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¿Podría un humano vencer a la luz en una carrera a pie?

¿Hay algo que impida hacer el siguiente experimento ahora mismo?

Imagina que un humano corre desde el punto 'a' al punto 'b' mientras la luz partículas de luz que se reflejan en un reloj se mueven a través de un medio especial del punto "a" al punto "b". ¿Podría un humano llegar al punto 'b' antes que la luz? (En cuanto al medio especial, estoy imaginando algo como un complejo laberinto de espejos sumergidos en un material muy denso).

De ser así, si el humano esperara en la línea de meta para ver la luz que llega en segundo lugar, ¿vería en el reloj la hora en que comenzó la carrera?

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tourdetour Puntos 86

En este experimento mental no se rompe ninguna ley física. Si te preocupa el requisito relativista de que "nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz", eso sólo se aplica a la velocidad a la que va la luz en el vacío: $c = 3 \times 10^8$ m/s. La referencia a la luz en ese postulado de la relatividad hace que parezca que si se pudiera encontrar una situación en la que se ralentizara la luz, se podrían romper las leyes de la física; no es así. Un enunciado mejor del postulado sería "nada puede ir más rápido que $3 \times 10^8$ m/s, que resulta ser también la velocidad a la que viaja la luz en el vacío". No veo que nadie vaya más rápido que $3 \times 10^8$ m/s en este experimento mental, así que no hay violaciones de la física.

En cuanto a lo que ve el humano al final de la carrera:

Él ve una luz azul cegadora de los todos los Radiación Cherenkov de la más mínima partícula cargada que pase por el medio. Y tal vez el tiempo al inicio de la carrera. Es exactamente lo que uno se imagina, ya que estamos hablando de velocidades no relativistas. Qué respuesta más anticlimática, ¿eh?

27voto

enedil Puntos 101

Existe el concepto de " luz lenta ", que es observar los pulsos de luz cuya velocidad de grupo se propaga muy lentamente. Esto es ligeramente diferente a tu ejemplo del reloj, pero lo suficientemente parecido como para que te interese.

En 1998, la física danesa Lene Vestergaard Hau dirigió un equipo combinado de la Universidad de Harvard y el Instituto Rowland para la Ciencia que consiguió ralentizar un haz de luz a unos 17 metros por segundo ...

Usain Bolt puede correr aproximadamente 12 m/s, así que no estamos tan lejos.

(Por supuesto, estamos haciendo unos juegos tremendos con los haces de luz mientras hacemos este tipo de juegos de luz lenta. Si esto es realmente aplicable a su experimento mental específico que involucra un reloj depende de qué aspectos del experimento le parecieron importantes)

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valerio92 Puntos 483

Sí, es teóricamente posible.

Por ejemplo, se pueden utilizar dos espejos paralelos y perfectamente reflectantes de longitud $L$ , donde $L$ es la distancia entre el punto A y el punto B. Sea la distancia entre los dos espejos $d$ .

Suponiendo que el rayo de luz entra en los dos espejos incidiendo en uno de ellos cerca del punto A con un ángulo $\theta$ se reflejará

$$N \approx \left ( \frac{L}{d \tan \theta} \right)$$

veces antes de llegar al punto B, cubriendo una distancia

$$l = N \frac d {\cos \theta} \approx \left ( \frac{L}{d \tan \theta} \right) \frac d {\cos \theta} = \frac L {\sin \theta}$$

en el proceso. Obsérvese que el resultado no depende (sorprendentemente) de $d$ .

Por lo tanto, el tiempo necesario para ir del punto A al punto B para el rayo de luz es

$$t=\frac l c \approx \frac L {c \sin \theta}$$

Por lo tanto, se puede definir una "velocidad efectiva" $v_e$ para el rayo,

$$v_e \equiv c \sin \theta$$

Si la velocidad de un humano es $v_h$ el humano será más rápido que el rayo de luz si

$$v_h > v_e \ \Rightarrow \ \sin \theta < \frac{v_h} c$$

El récord de velocidad para un humano corriendo (*) es $44.72$ km/h (Usain Bolt, 2009). La velocidad de la luz en el vacío es $1.08 \cdot 10^9$ km/h. Se obtiene por tanto la condición

$$\sin \theta < 4.14 \cdot 10^{-8}$$

Por lo tanto, se puede ver que esto no es muy fácil de realizar en la práctica (y estamos descuidando la refracción, la absorción, la dispersión, la rugosidad de la superficie, etc.).

También se puede repetir el cálculo suponiendo que existe un material con índice de refracción $n$ entre los dos espejos.

(*) Quiero ser generoso.

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user167702 Puntos 31

Por supuesto, es posible, no sólo para un humano, sino para cualquier cosa "en movimiento", vencer a la luz que se mueve en un medio determinado. Es imposible vencer a $c=3\cdot10^8\ \mathrm{m/s}$ pero no la velocidad de la luz en un medio determinado.

En el experimento propuesto, el hombre que llega al final verá el tiempo exactamente de la misma manera que un hombre que está fuera observando, no cambiará la noción del tiempo newtoniano, en realidad.

Existe un malentendido (natural) sobre la velocidad de la luz (o la velocidad de las ondas electromagnéticas): siempre es $c=3\cdot10^8\ \mathrm{m/s}$ . Lo que ocurre en otros medios, es que la luz que se propaga alrededor de los átomos/moléculas es constantemente absorbida y reemitida por los electrones dado el efecto de "ralentizar" la velocidad neta de la luz en ese medio. Pero la velocidad de la luz, alrededor del medio sigue siendo $c=3\cdot10^8\ \mathrm{m/s}$ para el efecto del movimiento y la teoría de la relatividad (excepto para los momentos de absorción y emisión).

2voto

Frisbee Puntos 381

El material denso difunde la luz, por lo que si lo tienes lo suficientemente denso probablemente no puedas leer el reloj.

En teoría, si tuvieras suficientes espejos perfectos podrías ver la hora de inicio.

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