¿Por qué no se puede ir más rápido que la luz?

Hace meses se hizo pública una medida que decía que los neutrinos viajaban más rápidos que la luz, en aquel momento todo el mundo se echó las manos a la cabeza por el hallazgo. Tiempo después fue desmentida al encontrarse un fallo en las mediciones.  Aunque a decir verdad, la mayoría de los científicos nunca se llegó a creer que la medida estuviera bien. Los científicos están convencidos que la velocidad de la luz es el límite absoluto y de momento nada les ha probado lo contrario. ¿Cuál es la razón? ¿Por qué no podemos viajar más rápido que la luz, qué nos lo impide? Para ambas preguntas podemos referirnos a la teoría de la relatividad de Einstein para encontrar las respuestas.

Veamos que dice la teoría de la relatividad sobre la energía y el momento (masa por velocidad) de un objeto o partícula. La energía viene dada por la ecuación :

Está es la ecuación más general de la famosa ecuación de Einsten E=mc² que se refiere a una partícula en reposo. También lo podemos expresar como :

donde m es la masa del objeto en reposo y c es 299.792.458 m/s. Viendo esta ecuación podemos deducir que cuando aumentamos la velocidad aumenta la energía del objeto y tiende a infinito cuando nos acercamos a la velocidad de la luz. Esto lo podemos ver como que la masa del objeto aumenta con la velocidad y tiende a infinito a la velocidad de la luz. Esto significa que se necesitaría una energía infinita para acelerar un objeto a la velocidad de la luz. Tenía pensado escribir esta entrada y explicar con más detalle este concepto, pero la semana pasada minutephysics sacó un vídeo que ilustra muy bien esta ecuación de la relatividad de Einstein (tiene subtítulos pero parece que el español no está aun disponible).

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=NnMIhxWRGNw

Veamos pues el otro efecto de acercarnos a la velocidad de la luz, no solo la masa cambia, también nuestro tiempo cambia. Cuando más nos acercamos a c, más se dilata el tiempo. La ecuación que rige el tiempo de un objeto que viaja a una velocidad v viene dada por :

Cuando aumentamos la velocidad el tiempo se dilata y lo hace mucho más cuanto más cerca de la velocidad de la luz estemos. Por ejemplo, una nave que realizara un viaje al 98% de la velocidad de la luz, si ha viajado durante un año antes de volver a la tierra observará que para la tierra habrán pasado 5 años. ¿Qué pasaría entonces si viajáramos más rápido que la luz? Lo que vemos es que el valor de la ecuación se hace imaginario, tenemos la raíz cuadrada de un número negativo. Pero digamos que existiera una partícula que siempre viaja a velocidad mayor que la de la luz ( no la hemos acelerado ha sido creada así ) y cuya masa es imaginaria. Tendríamos que esta hipotética partícula tendría un valor de la energía real, que es nuestro requisito imprescindible en física. A esta partícula hipotética se la llamó Taquión. El taquión es un recurso muy utilizado en la ciencia ficción con ella se pueden realizar comunicaciones instantáneas,  aparece en grandes clásicos de la novela de ciencia ficción como Dune (Frank Herbert), Fundación (Isaac Asimov) o Hyperion (Dan Simmons) y también en series y películas siendo la más conocida seguramente Star Trek. Una de las características de esta partícula sería que aumentaría su velocidad al disminuir su energía. De la misma forma que para la materia normal (real) la velocidad de la luz es un limite superior, para los taquiones sería un límite inferior, es decir siempre tendrían que viajar a una velocidad mayor que c.

Esto nos lleva a otra de las razones por las que objetos viajando a velocidades mayores que c es solo ciencia ficción. Einstein y  Tolman ya nos mostraron que esto traería serios problemas de causalidad. Causalidad entendida como, si A es causa de B entonces A precede a B en el tiempo.

Si los taquiones existieran, se podría enviar información al pasado, es lo que se conoce como la paradoja de Tolman o el teléfono taquiónico. Esto se entender si calculamos el tiempo que tardaría en llegar una señal enviada de un punto a otro ( A hacia B ) cuando la señal viaja a una velocidad mayor a c y se tiene un sistema inercial que viaja a una velocidad v. El tiempo que emplearía en ir de A a B se puede calcular que es negativo. Es decir llega antes de ser enviado. La consecuencia precede a la causa, rompiendo causalidad y afortunadamente la naturaleza es causal. Por otro lado, la teoría de la relatividad es una de las teorías más testadas y comprobadas así que es bastante lógico que los científicos sean contrarios a algo viajando más rápido que la luz. A pesar de lo dicho y que  es imposible enviar información al pasado, tengo que decir que si alguien quisiera enviarme los números de la lotería de la semana que viene, le estaría muy agradecido