La fórmula que hemos usado hasta el momento y que contempla la energía en reposo, no está completa. Para definirla mejor y descubrir porqué no podemos viajar a la velocidad de la luz tenemos que meter un ingrediente más: la energía asociada al movimiento, de forma que la fórmula integra queda como E2=(mc2)2+(pc)2, donde:
E: energía., m: masa ,c: velocidad de la luz.,p: momento del objeto, que se obtiene de multiplicar la masa del objeto por su velocidad (p=mv).
Dicho de otra forma, la energía total de un objeto es la suma de su energía en reposo (mc2)2 y de su energía asociada al movimiento (pc)2. Ya sabemos que energía es equivalente a masa (Einstein), por lo que un aumento en la velocidad de movimiento aumentará el valor de «p», de la energía en movimiento, y de la masa. De esa forma, conforme aceleramos ,más masa tenemos y más energía necesitamos para seguir acelerando. Stephen Hawking, en su libro ‘Brevísima historia del tiempo», lo explica de la siguiente forma:
«Al diez por ciento de la velocidad de la luz, la masa de un objeto sólo es un 0,5 por ciento mayor que en reposo, mientas que al noventa por ciento de la velocidad de la luz sería más del doble de la masa normal en reposo».
Es decir, que si ponemos un objeto al 90% de la velocidad de la luz, su masa en reposo se habrá más que duplicado. La cosa se pone interesante conforme nos vamos acercando a esos 300.000 kilómetros por segundo, ya que cuanto más nos acercamos, más rápido aumenta la masa, y más energía se requiere para seguir acelerándolo, y sucesivamente. Dicho de otra forma, la masa tiende a infinito y para poder alcanzar la velocidad de la luz se tendría que aplicar energía infinita, algo que, simplemente, no es posible. Citando de nuevo a Stephen Hawking, «cualquier objeto normal está condenado a moverse para siempre con velocidades inferiores a la de la luz».
¿Y por qué la luz se mueve a la velocidad de la luz? ¿No le afecta este fenómeno?. Porque la luz está compuesta de fotones, . No solo no tienen masa, sino que tampoco necesitan acelerar ya que están a la máxima velocidad desde el momento en que son creados, es decir, que desde su nacimiento están a 299.792,458 kilómetros por segundo. Según Hawking, «solo la luz, u otras ondas que no tengan masa intrínseca, puede moverse a la maxima velocidad , más aún ,teniendo en cuenta que las distancias en el espacio son enormemente altas. Tanto que la luz, viajando a su gran velocidad, tarda en llegar de la superficie del Sol a la de Plutón 5:28 horas.
Cambiando de aspecto, una cámara súper rápida capta ‘estampidas sónicas’ de la luz. Al igual que los aviones supersónicos producen estampidas sónicas en forma de cono, los pulsos de luz pueden dejar huellas de luz en forma de cono. Lo ha demostrado una cámara especialmente preparada al efecto. La nueva tecnología utilizada para hacer este descubrimiento podría algún día permitir a los científicos ayudar a ver los impulsos eléctricos en las neuronas y la actividad del cerebro en vivo, dicen los investigadores. Cuando un objeto se mueve a través del aire, propulsa el aire al frente y la cámara más rápida del mundo demuestra que la luz también forma»explosiones sónicas». Científicos estadounidenses han creado la cámara más rápida del mundo para demostrar lo que pasa cuando se rompe la barrera de la luz como con el sonido. Unos científicos querían demostrar que la luz también forma conos “sónicos”; así que crearon la cámara más rápida del mundo para demostrarlo. Seguro que alguna vez han visto la
foto de un avión rompiendo la barrera del sonido; en ese preciso momento es posible ver una especie de cono blanco alrededor del avión. A este fenómeno se le conoce como “explosión sónica” , por el fuerte sonido que provoca que es algo ciertamente espectacular, pero al mismo tiempo nos hace preguntarnos, ¿pasa lo mismo con la luz? Esto es lo que pasa cuando se “rompe” la barrera de la luz. Evidentemente, es bien sabido que no es posible superar la velocidad de la luz en el vacío (teoria de la Relatividad Especial); es algo que va en contra de las leyes de la física de Einstein que conocemos. Así que la idea que tuvo el equipo de investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis fue hacer lo contrario. Es decir, ralentizaron la luz, y comprobaron qué pasaba cuando esta volvía a acelerar; “hacer la luz lenta” suena extraño, pero es algo que ocurre constantemente, por ejemplo, cuando la luz atraviesa un cristal. La luz va más rápido o mas lenta dependiendo del material que atraviesa; así que es posible controlarla para que sufra un acelerón que provoque una explosión similar a cuando rompemos la barrera del sonido. Para ello, los científicos crearon una especie de túnel, repleto de niebla de hielo seco; alrededor de este pusieron placas de silicona y óxido de aluminio. El experimento consistió en disparar a través del túnel un láser con pulsos de apenas 7 picosegundos, una (billonésima parte de un segundo y consiguieron que la luz verde viajase a velocidades diferentes dependiendo del
material que atravesaba consiguiendo capturar un cono provocado por esa diferencia de velocidad con dicha cámara . Esto ya es llamativo de por si, pero lo interesante desde el punto de vista tecnológico es que no existía ninguna cámara capaz de capturar este fenómeno; así que el equipo decidió crearla . La cámara es capaz de capturar 100.000 millones de fotogramas por segundo en una sola exposición y aunque existen otros sistemas muy rápidos, precisan de miles de exposiciones para capturar el mismo fenómeno. Esto es importante, porque en experimentos complejos como este no todo siempre ocurre de la misma manera dos veces seguidas; por ejemplo, las diminutas motas de polvo pueden afectar cómo la luz se mueve, y eso es algo imposible de recrear. Así que había que hacerlo con una sola exposición, y ahí está el gran avance de esta cámara, aparte de la velocidad de captura.
TECNOLOGÍA
El experimento consistió en disparar a través del túnel un láser verde; los pulsos eran de apenas 7 picosegundos, una 0.7 billonésimas de un segundo.
Así consiguieron que la luz verde viajase a velocidades diferentes dependiendo del material que atravesaba; y consiguieron capturar un cono provocado por esa diferencia de velocidad.
Este cono sugiere que hay una barrera a la velocidad máxima que la presenta un medio desconocido hoy en día. (1)
RADIACION DE CHERENKOV (wikipedia) (2)
La radiación Cherenkov (1) es un tipo de onda de choque que produce el brillo azulado característico de las piscinas de los reactores nucleares. Este es un fenómeno similar al de la generación de una onda de choque cuando se supera la velocidad del sonido. En ese caso los frentes de onda esféricos se superponen y forman uno solo con
forma cónica. Debido a que la luz también es una onda, en este caso electromagnética, puede producir los mismos efectos si su velocidad es superada. Y esto, como ya se ha dicho, solo puede ocurrir cuando las partículas cargadas que viajan en un medio distinto del vacío, lo hacen a velocidades superiores a la de los fotones en dicho medio.
La radiación Cherenkov sólo se produce si la partícula que atraviesa el medio está cargada eléctricamente, como por ejemplo, un protón capaz de verse afectados por un campo eléctrico. Por tanto, un protón viajando a través de un medio hecho de neutrones, por ejemplo, no emitiría radiación Cherenkov.
Es evidente que el espacio interestelar presenta barreras a la velocidad maxima (c). ¿Cual es la naturaleza de esta barrera?. Realmente no lo sabemos. ¿Podria ser que el espacio estuviera lleno de una especie de éter, con partículas extraordinariamente pequeñas y sin rozamiento entre ellas que se compactaran a una velocidad limite?. Serian como los fluidos no newtonianos. Un fluido Newtoniano es aquel en el que cumple que el esfuerzo de cizalla es proporcional a la velocidad de deformación, de acuerdo con la ecuación:
Donde σ es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla; γ el gradiente de velocidades o velocidad de deformación o cizalla y μ la viscosidad. V es la velocidad. Esto es lo mismo que decir que fluido newtoniano es aquel para el cual la viscosidad, a una temperatura y presión dadas, es constante para cualquier velocidad de deformación, independientemente del tiempo que se esté aplicando la cizalla. Por tanto, serán fluidos no newtonianos los que no cumplan está condición. Los fluidos no newtonianos, se pueden agrupar en dos grandes categorías:
1- Aquellos para los que la viscosidad cambia con la velocidad de deformación.
2. Aquellos para los cuales la viscosidad cambia con el tiempo durante el esfuerzo. No podríamos decantarnos por ninguna de estas posibilidades, quizás por la primera.
La velocidad máxima en el vacío estaría dictada de forma parecida al aire que dificulta el traspasar la barrera del sonido.
¿Existiría un vacío absoluto que no representara barrera alguna tanto a fotones como a cuerpos másicos?. Si pensamos en la mecánica cuántica (MC) con sus extrañas propiedades de entrelazamiento, función de onda, principio de incertidumbre, dualidad onda-partícula, desigualdad de Bell, probabilidad, paquetes mínimos de energía llamados cuantos y postulado IV de MC , es posible.
La mecánica cuántica describe el estado instantáneo de un sistema (estado cuántico) con una función de onda que codifica la distribución de probabilidad de todas las propiedades medibles, u observables.
Estas funciones de onda pueden variar con el transcurso del tiempo. Esta evolución es determinista si sobre el sistema no se realiza ninguna medida aunque esta evolución es estocástica y se produce mediante colapso de la función de onda cuando se realiza una medida sobre el sistema (Postulado IV de la MC) Éste es el postulado más conflictivo de la mecánica cuántica ya que supone el colapso instantáneo de nuestro conocimiento sobre el sistema al hacer una medida) ejemplo, una partícula moviéndose sin interferencia en el espacio vacío puede ser descrita mediante una función de onda que es un paquete de ondas centrado alrededor de alguna posición media. Según pasa el tiempo, el centro del paquete puede trasladarse y cambiar, de modo que la partícula parece estar localizada más precisamente en otro lugar. La evolución temporal determinista de las funciones de onda es descrita por la ecuación de Schrödinger aunque la paradoja de Einstein- Podolsky-Rosen (EPR) podría explicar algunos aspectos (3).
Aquí entramos en una suposición: ¿tiene estructura el espacio o vacío?. En el entrelazamiento vemos el principio de no localidad es decir que no existe separación entre los cuantos aunque estén a años luz de distancia. Esta ausencia de espacio o espacio sin barreras a la velocidad de la luz podría permitir la trasferencia casi instantánea de información u otro tipo de interacción. En un Universo cuantizado podrían existir canales libres para dichos cuantos que harían posible las propiedades de la Mecánica Cuántica (MC).
Hasta el momento solo hemos contado con la materia en cualquiera de sus formas pero en el intento por unificar la Relatividad y la MC vemos que el espacio o vacío (EoV) tiene mucho que decir. No solamente es la separación entre masas o distancia, en el seno de todo lo que existe y lo que permite la estructura del Universo. Es posible que existan múltiples clases de EoV según el contenido en cuantos. Desde el espacio normal intergaláctico a el EoV con un vacio absoluto (entrelazamiento).
Consideremos, por un momento que las sendas que siguen los electrones alrededor del núcleo y en las que no se ve emisión de radiación electromagnética por parte de estos aunque giren alrededor de cargas , es posible solo si el vacío es algo especial que no ofrece resistencia al avance de los electrones. En este vacío, (EoV) podíamos hacer suposiciones sobre las reglas físicas que podría haber. En General las descritas por Isaac Newton: 1.Descomposición de Fuerzas, 2.Fuerza Resultante de un Sistema de Fuerzas 3.Momento Lineal, 4.Primera Ley de Newton.5.Segunda Ley de Newton 6.Tercera Ley de Newton 7.Impulso Mecánico. 8.Principio de Conservación del Momento Lineal
1. En teoría, el espacio EoV puede descomponer las fuerzas en seno, coseno y tangente como en el espacio normal.
2. Cuando un cuerpo sufre la acción de dos o más fuerzas (sistema de fuerzas), sus efectos pueden ser sustituidos por la acción de una única fuerza denominada fuerza resultante o suma vectorial. El proceso mediante el cual se calcula la fuerza resultante recibe el nombre de suma de fuerzas. En el caso del espacio EoV se pueden sumar todas las fuerzas hasta el infinito. No existiría una velocidad limite.
3. Cantidad de movimiento. La cantidad de movimiento o momento lineal es una magnitud vectorial que relaciona la masa y velocidad de un cuerpo de la siguiente forma: p= m.v. p→: Es el momento lineal. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el kg·m/s .m : Es la masa del cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es el kilogramo ( kg ) v→: Es la velocidad del cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es el metro por segundo ( m/s ). En el espacio EoV la cantidad de movimiento es igual a 0, ya que la masa no tiene inercia.
4. Primera ley de Newton: Cualquier masa que se mueva con movimiento rectilíneo y uniforme o permanezca quieta ,seguirá de esta manera si otra fuerza no incide sobre ella. A este se denomina ley de la Inercia. En el espacio EoV la masa no es una magnitud constante ,por lo que puede detenerse o bien acelerar hasta una velocidad multiluminica de forma instantánea.
5. En el espacio normal, la masa es el resultado de dividir la fuerza por la aceleración y es una constante. No ocurre lo mismo en el espacio EoV.
6. La tercera ley de Newton o principio de acción y reacción establece que cuando dos cuerpos interacciónan aparecen fuerzas iguales y de sentidos opuestos en cada uno de ellos. En el EoV podrian aparecer fuerzas pero no serian iguales ni de sentido contrario (principio de indeterminacion). El principio asume que las fuerzas ocurren de manera simultánea y que se propaga de manera instantánea. Aunque en las interacciones por contacto este principio es difícilmente refutable, en el caso de las interacciones a distancia, como por ejemplo la interacción electromagnética, o incluso la gravitatoria, la teoría de la relatividad especial de Einstein marca la velocidad máxima a la que pueden transmitirse dichas interacciones (opinión de A.Einstein no de la mecánica cuántica).
7. El impulso mecánico IM, de una fuerza , es una magnitud vectorial que relaciona dicha fuerza con el tiempo que dura su actuación. En el espacio EoV el tiempo no se comporta como algo relacionado con el espacio ni la masa. Por lo tanto el IM es una magnitud vectorial indeterminada.
¿Donde se encontraría el espacio EoV?. En teoría ,en todo el Universo. En dimensiones extraordinariamente pequeñas pero permeándolo todo y haciendo que unas partes se comuniquen con otras , es decir que las galaxias se puedan comunicar entre si incluidas las mas lejanas. Otra posible función seria la de drenaje de la energía. Aqui llegamos a la paradoja de Olbers (PO).
La paradoja de Olbers , formulada por el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Olbers en 1823, y anteriormente mencionada por Johannes Kepler en 1610 y por Chéseaux en el siglo XVIII, es la afirmacion de que en un universo estático e infinito (Universo Big sin Bang (5) el cielo nocturno debería ser totalmente brillante sin regiones oscuras o desprovistas de luz (4).
Parece ser que el Cosmos es todo menos sencillo y en el reino de lo extraordinariamente pequeño ,nos podemos encontrar muchas sorpresas que sin embargo son la base para las grandes estructuras.
Solución a la PO basada en la dinámica estelar:
Incluso sin la teoría del Big Bang podría establecerse que la edad del universo es finita a través de una evaluación matemática de la cantidad de hidrógeno existente. Si se supone que la cantidad de masa en las estrellas, menos la cantidad total de masa en el universo es distinto de cero, tras un cierto período alguna estrella habrá convertido demasiado hidrógeno en helio (o un elemento más pesado) para continuar la fusión nuclear. De ahí se sigue que la cantidad de hidrógeno transformada en helio por unidad de tiempo en una estrella cualquiera, dividida por la masa de la estrella, es distinto de cero. Si esto se combina con la afirmación anterior, puede concluirse que la cantidad de hidrógeno convertido en helio por todas las estrellas dividida por la masa del universo es distinto de cero. No se conoce ningún proceso que pueda convertir elementos más pesados en hidrógeno en la cantidad suficiente, y si existiese, seguramente violaría la segunda ley de la termodinámica.?? Por ello, el tiempo necesario para que las estrellas conviertan todo el hidrógeno del universo en helio es finito, y no revertirá a su estado inicial ?. Después, solo estrellas capaces de consumir elementos más pesados seguirán existiendo (y se consumirán cuando alcancen el hierro, algo conocido como la muerte térmica del universo). Esto todavía no ha sucedido, así que, o el universo tiene una edad finita, ha sufrido grandes cambios a lo largo de su historia, o bien existe un proceso desconocido que produce hidrógeno para mantenerlo funcionando. Este proceso ha sido esbozado en la teoría del Universo Big sin Bang como que la funcion principal de las galaxias aparte de producir estrellas es producir hidrogeno atomico y/o molecular por la acción de los agujeros negros (Jets Galacticos) a partir de elementos pesados o muy pesados de toda la tabla periódica. De esta forma el Universo se recicla de forma indefinida y el tiempo se torna infinito.
En resumen, la introducción del EoV puede cambiar todas nuestras suposiciones sobre la estructura del Universo ,si existe o no la Materia Oscura y la Energía Oscura entre otras dificultades que plantea la no tan moderna Cosmología basada en A.Einstein. También podría responder a la pregunta de que porque es tan uniforme el Universo y el Fondo de Radiación de Microondas.
BIBLIOGRAFIA:
1. Adrian Raya. La luz también forma explosiones sónicas. El español.
23 de enero/2017
2. Cherenkov, Pavel A. (1934). «Visible emission of clean liquids by action
of γ radiation». Doklady Akademii Nauk SSSR .
3. J. S. Bell On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox, Physics 1, 195-200 (1964)
4. Paul Wesson, «Olbers’ paradox and the spectral intensity of the extragalactic background light», The Astrophysical Journal 367, pp. 399-406 (1991).
5. JF. Vargas G. Universobigsinbang.com. 2018. WordPress.
