¿Qué fue de… superar la velocidad de la luz?

Prohibido superar la velocidad de la luz. Si alguna idea es popular incluso entre los menos versados en física, es que existe un límite de velocidad universal que no se puede quebrantar, porque Einstein lo dijo así. Lo cual es un fastidio, ya que arruina las perspectivas de llegar algún día a disponer de la tecnología adecuada para pasar las vacaciones en otras estrellas y conocer a sus posibles moradores. Pero ¿es realmente así? ¿Merece Einstein esa fama de aguafiestas por dinamitar uno de los mayores sueños acariciados por la ciencia ficción?

La primera insinuación en la ciencia moderna de que la luz no era instantánea, sino que tenía una velocidad finita, fue obra del italiano Giovanni Cassini. Tenía poca fe en ello: después de haber proclamado ante la Academia de Ciencias de Francia que las anomalías en los tiempos de los eclipses de las lunas de Júpiter se debían “a que la luz nos llega desde los satélites con un retraso”, abandonó esta línea de pensamiento. No así su ayudante, el danés Ole Rømer, que en 1676 lograba la primera medición aproximada de la velocidad de la luz.

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Albert A. Michelson, dando clase en la Universidad de Chicago. Crédito: USNA

El mérito de haber calculado la velocidad de la luz con bastante precisión recae en el estadounidense Albert Michelson (19 de diciembre de 1852 – 9 de mayo de 1931), que con ello lograría en 1907 el primer premio Nobel de ciencia para su país. Michelson comenzó su trabajo en 1877, mientras estudiaba en la Academia Naval Militar de Annapolis. Por entonces se creía en la existencia de un éter lumínico que servía de soporte a las ondas de luz, del mismo modo que el aire propaga el sonido. Dado que la Tierra debía moverse a través de este fluido, era de esperar que la luz tuviera diferente velocidad en la dirección de este “viento de éter” y en su perpendicular. En su experimento más famoso, llevado a cabo en 1887 junto con Edward Morley, Michelson midió la interferencia de las fases de las ondas de luz en dos direcciones perpendiculares. El resultado fue que no había diferencias apreciables: el éter no existe, y la luz se mueve a la misma velocidad en todas direcciones.

La explicación llegó con el descubrimiento del fotón: las partículas no necesitan un medio en el que moverse. Las sucesivas mediciones de Michelson fueron refinadas por otros hasta que en 1975 se adoptó un valor definitivo: 299.792,458 km/s. Este ya no se modificará, puesto que en 1983 se empleó como constante para definir el nuevo valor del metro en el Sistema Internacional de Unidades. En cuanto a Einstein, lo que hizo fue postular en su relatividad especial que la velocidad de la luz es una constante, la “c” acuñada décadas antes por James Clerk Maxwell, y que es independiente del movimiento de su fuente para cualquier observador; dado que no existe el éter, no hay un sistema de referencia fijo en el universo.

Einstein no prohibió que un objeto pueda moverse más aprisa que la luz, pero calculó que para acelerarlo a tal velocidad se necesitaría una energía infinita. Con todo, algunos científicos advierten de que, en realidad, un viaje a velocidad superluminal no sólo es una imposibilidad lógica, sino que además no ofrecería las ventajas que creemos. Lo explica el físico de la NASA y divulgador Sten Odenwald. La clave está en una consecuencia de la relatividad especial, la dilatación del tiempo; para la tripulación de una nave a una velocidad próxima a la de la luz, el reloj corre mucho más despacio que para sus familiares en la Tierra. En un límite muy próximo a c, el viaje es para ellos casi instantáneo. Si un fotón pudiera pensar, sentiría que su vuelo de extremo a extremo del cosmos es inmediato, aunque para un observador externo tardara toda la edad del universo.

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Ilustración basada en la idea de Alcubierre. Autor: Les Bossinas

A Warp 37, calcula Odenwald (una fracción de la velocidad de la luz de 0,9999…, así hasta 37 nueves), el viaje a través del universo duraría 0,2 segundos. “El universo habrá nacido y muerto en menos tiempo del que tardas en respirar”, escribe. Así que un viajero sí podría llegar al otro extremo del universo en un instante. Pero eso sí, la Tierra ya no existiría cuando regresara. En cuanto a superar la velocidad de la luz, se entiende por qué no es posible: un viaje no puede ser más rápido que instantáneo, a no ser que el viajero llegara a su destino antes de haber partido, lo cual equivaldría a viajar al pasado. Y esto sí violaría un principio básico, el de causalidad.

Sin embargo, las ecuaciones lo aguantan casi todo, y algunos físicos han propuesto modelos teóricos de viajes espaciales superluminales compatibles con la relatividad especial. Quizá el más famoso es el ideado en 1994 por el mexicano Miguel Alcubierre, consistente en una burbuja del espacio que se arruga por delante de la nave y se expande por detrás, como si arrastráramos un objeto por una alfombra elástica. El truco consiste en que es el destino el que se acerca; en realidad la nave no viaja más deprisa que la luz. “El objeto se mueve sin moverse en realidad, es el espacio quien hace el trabajo”, resume Alcubierre a OpenMind. Pero el propio físico reconoce que sistemas como este son “casi imposibles”, ya que haría falta algo llamado energía negativa, “y hasta donde sabemos eso no existe”.

Dejando aparte los objetos, otro caso es el de la transmisión de ondas o partículas. Si fuera posible enviar señales instantáneas, podríamos comunicarnos con posibles civilizaciones a distancias cósmicas. En 2011, un experimento de la colaboración internacional OPERA afirmó haber detectado velocidad superluminal en unas partículas muy ligeras llamadas neutrinos, pero fue una falsa alarma: era un error experimental debido a un fallo en un cable y un reloj. No obstante, también en este caso las ecuaciones son permisivas. Steven Weinstein, de la Universidad de Waterloo (Canadá), ha especulado con modelos teóricos de materia exótica en la cual las perturbaciones como el sonido podrían propagarse más deprisa que la luz. Sin embargo, duda de que tal forma de materia exista en nuestro universo.

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Diagrama Supraluminal de movimiento, como se prevé en Star Trek. Autor: Trekky0623

Un caso que hoy mantiene muy ocupados a los físicos es el entrelazamiento cuántico no local, la capacidad de dos partículas subatómicas de sincronizarse aunque estén separadas por grandes distancias. Si se actúa sobre una, la otra responde instantáneamente. Este efecto ha sido corroborado por pruebas sólidas, aunque no convencen a todos. Pero según el físico y escritor John G. Cramer, profesor emérito de la Universidad de Washington, “la relatividad especial prohíbe la comunicación más rápida que la luz a una velocidad definida”, expone a OpenMind. Y en cambio, el entrelazamiento cuántico opera de manera instantánea.

No obstante, otra cosa es que esto permita la comunicación: cuando se actúa sobre una de las partículas se desconoce su estado, lo que impide manejarlo a voluntad para enviar señales. Cramer reconoce que “si la formulación actual de la mecánica cuántica es correcta, la señalización no local es imposible”. ¿Y si no fuera correcta? Cramer no lo descarta. Y mientras los físicos no abandonen esta línea de investigación, podremos seguir soñando.

Javier Yanes para Ventana al Conocimiento
@yanes68