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¿Podría la velocidad de la causalidad ser (significativamente) más rápida que $c$ ?

El otro día mi hijo (13 años) me preguntó si era posible que la luz fuera muy ligeramente más lenta que nuestra mejor medida $c$ y al mismo tiempo tenía una masa muy pequeña, pero no somos capaces de medirlas porque son muy pequeñas. Aunque le dije que no creía que eso fuera posible o tuviera sentido, me hizo pensar en una trayectoria relacionada:

Pensamos en $c$ como la velocidad de la luz, pero en realidad es la velocidad de la causalidad/información universal (sólo diré "causalidad", pero se pueden leer ambas). De hecho, $c$ no es sólo para la luz; es la velocidad de cualquier onda sin masa, ¿verdad? ¿Y qué pasa si el límite real de la causalidad no es $c$ pero esa es sólo la velocidad más rápida que conocemos de las cosas que ocurren causalmente en el universo conocido. Tal vez el límite de velocidad real de la causalidad es significativamente más rápido que $c$ y no conocemos nada que vaya más rápido que $c$ (¿tal vez desentrañar?)

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Eric Smith Puntos 51

El $c$ que aparece en las ecuaciones de la relatividad (incluyendo la famosa $E = m c^2$ es la velocidad de la causalidad. Es la velocidad especial y única que es la misma para todos los observadores, independientemente de sus movimientos relativos. Al ser la misma para todos los observadores, actúa como un factor de escala que vincula el espacio y el tiempo.

Sólo puede existir una velocidad única, y se han realizado muchas mediciones de la misma. Ciertamente, es posible que ésta no sea la velocidad de la luz; como sugirió su hijo, es concebible que la luz tenga una masa diminuta y, por tanto, se mueva ligeramente más despacio que $c$ . Pero el relativismo $c$ (velocidad de causalidad/velocidad máxima) no puede ser significativamente diferente de la velocidad de la luz o lo habríamos notado, por ejemplo, en los aceleradores de partículas (donde las cosas se mueven muy cerca de la máxima velocidad posible). Y como han señalado otros comentaristas, hay muy buenas razones teóricas para suponer que la luz no tiene masa y, por tanto, la velocidad de la luz es la velocidad de la causalidad.

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Sora Puntos 113

No existe una "velocidad de causalidad" inequívoca, porque la causalidad en sí misma es una noción muy vaga cuando se trata de precisarla.

Lo que sí es cierto es que la velocidad que llamamos velocidad de la luz - pero que, como usted dice, es en realidad la velocidad de todas las partículas sin masa- limita la transferencia de información en el siguiente sentido:

Para cualquier evento $x$ (es decir, un tiempo y un lugar) en el espacio-tiempo, hay un conjunto de acontecimientos (el más allá del cono de luz y los sucesos en su interior) que pueden influir "causalmente" en lo que ocurre en el suceso. El cono de luz es precisamente el conjunto de sucesos a partir de los cuales algo que viaja a la velocidad de la luz puede alcanzar $x$ - de cualquier evento fuera de ella necesitaría viajar más rápido que la luz.

Dado que nada -sin masa o con masa- puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, podríamos estar tentados de decir que, por lo tanto, la velocidad de la luz es "la velocidad de la causalidad"; ¿cómo podría algo influir en otra cosa sin viajar? Pero el problema es, de nuevo, que nuestra noción intuitiva de lo que significa ser "causa y efecto" -o tener "causalidad"- no se ajusta realmente a las ideas físicas de algo que viaja, ni la imagen del cono de luz de la causalidad por sí sola produce realmente un mundo de "causa y efecto" que nos gustaría.

Por un lado, sin viajar más rápido que la luz, es posible imaginar espacios-tiempo con los llamados curvas cerradas en el tiempo y algo que se desplaza a lo largo de dicha curva es en su propio pasado lightcone . Causa sin efecto, o más bien un efecto que es su propia causa. ¿Es esto "causalidad"? ¿Cuál es la "velocidad de la causalidad" en este caso? (La respuesta común es que tales espacios-tiempo son malos porque "violan la causalidad").

Por otro lado, la teoría cuántica lo complica todo aún más (como siempre). Teorema de Bell nos dice que o bien hay "efectos" que se propagan de forma superlumínica, o el mundo no es realista (para más discusión sobre esto, véase esta respuesta mía y esta respuesta mía ). Lo más importante es que la elección de uno de estos dos es un ámbito de la metafísica llamado interpretaciones cuánticas Pero las predicciones de la mecánica cuántica no dependen (o sólo en casos extremadamente artificiosos, según a quién se escuche) de la interpretación elegida. Y así, la "velocidad de la causalidad" -de hecho, tal vez la causalidad misma- queda expuesta como la idea incoherente que es: En algunos En otras interpretaciones de la mecánica cuántica, esta velocidad es infinita -las mediciones en "una parte" de una función de onda afectan instantáneamente a todas las partes de esta función de onda, a lo largo de todo el universo- y en otras sigue siendo finita, y una medición no tiene que propagar realmente ningún cambio, y probablemente hay todo tipo de interpretaciones híbridas, y sin embargo no supone ninguna diferencia en sus predicciones del mundo que observamos.

Para más reflexiones sobre la incoherencia de la idea de causalidad, recomiendo el (in)famoso artículo de Norton "La causalidad como ciencia popular" .

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Mark Puntos 1

En primer lugar hay que tener en cuenta que la velocidad de la luz es ahora definido como un valor exacto. La luz viajará a esta velocidad en el vacío simplemente porque la definimos así. Antes definíamos un metro y medíamos la velocidad, pero hace años "ellos" (los que definen los estándares de medida) decidieron que era más exacto definir la velocidad y el metro se deriva de eso.

Así que ahora no hay forma de que la luz viaje a otra velocidad.

Ahora ha habido partículas que una vez pensó eran sin masa, y las partículas sin masa en la relatividad siempre viajan a la velocidad de la luz (los fotones son sólo un ejemplo de partículas sin masa). Esas partículas eran neutrinos, pero con el tiempo pequeñas diferencias en su velocidad con respecto a la de la luz nos llevaron a comprender que tenían masa y que viajaban más despacio que la luz (pero aún así muy cerca de la velocidad de la luz porque su masa es tan pequeña que se necesita muy poca energía cinética para moverlas muy rápido).

También hemos podido comparar la velocidad de la gravedad (la velocidad a la que se propagan los cambios en los campos gravitatorios) con la velocidad de la luz gracias a los maravillosos experimentos LIGO. Hay un error experimental, pero en este momento no tenemos ninguna razón para pensar que la gravedad no se propague también a la velocidad de la luz. Funciona más o menos así con todo lo que podemos probar: si esperamos que viaje a la velocidad de la luz, lo hará dentro del rango de error que podemos manejar con nuestro experimento.

¿Y qué pasa si el límite real de la causalidad no es c, sino que es simplemente la velocidad más rápida que conocemos de las cosas que ocurren causalmente en el universo conocido

Todas nuestras teorías estarían rotas, pero rotas de una manera que sería muy difícil de arreglar porque seguirían siendo casi correctas. Esto sería una especie de escenario del día del juicio final para la mayoría de los físicos.

Tal vez el límite de velocidad real de la causalidad es significativamente más rápido que c, y simplemente no sabemos de nada que vaya más rápido que c

Pues si no sabemos de ella, no es algo de lo que la física pueda hablar en absoluto. Es sólo una especulación salvaje, no física.

Es difícil imaginar una forma de desconectar la velocidad de la luz de la velocidad de la causalidad sin una remodelación bastante importante de la física. De nuevo, esto sería como si te dijeran que tienes que arreglar algún problema importante en tu avión a reacción y, al mismo tiempo, no cambiar nada de lo que hace ahora, aparte del nuevo problema. Estoy seguro de que la gente está trabajando en teorías con velocidades variables de la luz y todos los contras de los mods, pero conseguir que estén de acuerdo con todo lo que ya sabemos es el problema. Puedes diseñar la teoría que quieras (se publican todo el tiempo), pero hacer que funcionen tan bien como las teorías existentes es el problema. Recuerda que nos gustan las teorías existentes porque pueden utilizarse para predecir el comportamiento de las cosas con mucha precisión.

Es justo señalar que hay muchos teorías alternativas a la relatividad general que se descartan, se debaten o se desarrollan todavía y que pueden proporcionar una base teórica para cosas como la velocidad variable de la luz. Se trata de temas de investigación muy avanzados que no pretendo comprender del todo. La corriente principal de la física se aferra básicamente a lo que sabe que funciona bien, que es la relatividad general, mientras busca (siempre) algo mejor. Pero para probar una teoría mejor a menudo hay que esperar a que la capacidad técnica para realizar mediciones se ponga al día. Así que esperamos los avances.

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