La Velocidad De La Luz

La velocidad de la luz:

¿Por qué no es posible viajar a más velocidad que la luz? Posiblemente esta sea la pregunta que más veces se ha hecho a los científicos a lo ancho y largo del planeta en los últimos cien años. Y, aunque pueda parecer increíble, la ciencia todavía no dispone de una respuesta completa a esta pregunta tan fundamental. La lógica permite que incluso no haya respuesta -no se puede ir a más velocidad porque el mundo nació de esa forma de entre una multiplicidad de posibilidades-, pero parece improbable. En cualquier caso, la ciencia nos impone esforzarnos en la búsqueda de la respuesta, exista o no.

El mismísimo Albert Einstein dejó claro que su propuesta de existencia de una velocidad máxima para la propagación de toda señal (uno de los ingredientes básicos de su teoría de la relatividad especial de 1905) era un principio, el llamado “postulado de la luz”, a partir del cual se podían hacer predicciones adicionales que podían verificarse a través de experimentos. Como su nombre indica, el postulado de la luz no se construye y demuestra a partir de ingredientes más elementales, simplemente se acepta para después deducir otros fenómenos a partir de él.

Cuidado con posibles falacias. Dado el desarrollo al que ha llegado la relatividad especial, uno podría cometer el error de responder a la pregunta inicial utilizando argumentos circulares ilícitos. Por ejemplo, alguien podría contestar: la velocidad de la luz no se puede superar porque resulta que la masa (o inercia) de los cuerpos (su tendencia a mantener su estado de movimiento) aumenta más y más conforme aumenta su velocidad, de tal forma que esta masa se acerca al infinito cuando la velocidad se acerca a la velocidad de la luz; solamente los fotones, constituyentes de la luz, al no tener masa pueden llegar a viajar exactamente a la velocidad de la luz (de aquí el común uso sinónimo de velocidad de la luz y velocidad máxima). Cualquier otra señal (con soporte masivo) tiene que viajar a menor velocidad. Sin embargo, el razonamiento correcto es el siguiente: a partir del postulado de la luz se deduce por consistencia que la masa de los cuerpos debe aumentar sin límite conforme su velocidad se acerca a la de la luz; esto es una predicción teórica derivada del postulado que debe contrastarse con el comportamiento experimental. Y así es: multitud de experimentos confirman que este fenómeno sucede.

Gran parte del desarrollo de la física del siglo XX se ha basado en compatibilizar el postulado de la luz (y el principio de relatividad, que dice que ningún experimento local puede distinguir si se está parado o con velocidad uniforme) con todas nuestras teorías. A día de hoy el alcance y la verificación experimental de la teoría de la relatividad especial (es decir, de los dos principios anteriores) es tan grande que, ante el anuncio por parte del CERN en el 2011 de una posible violación del postulado por parte de neutrinos, prácticamente la totalidad de los físicos teóricos pensamos, “¡tiene que haber un error en el experimento!”. Así ha sido finalmente.

Una de las primeras imágenes de la estructura interna de la luz (Max Planck 2004), predicha hace ciento cincuenta años por Maxwell. En ella se observa la oscilación de su campo eléctrico constituyente.

¿Posibles fisuras en la teoría?

En otro frente, el siglo XX ha visto la ampliación sin aparentes límites del universo observable. ¡Un territorio más que demasiado grande para explorar! Sobre todo si se mantiene la idea de establecer un campamento base (por ejemplo, la Tierra) desde donde ir enviando exploradores de ida y vuelta. Ante el deseo irrefrenable de explorar esas tierras recónditas (un síndrome a lo Alejandro Magno), tan solo anunciadas por las crónicas de los astrónomos y sus telescopios, de tanto en tanto vuelve a aparecer la pregunta, ¿pero por qué no se puede viajar a velocidades mayores que la luz?, ¿existe alguna forma de superar ese límite?

Pues bien, también Einstein, sin saberlo, proporcionó con su teoría general de la relatividad una posible puerta entreabierta a la cuestión. La teoría general de la relatividad general es una teoría sobre la gravitación de los cuerpos y nace de compatibilizar la gravitación, tal como se entendía desde los tiempos de Newton, con el postulado de la luz. En esta teoría se introduce el concepto de espaciotiempo como entidad plástica y dinámica sobre el que toda señal no lumínica se desplaza a velocidades menores que la luz. La gravedad aparece como curvaturas en el espaciotiempo causadas por la presencia de materia. Todo perfectamente compatible con la existencia de una velocidad máxima. Pero, ¿cuál es la velocidad del propio espaciotiempo sobre el que todo se mueve? En principio la teoría no dice nada al respecto.

Tomando esta puerta entreabierta, en las últimas décadas se han explorado distintas formas de conseguir velocidades superluminales (por encima de la velocidad de la luz) a base de deformar el propio espaciotiempo. Una de las más conocidas e ingeniosas es el motor de curvatura (o warp drive en inglés). Se llama motor de curvatura a una configuración del espaciotiempo en la que aparece un pasillo o tubo por el que es posible viajar a una velocidad sin límites con respecto a los observadores fuera del tubo.

La gravedad es atractiva

Pero no cantemos victoria tan rápidamente. Para curvar el espaciotiempo en la forma deseada se necesita materia (energía) dispuesta en la forma adecuada. La materia normal curva el espaciotiempo de tal forma que, como resultado, los cuerpos se atraen. De hecho la palabra gravitación tiene su origen en gravitas, peso: todo cae o, en términos más modernos, todo cuerpo es atraído por la Tierra. Pues bien, se ha demostrado que las curvaturas necesarias para construir el motor de curvatura no son de este tipo: necesitan materia repulsiva (también conocida como “exótica”) en las paredes del tubo. La puerta se cierra sobre nosotros.

Concepción artística del motor de curvatura.

Un momento: resulta que existe una posibilidad teórica de conseguir materia repulsiva. Se basa en la conocida naturaleza cuántica subyacente de toda materia, e incluso del vacío. Toda materia conocida, al ser observada a nivel microscópico, exhibe comportamientos cuánticos distintos a los que estamos acostumbrados en nuestra experiencia cotidiana. Al menos en teoría, una configuración cuántica podría proporcionar pequeñas cantidades de energía exótica. Por una parte está el concepto de “préstamo de

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