Velocidades Límite.
(Última modificación: 19 de diciembre de 1999.)
La tesis que voy a defender en este apartado es la siguiente: "Cualquier fenómeno físico en el que se producen cambios puede sufrir esos cambios con una velocidad máxima que depende de las condiciones del sistema". A partir de esta tesis trataré de racionalizar el significado de "c" como velocidad máxima para los sistemas materiales.
La situación normal es la existencia de límites de velocidad para cualquier tipo de movimiento. Y estos límites cobran sentido cuando se entiende la naturaleza del fenómeno que se estudia. La "demostración" voy a hacerla por inducción, en base a ejemplos conocidos.
Empecemos por un ejemplo simple: Por qué el sonido se traslada a unos 300 m/s en el aire?. Dejando la explicación y las ecuaciones de detalle, la explicación simple radica en que las moléculas de aire tienen una velocidad promedio, y el sonido (que no es más que un movimiento coordinado de moléculas de aire) no puede moverse más rápido que las moléculas que le dan sostén.
Simultáneamente, cuando se entiende el fundamento de las cosas, se pueden hacer predicciones acertadas de comportamiento. De este modo si quiero transmitir información mediante el movimiento de moléculas de gas y quiero aumentar la velocidad de transmisión, debo emplear mecanismos que aumenten la velocidad de las moléculas. Para ello puedo cambiar de gas (las moléculas más livianas se mueven más rápido a la misma temperatura), cambiar la temperatura del sistema, etc, etc. Pero, haga lo que haga, siempre habrá un límite para la velocidad de transmisión de información a través de movimientos coordinados de moléculas. Imaginar lo contrario es una idealización sin sustento práctico.
Los automóviles también tienen velocidades límite, fijadas por la velocidad de combustión, la resistencia de los materiales, el rozamiento con el medio, etc, etc. Y si hacemos la abstracción de eliminar todos los limitantes, estamos suponiendo que los sistemas físicos reales se comportan como ideales (combustión de la gasolina instantánea, materiales indestructibles, rozamientos nulos, etc). Y la experiencia demuestra que todos los sistemas reales se pueden comparar con sistemas ideales sólo en un rango de valores adecuados. Cuanto más nos alejamos de las condiciones ideales, en menos "ideales" se transforman los sistemas reales.
Con cualquier sistema real, cuya naturaleza intrínseca conozcamos, sucede lo mismo. Existe un límite (que puede variar con las condiciones) para las velocidades alcanzables. Y no importa que la velocidad pueda aumentarse mediante diversos mecanismos. Está claro que en algún momento se alcanza una velocidad que no puede superarse. Cabe aclarar, aunque sea trivial, que la diferencia entre un valor muy grande e infinito, es la misma que existe entre 0 e infinito. Ningún número real está más cerca de infinito que el número cero. De forma más gráfica, si intentamos llenar un tonel sin fondo, estaremos tan cerca de lograrlo luego de volcar un balde o un millón de baldes de agua en él.
Entonces, por qué llama la atención que exista una velocidad máxima para el desplazamiento de objetos materiales?. Conforme con la RE esta velocidad máxima (no alcanzable) para el desplazamiento de partículas materiales es la velocidad de la luz en el vacío. La RE no demuestra que ningún objeto puede superar la velocidad "c". La RE sólo postula este límite, luego de aceptar que los datos experimentales parecen apuntar en esa dirección.
Muchas veces he observado oposición a la existencia de esta velocidad límite, como si fuera algo que va contra la lógica. Por qué nadie considera que es ilógico que exista una velocidad límite para transmitir sonidos?.
En realidad creo que el planteo adecuado es el siguiente: Si el mundo físico parece indicar que la máxima velocidad que pueden alcanzar los objetos materiales es de 300.000 km/seg, cuál es la razón de este límite?.
Si nos planteamos esta última pregunta creo que estaremos avanzando en el entendimiento del fenómeno. Tomaríamos un dato de la realidad y, en vez de negarlo (o simplemente aceptarlo), nos preguntaríamos por qué ocurre?. Siguiendo este tipo de planteo, se llegó a desarrollar la Teoría Cinética de los Gases, que no sólo explica la transmisión del sonido, sino todos los fenómenos de transporte en fase gaseosa.
Volviendo al planteo principal que estoy desarrollando, si aceptamos que "c" es el límite para la velocidad de desplazamiento de los sistemas materiales cabe preguntarse:
Los datos de la realidad (mediciones experimentales) parecen indicar concluyentemente que "c" es un límite para las velocidades de los objetos materiales. El caso más elocuente se presenta en los aceleradores de partículas. En estos aceleradores, para que el sistema acelerador funcione, resulta necesario tener en cuenta los cambios relativísticos de la masa con la velocidad. Por otro lado las partículas ya aceleradas se comportan como poseedoras de mayor masa que estando en reposo.
En consecuencia parece un hecho demostrado que la masa de los sistemas materiales (partículas elementales en este caso) crece indefinidamente a medida que la velocidad del sistema se acerca al valor de "c". Y esto fija un límite para la velocidad máxima de un sistema. Cuando la masa tiende a infinito resulta imposible continuar con la aceleración del sistema.
OK, resumamos lo expuesto.
Cabe entonces preguntarse: Por qué "c"?. No es esta una increíblemente fuerte indicación de que el mismo fenómeno que gobierna el valor de la velocidad de las ondas electromagnéticas también forma parte de la constitución de lo que llamamos "materia"?!.
Podría una ola trasladarse más rápido de lo que se mueven sus moléculas?. Por supuesto que no!. Pero en esta caso sabemos que las olas del mar están formadas por moléculas de agua. Entonces el resultado no es sorprendente.
Sin embargo no nos sorprende que un proyectil (o un avión) pueda viajar más rápido que el sonido. Después de todo el proyectil puede desplazarse sin la presencia de moléculas de aire. Pero sería sorprendente que un tornado (formado sólo por el movimiento coordinado de moléculas de aire) se trasladara a velocidades supersónicas (sería algo así como moléculas de aire viajando más rápido que las moléculas de aire!!).
Conclusiones principales de esta página: