvas de tiempo cerradas. La causalidad no

se necesita en relatividad especial ni general, pero es considerada una propiedad básica

del universo, que no puede ser obviada. Es por esto que muchos científicos esperan (y

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desean) que la gravedad cuántica pueda solucionar este bache. Una alternativa es

suponer que si el viaje en el tiempo fuera posible, nunca llevaría a ocasionar paradojas.

Esto se llamaprincipio de autoconsistencia de Novikov.

Opción D: Desechar la relatividad absoluta

Debido al fuerte apoyo de los hallazgos empíricos hacia la relatividad especial,

cualquier modificación a ésta debe ser muy sutil y difícil de medir. El intento más

conocido es larelatividad doblemente especial, que plantea que la longitud de Planck es

la misma en cualquier marco de referencia. Este concepto se asocia con el trabajo

de Giovanni Amelino-Camelia y João Magueijo.

Una consecuencia de esta teoría es tener una velocidad de la luz variable, donde

la velocidad de los fotones cambia de acuerdo a la energía, e incluso algunas partículas

de masa cero podrían exceder c. Si bien evidencia reciente pone serias dudas sobre esta

teoría, algunos científicos todavía la consideran viable. Sin embargo, aún si fuera cierta,

esta teoría sigue siendo poco clara acerca de si permitiría que la información

excediera c, y de todas formas, pareciera no permitir que partículas con masa distinta de

cero puedan viajar más rápido que la luz.

Existen teorías especulativas que dicen que la inercia se produce por la masa combinada

del universo (el Principio de Mach, por ejemplo), lo cual implica que el universo quieto

(en oposición al movimiento inercial de las demás cosas que hay en él) es "preferido"

para llevar a cabo mediciones comunes de las leyes de la naturaleza (en otras palabras,

que las leyes parecen ser como son porque las medimos en el contexto del marco de

referencia escogido, en este caso, el universo).

Si esto se confirma, implicaría que la relatividad especial es una aproximación a una

teoría más general, pero como por definición, esta confirmación se daría únicamente

fuera del universo observable, es difícil (por ponerlo de alguna manera) imaginar, y

mucho más difícil construir experimentos que comprueben esta hipótesis.

Opción E: Ir a un lugar donde la relatividad especial

no aplique

Una opción muy popular en películas, juegos, series y novelas de ciencia ficción es

suponer la existencia de algún otro "lugar" (que usualmente se denomina hiperespacio),

al que se puede acceder desde nuestro universo, y en el cual las leyes de

la física y relatividad son distorsionadas, manipuladas o incluso no existen, lo cual

facilita el transporte rápido entre puntos distantes del universo sin necesidad de usar

mucha energía o impulso para tal fin.

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Para lograr este viaje, a menudo se supone que en el hiperespacio no aplica la

relatividad especial, o que lo que en nuestro universo son 2 lugares muy lejanos, en este

otro lugarpueden perfectamente ser sitios muy próximos.

Lamentablemente, este planteamiento aún no ha sido propuesto de forma seria por

ninguna rama de la ciencia, aunque por otra parte tampoco se ha podido descartar su

existencia de forma teóricamente concluyente.

Opción F: Ir más rápido sin acelerar

A menudo se supone de forma implícita, que para acelerar algo más allá de c, primero

se debe de pasar por c (algo así como decir que para ir a 100km/h, primero hay que ir a

99km/h), encontrando el problema de necesitar infinita energía. La energía necesaria

para acelerar llega a formar una asíntota al acercarse a la velocidad de la luz.

De forma parecida a la idea de los agujeros de gusano, puede existir un método para

cambiar de velocidad de forma instantánea (o sea, sin acelerar). Entonces, un objeto

yendo a más que c sólo podría necesitar energía comparable a la de un objeto que va a

menos que c. El problema reside en cómo "convencer" a las partículas (y al ser humano

que las "pilote") a moverse más rápido que la luz sin acelerar.

Opción G: Tejido Espacio-Tiempo

Contrario a la creencia popular, Einstein nunca dijo que era imposible exceder la

velocidad de la luz, sino que esto fue inferido de sus ecuaciones. Sin embargo, él no

tuvo objeciones aceptando que el tejido espacio-tiempo puede ir más rápido que la luz.

Se hipotetiza que al ser creado el universo, el tejido espacio-tiempo viajaba más rápido

que la luz. Por ende, si pudiéramos manipular dicho tejido, podríamos exceder la

velocidad de la luz. Miguel Alcubierre con su métrica teoriza que es posible "combar"

el espacio-tiempo encogiéndolo frente a uno mismo, y expandiéndolo detrás de uno.

Desgraciadamente, tal combamiento necesitaría la emisión de energía

negativa (véase energía del vacío) , que no se ha descubierto o creado aún.

Opción H: Viajar distorsionando el Tiempo

Se puede llegar a partes lejanas del universo sin necesidad de ir mas rapido que la luz.

El concepto es simple, si distorsionamos el tiempo por el cual viajamos, podemos

acelerarlo o disminuirlo a la vez.

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Ejemplo: Una nave espacial viaja de la Galaxia A hacia la Galaxia B que esta a 150

años luz de distancia. La nave viaja a la velocidad de la luz. Pero nosotros al observar a

la nave hacer el recorrido vemos que llego en solo 1 año.

Lo que sucedio fue lo siguiente, la nave viajo todo el recorrido acelerando el tiempo 150

veces alrededor suyo, de modo que le tomo realmente 150 años llegar a la Galaxia B,

pero como solo acelero el tiempo en su recorrido, para el resto del universo fue como si

hubiera viajado 150 veces la velocidad de la luz.

Si bien el viajar acelerando el tiempo parece poco util, resulta extremadamente

importante si dentro de la misma nave el tiempo fue disminuido 150 veces para ir

acorde al resto del universo. En pocas palabras, para el piloto y el universo paso 1 año

en llegar a la Galaxia B, pero para la nave fueron 150 años.

Taquiones Artículo principal: Taquión.

En relatividad especial, aunque es imposible acelerar un objeto hasta la velocidad de la

luz, o para objetos con masa distinta de cero el poder viajar a tal velocidad, no es

imposible que exista un objeto que siempre viaje más rápido que la luz. Estas partículas

hipotéticas se llaman taquiones, y su existencia no ha sido probada ni refutada.

Si bien tales partículas nunca han sido observadas, están presentes en numerosas teorías

de la física:

Aparecen en el modelo estándar de interacción en la física de partículas

En la Teoría de cuerdas bosónica

E incluso en la teoría de supercuerdas

En cada uno de estos ejemplos, uno ve que los taquiones tal vez no sean concebidos

tanto como una partícula, sino como una "desestabilización" de la teoría.

Relatividad general

La relatividad general se desarrolló con posterioridad a la teoría especial de la

relatividad para incluir en ella conceptos tales como la gravedad. Mantiene, tal como

ésta, la imposibilidad de los objetos de acelerar a la velocidad de la luz dentro del marco

de referencia de cualquier observador local. Sin embargo, admite distorsiones en

el espacio-tiempo tales que permitirían a un objeto moverse más rápido que la velocidad

de la luz, desde el punto de vista de un observador distante. El motor de Alcubierre se

aprovecha de una de estas distorsiones, produciendo una ruptura en forma de onda en el

espacio-tiempo, permitiéndole a la partícula surfearla, es decir, moverse con ella y

aprovechar su velocidad, sin necesidad de acelerar por sí misma a la velocidad de la luz.

Otra forma teórica de aprovecharse de este tipo de distorsiones es usando un agujero de

SUPERLUMÍNICO gusano, que conectaría dos puntos distantes en el espacio de tal forma que quedaran

conectados por un atajo. Ambas formas requerirían la creación de una curvatura

extrema en una región muy específica del espacio-tiempo, con lo que el campo

gravitacional generado en tal sitio sería inconmensurable, generando fuerzas de

marea de tal magnitud que destruirían cualquier objeto lo suficientemente cerca. Para

contrarrestar la naturaleza inestable de tales campos y prevenir que las distorsiones

colapsen bajo su propio 'peso', sería necesario introducir en ellosmateria

exótica o energía negativa.

La relatividad general especula con que cualquier técnica usada para viajar más rápido

que la luz, también permitiría viajar en el tiempo. Y como consecuencia, sería posible,

aunque teóricamente, violar el principio de causalidad. Muchos físicos afirman que los

fenómenos descritos más arriba son, de hecho, imposibles, y que las futuras teorías de la

gravedad (verTGU o Teoría de la Gran Unificación), prohibirían tales violaciones. Una

teoría concluye que la existencia de agujeros de gusano estables es posible, aunque

cualquier intento de usar una red de ellos para violar el principio de causalidad resultaría

en su colapso. En la teoría de cuerdas o supercuerdas, Eric Gimon y Petr

Hořava1 discuten si en un universo de Gödel supersimétrico de cinco dimensiones, las

correcciones cuánticas a la teoría general de la relatividad efectivamente separan del

espacio-tiempo a aquellas regiones que contienen curvaciones temporales violadoras del

principio de causalidad. En particular para la teoría cuántica, existe un supertubo

imperfecto que corta el espacio-tiempo conocido de tal forma que impide la existencia

de una curva cerrada en el interior del mismo.

En mecánica cuántica

En mecánica cuántica, ocurre un conjunto de eventos que hacen crítico al supuesto

de c como velocidad máxima absoluta e insuperable; ciertos fenómenos dan la

impresión de implicar una propagación instantánea.

[editar]Efecto Hartman

Un fotón o un electrón atravesando por el efecto túnel una barrera cuántica puede

manifestar un tiempo de travesía más breve que aquel requerido por la luz en una

distancia equivalente, estos tiempos son evaluados mediante la observación de la

cumbre del paquete de ondas correspondiente , antes y después de la barrera. Teniendo

en cuenta el espesor de la barrera de túnel, la cumbre del paquete de ondas está reducida

y parece obtener una velocidad superlumínica . este fenómeno se denomina efecto

Hartman o efecto Hartman-Fletcher.

Efecto Casimir

Artículo principal: Efecto Casimir.

El efecto Casimir es un fenómeno observable a muy pequeña escala, sin embargo es

mensurable por su presión sobre placas conductoras, tal presión sobre estas placas

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conductoras es ejercida por el llamado vacío cuántico (véase: energía del vacío) ubicado

entre tales placas; la presión puede ser positiva o negativa según la geometría del

dispositivo. En la teoría cuántica de campos el vacío cuántico es supuesto como el lugar

de creación y aniquilación de numerosas partículas virtuales. La existencia de

condiciones en principio diferentes para el vacío exterior y el interior a las placas

implica entonces una diferencia de energía entre las dos la cual es la causa de las

diferencias de la presión medida sobre las placas.

Las partículas virtuales son por definición externas a su lecho de masa, lo cual significa

que las mismas no satisfacen ya , y son por

definición inobservablesindividualmente aunque su efecto colectivo sea mensurable

como sucede en el efecto casimir y en todas las correcciones cuánticas a las observables

clásicas de la cuántica de campos.

Paradoja EPR

Artículo principal: Paradoja EPR.

Se puede también citar la experiencia hipotetizada por

Einstein, Podolsky y Rosen (paradoja EPR) que parece haber sido concretada

experimentalmente por Alain Aspect en 1981 y 1982. En este caso, la medida del estado

de uno de los sistemas cuánticos entrelazados de un par de ellos impone al otro sistema

(de otra medida) un estado complementario . A partir de ello funciona lo que se ha dado

en llamar una "teleportación cuántica" . Entre los avances más importantes en esta

cuestión se pueden citar los del equipo dirigido por el austríaco Rainer Blatt en

la Universidad de Innsbruck y del estdounidense David Wineland del National Institute

of Standards and Technology, en Boulder, Colorado),2 ellos habrían realizado

la teletrasportación o teleportación cuántica de un átomo completo de materia bariónica

(iones de calcio en el primero de los experimentos y de berilo en el segundo). Esto

permitiría muy numerosas aplicaciones en informática cuántica concernientes a la

paradoja EPR. Por su parte el premio "Sciences" de la ciudad de Ginebra fue dado por

sus hallazagos al profesor Nicolas Gisin en noviembre de 2006 por sus trabajos al

respecto (Gisin afirma haber superado la velocidad c), aunque tal afirmación es aún

dudosa.

Experiencia de Marlan Scully

Artículo principal: Experiencia de Marlan Scully.

La experiencia de Marlan Orvil Scully3 también realizada por B.G.Englent y H.Walther,

motivo por lo que se le llama también Experiencia ESW, es una variante de la paradoja

EPR en la cual la observación, o no, de un patrón de interferencia luego del pasaje de

un fotón a través de una hendidura de Young depende de las condiciones de observación

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de un segundo fotón correlativo al primero . La particularidad de esta experiencia está

en que la observación del segundo fotón puede tener lugar en un futuro "lejano" en

relación a la observación del primer fotón lo que da la impresión de que la observación

del primer fotón "informa" sobre un evento que tiene lugar en el futuro.