¿Puede un objeto de tamaño humano moverse tan rápido que deje de ser observable?

Question

En muchos animes, cómics, películas, etc., vemos a muchos seres sobrehumanos moviéndose y luchando a velocidades tan altas que un ser humano normal no puede ver que están luchando o moviéndose rápido.

En particular, en la primera batalla entre Goku y Piccolo, los dos son capaces de luchar en un ambiente confinado (cuando Piccolo aparece por primera vez en los cómics, en la pelea en el escenario, si recuerdo correctamente), y el público normal no puede ver cuando luchan.

¿Es físicamente posible para un "humano" (objeto del tamaño de un humano) moverse en un ambiente confinado (digamos, $20~\text{m} \times 20~\text{m} \times 10~\text{m}$) tan rápido que una persona normal no pueda verlo? Si es posible, ¿a qué velocidad debe estar este "humano"?

Supongamos que este "humano" no puede moverse más rápido que, ni siquiera cerca de la velocidad de la luz.

Algunas aclaraciones:

Primero, por favor ignore la fuerza/físicalidad del objeto, y considérelo un objeto que puede moverse "libremente" en este espacio confinado sin causar ningún "efecto secundario" (como calor, sonidos, etc).

Segundo, tenga en cuenta que el objeto se está moviendo en un espacio 3D confinado, bastante pequeño como se menciona en la pregunta, y el observador siempre sería capaz de ver todo el espacio.

Y por último, una imagen borrosa se consideraría "capaz de ver".

Answer 1

Permítanme comenzar aclarando que asumo que la pregunta es si un superhumano o cualquier objeto del tamaño humano puede hacerse invisible solo a través de la velocidad. Y que la velocidad de dicho objeto debe ser $v\ll c$. A partir de esto, asumo que el objeto o persona que se está visualizando debe pasar una cantidad razonablemente larga de tiempo dentro del campo de visión del observador, de modo que la invisibilidad no se pueda lograr engañando a través de parpadeos o teniendo un tiempo de exposición demasiado corto, o escondiéndose detrás del observador la mayor parte del tiempo.

En resumen, no, no es posible que algo se mueva lo suficientemente rápido como para que un humano normal deje de verlo por completo. En primer lugar, a cualquier velocidad, la cantidad de luz que se redirige desde el objeto en movimiento hacia el observador es razonablemente constante. A velocidades relativistas, la contracción de longitud del objeto en movimiento en el marco del observador podría reducir el tamaño y, por lo tanto, la visibilidad del objeto; sin embargo, la restricción de velocidad mencionada anteriormente nos permite ignorar cualquier contracción de esta magnitud. Además, el sistema ojo-cerebro humano procesa la entrada de manera continua y utiliza procesos aún no completamente entendidos para extrapolar e interpolar el movimiento. De hecho, incluso cuando se presentan imágenes rápidas del mismo objeto en diferentes ubicaciones, el cerebro tiene la capacidad de asumir el movimiento y percibe estas imágenes como estando continuamente conectadas; algo denominado movimiento estroboscópico o movimiento ilusorio de imágenes estroboscópicas. Dado que los objetos que se mueven rápidamente todavía tienen luz brillando sobre ellos, la luz que se refleja hacia el observador todavía se capturaría y procesaría. Sin embargo, como el procesamiento de imágenes es una tarea compleja y debido a algo llamado persistencia de la visión, las imágenes que percibimos pueden incluir no solo la luz que entró recientemente en tus ojos, sino también partes de imágenes previamente percibidas. Por lo tanto, a velocidades más altas, la imagen que obtiene un observador probablemente sería borrosa ya que es una amalgama de la posición del objeto en movimiento en múltiples momentos, así como un efecto de pequeños movimientos oculares; a esto a veces se le llama desenfoque de movimiento.

Sin embargo, aunque no es posible desaparecer por completo, hay otras cosas más geniales que son posibles. Debido a la velocidad de procesamiento del sistema ojo-cerebro y los efectos ilusorios que pueden crearse a partir de la extrapolación de datos del cerebro, es completamente posible que un objeto se mueva lo suficientemente rápido para que no parezca moverse en absoluto. Si Goku y Piccolo pelean entre ellos a una velocidad extremadamente alta, pero se aseguran de pasar periódicamente la mayor parte de cada, digamos, segundo en una posición específica, entonces las imágenes que captura tu ojo serán principalmente de ellos en esas posiciones específicas. Como resultado, aparecerán inmóviles para un observador (excepto, por supuesto, por lesiones misteriosas que aparecen y sus bordes pueden parecer ligeramente más borrosos). Además, al pasar la misma cantidad de tiempo en dos ubicaciones diferentes (y con la ayuda de un cronometraje perfecto), puede parecer como si hubiera dos copias idénticas y ligeramente desvanecidas/borrosas del objeto en movimiento. Este efecto funciona para crear grandes cantidades de copias y también se puede usar para que la imagen parezca "saltar" de un lugar a otro.

Algunos han argumentado que un objeto que se mueve extremadamente rápido puede desenfocarse tanto como para ser indistinguible del fondo. Esto puede ser cierto, sin embargo, depende más del contraste entre el fondo y el objeto que puramente de su velocidad. Una vez descartado el camuflaje y cosas por el estilo, simplemente no hay una velocidad no relativista donde un objeto del tamaño humano en un espacio confinado pueda volverse invisible para un observador humano normal durante un período prolongado de tiempo.

Permítanme agregar además que a velocidades relativistas, es posible que la luz que se refleja en el objeto en movimiento sea desplazada al rojo o al azul fuera del espectro visible (aunque, en el caso del desplazamiento al azul, el propio calor del objeto, es decir, las emisiones infrarrojas, se desplazarían al rango visible). Esto podría hacer que el objeto sea invisible (y sería realmente genial verlo suceder), pero como la pregunta requiere velocidades "[no] ni siquiera cercanas a la velocidad de la luz", eso descarta la posibilidad en este caso. Además, dado que se encuentra en un ambiente confinado y el efecto de desplazamiento al rojo solo funciona cuando el objeto se aleja del observador, el efecto de invisibilidad no duraría lo suficiente como para considerarse sosteniblemente invisible.

Answer 2

Si consideras una hélice giratoria, tiene las siguientes propiedades:

• puedes ver que algo está ahí
• no puedes ver qué es; simplemente sabes que está ahí
• no puedes contar las aspas ni distinguir realmente las características en absoluto
• ni siquiera puedes decir la distancia al "objeto" borroso frente a ti
• se sabe que las personas caminan hacia hélices en movimiento porque son difíciles de ver

Esto es especialmente cierto en ausencia de reflejos especulares de fuentes brillantes de luz.

Por lo tanto, argumentaría que es posible que un objeto se mueva tan rápido, en un espacio confinado, sin acercarse a la velocidad de la luz, que tenga muchas características de invisibilidad. Si excluyes otros indicadores como ruido o viento, un objeto del tamaño de un humano moviéndose lo suficientemente uniforme dentro de tu espacio confinado, con una iluminación típica de baja potencia en la habitación, puede ser difícil de detectar.

Si esto califica para ser llamado "invisible" es cuestión de cómo defines la palabra. Obviamente es imposible para el objeto dejar de reflejar fotones; todo se trata de la percepción humana. Si un humano está observando a Superman en movimiento, pero solo nota las paredes, entonces "invisible" parece una descripción justa, incluso si había un borro que el observador no logró atribuir correctamente.

(y honestamente, en lugar de discutir lo que "invisible" significa para ti o para mí, ¿por qué no dejar de lado el término controvertido y simplemente discutir los conceptos subyacentes?)

Answer 3

Pienso que un objeto puede ser invisible para un humano si se mueve tan rápido que, dentro del tiempo en que pasa por el campo de visión del humano, refleja tan poca luz que no puede ser detectado visualmente (la visión humana tiene una sensibilidad muy alta, pero aún limitada a la luz). Por otro lado, si el objeto se mueve tan rápido en el aire, producirá mucho ruido y probablemente calentará tanto el aire que este último será visible.

EDITAR (22/08/2014): Me gustaría añadir que, teóricamente, se puede usar el camuflaje con metamateriales (http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial_cloaking) para ser invisible. Si tal invisibilidad puede ser perfecta, no lo sé.

Answer 4

Entonces, aquí está la pregunta, ¿es físicamente posible para un "humano" (objeto del tamaño humano) moverse en un ambiente CONFINADO (digamos, 20 m × 20 m × 10 m) tan rápido que una persona común sería incapaz de VER? Si es posible, ¿qué tan rápido debe ser esta "persona"?

El ojo humano depende de la recepción de fotones para "ver" algo. No hay velocidad por debajo de la velocidad de la luz donde un objeto no reflejará o emitirá fotones. La velocidad no tiene nada que ver con la reflexión y emisión, excepto cuando te acercas a la velocidad de la luz, que está muy por encima de la velocidad que una criatura biológica puede alcanzar por medios propios.

Así que para responder técnicamente a tu pregunta, no, no hay velocidad donde un objeto dejará de reflejar o emitir luz en las condiciones que has descrito.

Sin embargo, podrías considerar la percepción como parte del "ver". El ojo humano es analógico, y los datos son procesados por un cerebro analógico. Los receptores miden la cantidad de luz recibida y envían señales, más si hay más luz presente, menos si se recibe menos luz.

Además, al ser biológico, hay un cierto retraso involucrado. Puedes encender una luz, y no será percibida instantáneamente una vez que los fotones comiencen a golpear los receptores, en lugar de eso, los receptores aumentarán lentamente su salida de señal, y cuando la luz cese, cesarán relativamente lentamente de enviar señales al cerebro.

Es esta propiedad la que hace que parezca que las imágenes estáticas mostradas en una secuencia de 25 fotogramas por segundo o más no son distinguibles como fotogramas separados, sino como video. En esencia, los receptores actúan como filtros paso bajo.

Por lo tanto, un objeto en movimiento suficientemente rápido podría aparecer borroso para el ojo humano.

Sin embargo, los humanos son capaces de realizar Seguimiento Suave, donde el ojo puede seguir un objetivo que evitará el desenfoque, y las consecuencias de Sácada no hacen que la escena visible desaparezca.

El seguimiento suave ocurre hasta 30 grados por segundo, pero este es un máximo en una dirección. El ojo humano se mueve más lentamente cuando intenta ir de un lado a otro siguiendo un objeto en una pequeña área de su rango visual.

Pinta un círculo en un ventilador de techo. A velocidades bajas y medias deberías poder seguirlo con tus ojos varios pies de distancia. A alta velocidad deberías encontrar que comienza a desenfocarse o alargarse, o que tus ojos no pueden seguirlo y comienzas a seguirlo mediante movimientos de sácada.

Ahora haz lo mismo con un ventilador de escritorio: en la mayoría de velocidades no puedes seguirlo en absoluto, y, de hecho, las aspas se vuelven transparentes. No son invisibles, pero la luz que reflejan proporciona la percepción de invisibilidad, principalmente porque puedes ver objetos detrás de ellos que deberían estar ocultos por ellos.

Puedes mover tus manos lo suficientemente rápido como para que tus ojos no puedan seguirlos con seguimiento suave, a la distancia de los brazos. Enfócate en un objeto más allá de tus manos y al moverlas rápidamente frente a tu visión solo verás un desenfoque.

A 20 metros del objetivo, hay humanos capaces de mover sus manos lo suficientemente rápido como para que solo veas poco más que un desenfoque, y podrías ver objetos detrás del área en la que están operando sus manos.

Sin embargo, seguirían siendo percibidos, y sabrías que sus manos ocupan ese espacio. Entonces, dependiendo de lo que quieras decir por "ver", la respuesta es o bien, "No, siempre serán vistos", o "Sí, es posible mover una mano humana lo suficientemente rápido dentro de tu campo de visión para que no percibas la mano, sino solo el desenfoque, y nunca bloquearía por completo tu visión a los objetos detrás de ella."

Answer 5

Curiosamente, hubo un artículo sobre hace una década que cubrió este tema. Del resumen, movieron un objeto

dentro de un amplio rango de velocidad (0.4-500 grados/seg) y compararon estos con los tiempos de reacción humanos (RTs).

Mostraron tiempos de respuesta en el orden de unos pocos cientos de milisegundos, también encontraron que el tiempo de respuesta estaba relacionado de forma inversa con la velocidad de movimiento (es decir, cuanto más rápido fuera, menor sería el tiempo de respuesta). Creo que hubo un estudio reciente (no lo puedo encontrar en este momento) en el que los tiempos de respuesta eran menores a 100 ms para algunos estímulos (no era seguimiento de movimiento).

Extrapolando de esto, el superhumano tendría que moverse a más de 10$^3$ grados/segundo en distancias muy cortas para que el movimiento sea imposible de ver. Dado que Goku y Piccolo están luchando, los movimientos de manos van demasiado lejos para que la pelea sea invisible a cualquier velocidad (como señala Jim correctamente, la imagen observada sería bastante borrosa).