Más rápido que la luz

Los viajes y la comunicación más rápidos que la luz (también FTL, superluminal o supercausal) son las conjeturas propagación de materia o información más rápido que la velocidad de la luz (c). La teoría especial de la relatividad implica que solo las partículas con masa cero en reposo (es decir, fotones) pueden viajar a la velocidad de la luz, y que nada puede viajar más rápido.

Se ha planteado la hipótesis de partículas cuya velocidad supera la de la luz (taquiones), pero su existencia violaría la causalidad e implicaría un viaje en el tiempo. El consenso científico es que no existen. "Aparente" o "efectivo" FTL, por otro lado, depende de la hipótesis de que las regiones inusualmente distorsionadas del espacio-tiempo podrían permitir que la materia llegue a lugares distantes en menos tiempo que la luz en el espacio-tiempo normal ('sin distorsiones').

A partir del siglo XXI, según las teorías científicas actuales, se requiere que la materia viaje a más lento que la luz (también STL o subluminal) velocidad con respecto a la región del espacio-tiempo localmente distorsionada. La FTL aparente no está excluida por la relatividad general; sin embargo, cualquier plausibilidad física aparente de FTL es actualmente especulativa. Ejemplos de propuestas FTL aparentes son la unidad de Alcubierre, los tubos de Krasnikov, los agujeros de gusano transitables y los túneles cuánticos.

Viaje superlumínico de no información

En el contexto de este artículo, FTL es la transmisión de información o materia más rápido que c, una constante igual a la velocidad de la luz en el vacío, que es 299 792 458 m/s (por definición de el metro) o aproximadamente 186,282.397 millas por segundo. Esto no es lo mismo que viajar más rápido que la luz, ya que:

• Algunos procesos se propagan más rápido que c, pero no puede llevar información (ver ejemplos en las secciones inmediatamente después).
• En algunos materiales donde la luz viaja a velocidad c/n (donde) n es el índice refractivo) otras partículas pueden viajar más rápido que c/n (pero aún más lento que c), que conduce a la radiación Cherenkov (ver velocidad de fase abajo).

Ninguno de estos fenómenos viola la relatividad especial o crea problemas con la causalidad y, por lo tanto, ninguno califica como FTL como se describe aquí.

En los siguientes ejemplos, puede parecer que ciertas influencias viajan más rápido que la luz, pero no transmiten energía o información más rápido que la luz, por lo que no violan la relatividad especial.

Movimiento diario del cielo

Para un observador terrestre, los objetos en el cielo completan una revolución alrededor de la Tierra en un día. Proxima Centauri, la estrella más cercana fuera del Sistema Solar, está a unos cuatro años y medio luz de distancia. En este marco de referencia, en el que se percibe que Próxima Centauri se mueve en una trayectoria circular con un radio de cuatro años luz, podría describirse con una velocidad muchas veces mayor que c como el borde La velocidad de un objeto que se mueve en un círculo es el producto del radio y la velocidad angular. También es posible, en una vista geoestática, que objetos como los cometas varíen su velocidad de subluminal a superluminal y viceversa simplemente porque varía la distancia desde la Tierra. Los cometas pueden tener órbitas que los lleven a más de 1000 UA. La circunferencia de un círculo con un radio de 1000 AU es mayor que un día luz. En otras palabras, un cometa a tal distancia es superlumínico en un marco geostático y, por lo tanto, no inercial.

Puntos de luz y sombras

Si un rayo láser se barre a través de un objeto distante, el punto de luz láser puede moverse fácilmente a través del objeto a una velocidad superior a c. De manera similar, se puede hacer que una sombra proyectada sobre un objeto distante se mueva a través del objeto más rápido que c. En ningún caso la luz viaja desde la fuente al objeto más rápido que c, ni ninguna información viaja más rápido que la luz.

Velocidades de cierre

La velocidad a la que dos objetos en movimiento en un solo marco de referencia se acercan se denomina velocidad mutua o de cierre. Esto puede acercarse al doble de la velocidad de la luz, como en el caso de dos partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz en direcciones opuestas con respecto al marco de referencia.

Imagínese dos partículas que se mueven rápidamente acercándose desde lados opuestos de un acelerador de partículas del tipo colisionador. La velocidad de cierre sería la velocidad a la que disminuye la distancia entre las dos partículas. Desde el punto de vista de un observador en reposo con respecto al acelerador, esta velocidad será ligeramente inferior al doble de la velocidad de la luz.

La relatividad especial no prohíbe esto. Nos dice que es incorrecto utilizar la relatividad galileana para calcular la velocidad de una de las partículas, tal como la mediría un observador que viaja junto a la otra partícula. Es decir, la relatividad especial proporciona la fórmula de suma de velocidad correcta para calcular dicha velocidad relativa.

Es instructivo calcular la velocidad relativa de las partículas que se mueven a v y −v en el marco del acelerador, que corresponde a la velocidad de cierre de 2v > c. Expresando las velocidades en unidades de c, β = v/c:

β β rel=β β +β β 1+β β 2=2β β 1+β β 2≤ ≤ 1.{displaystyle beta _{text{rel}={frac {beta +beta #{1+beta ^{2}={2beta ^{2}leq 1.}

Velocidades adecuadas

Si una nave espacial viaja a un planeta a un año luz (medido en el marco de reposo de la Tierra) de distancia de la Tierra a alta velocidad, el tiempo necesario para llegar a ese planeta podría ser inferior a un año, según lo medido por el reloj del viajero (aunque siempre será más de un año medido por un reloj en la Tierra). El valor obtenido al dividir la distancia recorrida, determinada en el marco de la Tierra, por el tiempo empleado, medido por el reloj del viajero, se conoce como rapidez propia o velocidad propia. No hay límite en el valor de una velocidad adecuada, ya que una velocidad adecuada no representa una velocidad medida en un solo marco inercial. Una señal luminosa que saliera de la Tierra al mismo tiempo que el viajero siempre llegaría a su destino antes que el viajero.

Posible distancia de la Tierra

Dado que uno no puede viajar más rápido que la luz, uno podría concluir que un humano nunca puede viajar más lejos de la Tierra que 40 años luz si el viajero está activo entre los 20 y los 60 años. Entonces, un viajero nunca podría para llegar a más de los pocos sistemas estelares que existen dentro del límite de 20 a 40 años luz de la Tierra. Esta es una conclusión errónea: debido a la dilatación del tiempo, el viajero puede recorrer miles de años luz durante sus 40 años activos. Si la nave espacial acelera a una constante de 1 g (en su propio marco de referencia cambiante), alcanzará, después de 354 días, velocidades un poco por debajo de la velocidad de la luz (para un observador en la Tierra), y la dilatación del tiempo aumentará el viajero. #39;vida útil a miles de años terrestres, vista desde el sistema de referencia del Sistema Solar ⁠— pero la vida útil subjetiva del viajero no cambiará por ello. Si luego regresaran a la Tierra, el viajero llegaría a la Tierra miles de años en el futuro. Su velocidad de viaje no se habría observado desde la Tierra como supraluminal ⁠— tampoco parecería ser así desde la perspectiva del viajero— pero el viajero habría experimentado una contracción de longitud del universo en su dirección de viaje. Después de que el viajero cambia de rumbo, la Tierra parecerá experimentar mucho más tiempo que el viajero. Entonces, mientras que la velocidad coordinada (ordinaria) del viajero no puede exceder c, su velocidad adecuada, o la distancia recorrida desde el punto de referencia de la Tierra dividida por el tiempo adecuado, puede ser mucho mayor. que c. Esto se ve en estudios estadísticos de muones que viajan mucho más lejos que c veces su vida media (en reposo), si viajan cerca de c.

Velocidades de fase por encima de c

La velocidad de fase de una onda electromagnética, cuando viaja a través de un medio, puede exceder rutinariamente a c, la velocidad del vacío de la luz. Por ejemplo, esto ocurre en la mayoría de los anteojos a frecuencias de rayos X. Sin embargo, la velocidad de fase de una onda corresponde a la velocidad de propagación de una componente teórica de una sola frecuencia (puramente monocromática) de la onda a esa frecuencia. Tal componente de onda debe ser infinita en extensión y de amplitud constante (de lo contrario, no es realmente monocromática) y, por lo tanto, no puede transmitir ninguna información. Por tanto, una velocidad de fase superior a c no implica la propagación de señales con una velocidad superior a c.

Velocidades de grupo por encima de c

La velocidad de grupo de una onda también puede exceder c en algunas circunstancias. En tales casos, que típicamente implican al mismo tiempo una rápida atenuación de la intensidad, el máximo de la envolvente de un pulso puede viajar con una velocidad superior a c. Sin embargo, incluso esta situación no implica la propagación de señales con una velocidad superior a c, aunque uno puede verse tentado a asociar máximos de pulso con señales. Se ha demostrado que esta última asociación es engañosa, porque la información sobre la llegada de un pulso se puede obtener antes de que llegue el pulso máximo. Por ejemplo, si algún mecanismo permite la transmisión completa de la parte delantera de un pulso mientras atenúa fuertemente el máximo del pulso y todo lo que está detrás (distorsión), el máximo del pulso se desplaza efectivamente hacia adelante en el tiempo, mientras que la información del pulso no llega más rápido. que c sin este efecto. Sin embargo, la velocidad de grupo puede exceder c en algunas partes de un haz gaussiano en el vacío (sin atenuación). La difracción hace que el pico del pulso se propague más rápido, mientras que la potencia general no lo hace.

Expansión universal

La expansión del universo hace que las galaxias distantes se alejen de nosotros más rápido que la velocidad de la luz, si se utilizan la distancia y el tiempo cosmológico adecuados para calcular las velocidades de estas galaxias. Sin embargo, en la relatividad general, la velocidad es una noción local, por lo que la velocidad calculada usando coordenadas comovivas no tiene una relación simple con la velocidad calculada localmente. (Consulte Comovaje y distancias adecuadas para una discusión de las diferentes nociones de "velocidad" en cosmología). Reglas que se aplican a las velocidades relativas en la relatividad especial, como la regla de que las velocidades relativas no pueden aumentar más allá de la velocidad de la luz, no se aplican a velocidades relativas en coordenadas de comovimiento, que a menudo se describen en términos de "expansión del espacio" entre galaxias. Se cree que esta tasa de expansión alcanzó su punto máximo durante la época inflacionaria que se cree que ocurrió en una pequeña fracción de segundo después del Big Bang (los modelos sugieren que el período habría sido de alrededor de 10⁻³⁶ segundos después del Big Bang a alrededor de 10⁻³³ segundos), cuando el universo puede haberse expandido rápidamente en un factor de alrededor de 10²⁰ a 10³⁰.

Hay muchas galaxias visibles en telescopios con números de desplazamiento al rojo de 1,4 o más. Todos estos se están alejando actualmente de nosotros a velocidades mayores que la velocidad de la luz. Debido a que el parámetro de Hubble está disminuyendo con el tiempo, en realidad puede haber casos en los que una galaxia que se aleja de nosotros más rápido que la luz logra emitir una señal que eventualmente nos alcanza.

Sin embargo, debido a que la expansión del universo se está acelerando, se proyecta que la mayoría de las galaxias eventualmente cruzarán un tipo de horizonte de eventos cosmológico donde cualquier luz que emitan más allá de ese punto nunca podrá alcanzarnos en ningún momento en el infinito. futuro, porque la luz nunca llega a un punto en el que su "velocidad peculiar" hacia nosotros excede la velocidad de expansión lejos de nosotros (estas dos nociones de velocidad también se discuten en Comoving y distancias propias # Usos de la distancia propia). La distancia actual a este horizonte de eventos cosmológicos es de aproximadamente 16 mil millones de años luz, lo que significa que una señal de un evento que sucede en el presente eventualmente podría llegar a nosotros en el futuro si el evento estuviera a menos de 16 mil millones de años luz de distancia, pero la señal nunca nos alcanzaría si el evento estuviera a más de 16 mil millones de años luz de distancia.

Observaciones astronómicas

Se observa un movimiento superlumínico aparente en muchas radiogalaxias, blazares, cuásares y, recientemente, también en microcuásares. El efecto fue predicho antes de que fuera observado por Martin Rees y puede explicarse como una ilusión óptica causada por el movimiento parcial del objeto en la dirección del observador, cuando los cálculos de velocidad suponen que no es así. El fenómeno no contradice la teoría de la relatividad especial. Los cálculos corregidos muestran que estos objetos tienen velocidades cercanas a la velocidad de la luz (en relación con nuestro marco de referencia). Son los primeros ejemplos de grandes cantidades de masa moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz. Los laboratorios terrestres solo han podido acelerar un pequeño número de partículas elementales a tales velocidades.

Mecánica cuántica

Ciertos fenómenos de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento cuántico, podrían dar la impresión superficial de permitir la comunicación de información más rápido que la luz. Según el teorema de no comunicación estos fenómenos no permiten una verdadera comunicación; solo permiten que dos observadores en diferentes lugares vean el mismo sistema simultáneamente, sin ninguna forma de controlar lo que ve cualquiera de ellos. El colapso de la función de onda puede verse como un epifenómeno de la decoherencia cuántica, que a su vez no es más que un efecto de la evolución temporal local subyacente de la función de onda de un sistema y todo su entorno. Dado que el comportamiento subyacente no viola la causalidad local ni permite la comunicación FTL, tampoco se derrumba el efecto adicional de la función de onda, ya sea real o aparente.

El principio de incertidumbre implica que los fotones individuales pueden viajar distancias cortas a velocidades un poco más rápidas (o más lentas) que c, incluso en el vacío; esta posibilidad debe tenerse en cuenta al enumerar los diagramas de Feynman para una interacción de partículas. Sin embargo, se demostró en 2011 que un solo fotón no puede viajar más rápido que c. En la mecánica cuántica, las partículas virtuales pueden viajar más rápido que la luz, y este fenómeno está relacionado con el hecho de que los efectos de campo estático (que están mediados por partículas virtuales en términos cuánticos) pueden viajar más rápido que la luz (consulte la sección sobre campos estáticos anterior). Sin embargo, macroscópicamente, estas fluctuaciones se promedian, de modo que los fotones viajan en línea recta a lo largo de distancias largas (es decir, no cuánticas) y, en promedio, viajan a la velocidad de la luz. Por lo tanto, esto no implica la posibilidad de transmisión de información superlumínica.

Ha habido varios informes en la prensa popular de experimentos sobre transmisión más rápida que la luz en óptica, la mayoría de las veces en el contexto de una especie de fenómeno de efecto túnel cuántico. Por lo general, tales informes tratan con una velocidad de fase o una velocidad de grupo más rápida que la velocidad de vacío de la luz. Sin embargo, como se indicó anteriormente, una velocidad de fase superlumínica no se puede utilizar para una transmisión de información más rápida que la luz.

Efecto Hartman

El efecto Hartman es el efecto de tunelización a través de una barrera donde el tiempo de tunelización tiende a ser constante para barreras grandes. Esto podría ser, por ejemplo, el espacio entre dos prismas. Cuando los prismas están en contacto, la luz pasa directamente, pero cuando hay un espacio, la luz se refracta. Existe una probabilidad distinta de cero de que el fotón haga un túnel a través del espacio en lugar de seguir el camino refractado. Para espacios grandes entre los prismas, el tiempo de tunelización se acerca a una constante y, por lo tanto, los fotones parecen haber cruzado con una velocidad superlumínica.

Sin embargo, el efecto Hartman en realidad no se puede usar para violar la relatividad al transmitir señales más rápido que c, porque el tiempo de tunelización "no debe vincularse a una velocidad ya que las ondas evanescentes no se propagan& #34;. Las ondas evanescentes en el efecto Hartman se deben a partículas virtuales y un campo estático que no se propaga, como se mencionó en las secciones anteriores para la gravedad y el electromagnetismo.

Efecto Casimiro

En física, la fuerza de Casimir-Polder es una fuerza física ejercida entre objetos separados debido a la resonancia de la energía del vacío en el espacio intermedio entre los objetos. Esto a veces se describe en términos de partículas virtuales que interactúan con los objetos, debido a la forma matemática de una posible forma de calcular la fuerza del efecto. Debido a que la intensidad de la fuerza disminuye rápidamente con la distancia, solo se puede medir cuando la distancia entre los objetos es extremadamente pequeña. Debido a que el efecto se debe a partículas virtuales que median un efecto de campo estático, está sujeto a los comentarios sobre campos estáticos discutidos anteriormente.

Paradoja EPR

La paradoja EPR se refiere a un famoso experimento mental de Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen que fue realizado experimentalmente por primera vez por Alain Aspect en 1981 y 1982 en el experimento Aspect. En este experimento, la medida del estado de uno de los sistemas cuánticos de un par entrelazado obliga aparentemente instantáneamente al otro sistema (que puede ser distante) a medirse en el estado complementario. Sin embargo, ninguna información puede transmitirse de esta manera; la respuesta a si la medida realmente afecta o no al otro sistema cuántico se reduce a qué interpretación de la mecánica cuántica se suscribe.

Un experimento realizado en 1997 por Nicolas Gisin ha demostrado correlaciones cuánticas no locales entre partículas separadas por más de 10 kilómetros. Pero como se señaló anteriormente, las correlaciones no locales que se ven en el entrelazamiento en realidad no se pueden usar para transmitir información clásica más rápido que la luz, por lo que se conserva la causalidad relativista. La situación es similar a compartir un lanzamiento de moneda sincronizado, donde la segunda persona que lanza su moneda siempre verá lo contrario de lo que ve la primera persona, pero ninguno tiene forma de saber si fue el primero o el segundo lanzador, sin comunicarse clásicamente.. Consulte el teorema de no comunicación para obtener más información. Un experimento de física cuántica de 2008 también realizado por Nicolas Gisin y sus colegas determinó que en cualquier teoría hipotética de variables ocultas no locales, la velocidad de la conexión cuántica no local (lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia" 34;) es al menos 10.000 veces la velocidad de la luz.

Borrador cuántico de elección retardada

El borrador cuántico de elección retardada es una versión de la paradoja EPR en la que la observación (o no) de la interferencia tras el paso de un fotón a través de un experimento de doble rendija depende de las condiciones de observación de un segundo fotón entrelazado con el primero. La característica de este experimento es que la observación del segundo fotón puede tener lugar en un momento posterior a la observación del primer fotón, lo que puede dar la impresión de que la medición de los últimos fotones "retroactivamente" determina si los primeros fotones muestran interferencia o no, aunque el patrón de interferencia solo se puede ver correlacionando las medidas de ambos miembros de cada par y, por lo tanto, no se puede observar hasta que se hayan medido ambos fotones, lo que garantiza que un experimentador observe solo los fotones que atraviesan la rendija no obtienen información sobre los otros fotones de manera FTL o hacia atrás en el tiempo.

Comunicación superlumínica

La comunicación más rápida que la luz es, según la relatividad, equivalente a viajar en el tiempo. Lo que medimos como la velocidad de la luz en el vacío (o casi vacío) es en realidad la constante física fundamental c. Esto significa que todos los observadores inerciales y, para la velocidad coordinada de la luz, los observadores no inerciales, independientemente de su velocidad relativa, siempre medirán partículas de masa cero, como fotones que viajan a c en el vacío. Este resultado significa que las mediciones de tiempo y velocidad en diferentes marcos ya no están relacionadas simplemente por cambios constantes, sino que están relacionadas por transformaciones de Poincaré. Estas transformaciones tienen implicaciones importantes:

• El impulso relativista de una partícula masiva aumentaría con velocidad de tal manera que a la velocidad de la luz un objeto tendría un impulso infinito.
• Para acelerar un objeto de masa de reposo no cero c requeriría tiempo infinito con cualquier aceleración finita, o aceleración infinita para una cantidad finita de tiempo.
• De cualquier manera, tal aceleración requiere energía infinita.
• Algunos observadores con moción relativa sub-luz discrepan sobre cuál ocurre primero de los dos eventos que se separan por un intervalo similar al espacio. En otras palabras, cualquier viaje que sea más rápido que la luz se verá como viajando hacia atrás en el tiempo en algunos otros, igualmente válidos, marcos de referencia, o necesidad de asumir la hipótesis especulativa de las posibles violaciones de Lorentz a una escala actualmente sin merecer (por ejemplo la escala Planck). Por lo tanto, cualquier teoría que permita "verdad" FTL también tiene que hacer frente a los viajes de tiempo y todas sus paradojas asociadas, o de otra manera asumir la invariancia de Lorentz como simetría de la naturaleza termodinámica estadística (de ahí una simetría rota en alguna escala actualmente sin merecer).
• En la relatividad especial la velocidad de coordenadas de la luz sólo está garantizada a ser c en un marco inercial; en un marco no inercial la velocidad de coordenadas puede ser diferente de c. En general la relatividad ningún sistema de coordenadas en una gran región de tiempo espacio curvado es "inercial", por lo que es permisible utilizar un sistema de coordenadas global donde los objetos viajan más rápido que c, pero en el barrio local de cualquier punto en el espacio curvado podemos definir un "marco inercial local" y la velocidad local de la luz será c en este marco, con objetos masivos que pasan por este vecindario local siempre teniendo una velocidad inferior a la c en el marco inercial local.

Justificaciones

Vacío de Casimir y tunelización cuántica

La relatividad especial postula que la velocidad de la luz en el vacío es invariable en marcos inerciales. Es decir, será el mismo desde cualquier marco de referencia que se mueva a una velocidad constante. Las ecuaciones no especifican ningún valor particular para la velocidad de la luz, que es una cantidad determinada experimentalmente para una unidad de longitud fija. Desde 1983, la unidad SI de longitud (el metro) se ha definido utilizando la velocidad de la luz.

La determinación experimental se ha realizado en vacío. Sin embargo, el vacío que conocemos no es el único vacío posible que puede existir. El vacío tiene asociada una energía, llamada simplemente energía del vacío, que quizás podría ser alterada en ciertos casos. Cuando se reduce la energía del vacío, se ha predicho que la propia luz irá más rápido que el valor estándar c. Esto se conoce como el efecto Scharnhorst. Tal vacío se puede producir juntando dos placas de metal perfectamente lisas en un espacio de diámetro casi atómico. Se llama vacío de Casimir. Los cálculos implican que la luz irá más rápido en ese vacío en una cantidad minúscula: un fotón que viaja entre dos placas que están separadas por 1 micrómetro aumentaría la velocidad del fotón en solo una parte en 10³⁶. En consecuencia, todavía no ha habido verificación experimental de la predicción. Un análisis reciente argumentó que el efecto Scharnhorst no se puede usar para enviar información hacia atrás en el tiempo con un solo juego de placas ya que las placas ' el marco de descanso definiría un "marco preferido" para señalización FTL. Sin embargo, con múltiples pares de placas en movimiento entre sí, los autores notaron que no tenían argumentos que pudieran "garantizar la ausencia total de violaciones de causalidad", e invocaron la conjetura de protección de la cronología especulativa de Hawking que sugiere que los bucles de retroalimentación de partículas virtuales crearían "singularidades incontrolables en la energía de tensión cuántica renormalizada". en el límite de cualquier máquina del tiempo potencial y, por lo tanto, requeriría una teoría de la gravedad cuántica para analizarla por completo. Otros autores argumentan que el análisis original de Scharnhorst, que parecía mostrar la posibilidad de señales más rápidas que c, involucraba aproximaciones que pueden ser incorrectas, por lo que no está claro si este efecto podría en realidad aumentar la velocidad de la señal en absoluto.

Los físicos Günter Nimtz y Alfons Stahlhofen, de la Universidad de Colonia, afirman haber violado la relatividad experimentalmente al transmitir fotones más rápido que la velocidad de la luz. Dicen que han llevado a cabo un experimento en el que los fotones de microondas, paquetes de luz de energía relativamente baja, viajaron 'instantáneamente'. entre un par de prismas que se habían movido hasta 3 pies (1 m) de distancia. Su experimento involucró un fenómeno óptico conocido como "modos evanescentes", y afirman que dado que los modos evanescentes tienen un número de onda imaginario, representan una "analogía matemática". a la tunelización cuántica. Nimtz también ha afirmado que "los modos evanescentes no se pueden describir completamente mediante las ecuaciones de Maxwell y que se debe tener en cuenta la mecánica cuántica". Otros científicos como Herbert G. Winful y Robert Helling han argumentado que, de hecho, no hay nada de mecánica cuántica en los experimentos de Nimtz, y que los resultados pueden predecirse por completo mediante las ecuaciones del electromagnetismo clásico (la ecuación de Maxwell). ecuaciones).

Nimtz dijo a la revista New Scientist: "Por el momento, esta es la única violación de la relatividad especial que conozco". Sin embargo, otros físicos dicen que este fenómeno no permite que la información se transmita más rápido que la luz. Aephraim Steinberg, un experto en óptica cuántica de la Universidad de Toronto, Canadá, usa la analogía de un tren que viaja de Chicago a Nueva York, pero deja vagones de tren desde la cola en cada estación a lo largo del camino, de modo que el centro de la -el tren principal que se encoge avanza en cada parada; de esta manera, la velocidad del centro del tren excede la velocidad de cualquiera de los vagones individuales.

Winful argumenta que la analogía del tren es una variante del "argumento de remodelación" para las velocidades de tunelización superlumínica, pero continúa diciendo que este argumento en realidad no está respaldado por experimentos o simulaciones, que en realidad muestran que el pulso transmitido tiene la misma longitud y forma que el pulso incidente. En cambio, Winful argumenta que el retraso del grupo en la tunelización no es en realidad el tiempo de tránsito del pulso (cuya longitud espacial debe ser mayor que la longitud de la barrera para que su espectro sea lo suficientemente estrecho como para permitir la tunelización), sino la vida útil de la energía almacenada en una onda estacionaria que se forma dentro de la barrera. Dado que la energía almacenada en la barrera es menor que la energía almacenada en una región libre de barreras de la misma longitud debido a la interferencia destructiva, el retraso de grupo para que la energía escape de la región de la barrera es más corto de lo que sería en el espacio libre, lo que según Winful es la explicación de la tunelización aparentemente superlumínica.

Varios autores han publicado artículos que cuestionan la afirmación de Nimtz de que sus experimentos violan la causalidad de Einstein, y hay muchos otros artículos en la literatura que analizan por qué no se cree que los túneles cuánticos violen la causalidad.

Más tarde, Eckle et al. afirmó que la formación de túneles de partículas sí ocurre en tiempo real cero. Sus pruebas involucraron electrones de tunelización, donde el grupo argumentó que una predicción relativista para el tiempo de tunelización debería ser de 500 a 600 attosegundos (un attosegundo es una trillonésima parte (10⁻¹⁸) de un segundo). Todo lo que se pudo medir fue de 24 attosegundos, que es el límite de la precisión de la prueba. Una vez más, sin embargo, otros físicos creen que los experimentos de túneles en los que las partículas parecen pasar tiempos anómalamente cortos dentro de la barrera son, de hecho, totalmente compatibles con la relatividad, aunque hay desacuerdo sobre si la explicación implica la remodelación del paquete de ondas u otros efectos.

Renunciar a la relatividad (absoluta)

Debido al sólido apoyo empírico de la relatividad especial, cualquier modificación de la misma debe ser necesariamente bastante sutil y difícil de medir. El intento más conocido es la relatividad doblemente especial, que postula que la longitud de Planck también es la misma en todos los marcos de referencia, y está asociado con el trabajo de Giovanni Amelino-Camelia y João Magueijo. Hay teorías especulativas que afirman que la inercia es producida por la masa combinada del universo (por ejemplo, el principio de Mach), lo que implica que el marco de reposo del universo podría ser preferido por las medidas convencionales de la Ley natural. Si se confirma, esto implicaría que la relatividad especial es una aproximación a una teoría más general, pero dado que la comparación relevante estaría (por definición) fuera del universo observable, es difícil imaginar (mucho menos construir) experimentos para probar esta hipótesis. A pesar de esta dificultad, se han propuesto tales experimentos.

Distorsión del espacio-tiempo

Aunque la teoría de la relatividad especial prohíbe que los objetos tengan una velocidad relativa mayor que la velocidad de la luz, y la relatividad general se reduce a la relatividad especial en un sentido local (en pequeñas regiones del espacio-tiempo donde la curvatura es insignificante), la relatividad general permite que el espacio entre objetos distantes para expandirse de tal manera que tengan una "velocidad de recesión" que excede la velocidad de la luz, y se cree que las galaxias que están a una distancia de más de 14 mil millones de años luz de nosotros hoy en día tienen una velocidad de recesión que es más rápida que la luz. Miguel Alcubierre teorizó que sería posible crear un motor warp, en el que una nave estaría encerrada en una "burbuja warp" donde el espacio en el frente de la burbuja se contrae rápidamente y el espacio en la parte posterior se expande rápidamente, con el resultado de que la burbuja puede llegar a un destino distante mucho más rápido que un rayo de luz que se mueve fuera de la burbuja, pero sin objetos dentro de la burbuja viajando localmente más rápido que la luz. Sin embargo, varias objeciones planteadas contra la unidad de Alcubierre parecen descartar la posibilidad de utilizarla de forma práctica. Otra posibilidad predicha por la relatividad general es el agujero de gusano atravesable, que podría crear un atajo entre puntos arbitrariamente distantes en el espacio. Al igual que con la unidad de Alcubierre, los viajeros que se mueven a través del agujero de gusano no se moverían localmente más rápido que la luz que viaja a través del agujero de gusano junto a ellos, pero podrían llegar a su destino (y regresar a su ubicación inicial) más rápido. que la luz que viaja fuera del agujero de gusano.

Gerald Cleaver y Richard Obousy, profesor y estudiante de la Universidad de Baylor, teorizaron que manipular las dimensiones extraespaciales de la teoría de cuerdas alrededor de una nave espacial con una cantidad extremadamente grande de energía crearía una "burbuja" eso podría hacer que la nave viajara más rápido que la velocidad de la luz. Para crear esta burbuja, los físicos creen que manipular la décima dimensión espacial alteraría la energía oscura en tres grandes dimensiones espaciales: alto, ancho y largo. Cleaver dijo que la energía oscura positiva es actualmente responsable de acelerar la tasa de expansión de nuestro universo a medida que pasa el tiempo.

Violación de la simetría de Lorentz

La posibilidad de que se viole la simetría de Lorentz se ha considerado seriamente en las últimas dos décadas, particularmente después del desarrollo de una teoría realista del campo efectivo que describe esta posible violación, la llamada extensión del modelo estándar. Este marco general ha permitido búsquedas experimentales mediante experimentos de rayos cósmicos de ultra alta energía y una amplia variedad de experimentos en gravedad, electrones, protones, neutrones, neutrinos, mesones y fotones. La ruptura de la rotación y la invariancia del impulso provocan una dependencia de la dirección en la teoría, así como una dependencia energética no convencional que introduce efectos novedosos, incluidas las oscilaciones de neutrinos que violan Lorentz y modificaciones en las relaciones de dispersión de diferentes especies de partículas, lo que naturalmente podría hacer que las partículas se muevan más rápido que la luz..

En algunos modelos de simetría rota de Lorentz, se postula que la simetría todavía está integrada en las leyes más fundamentales de la física, pero que la ruptura espontánea de la simetría de la invariancia de Lorentz poco después del Big Bang podría haber dejado una "reliquia" campo" en todo el universo que hace que las partículas se comporten de manera diferente dependiendo de su velocidad relativa al campo; sin embargo, también hay algunos modelos en los que la simetría de Lorentz se rompe de una manera más fundamental. Si la simetría de Lorentz puede dejar de ser una simetría fundamental en la escala de Planck o en alguna otra escala fundamental, es concebible que las partículas con una velocidad crítica diferente de la velocidad de la luz sean los constituyentes últimos de la materia.

En los modelos actuales de violación de la simetría de Lorentz, se espera que los parámetros fenomenológicos dependan de la energía. Por lo tanto, como se reconoce ampliamente, los límites de baja energía existentes no se pueden aplicar a los fenómenos de alta energía; sin embargo, muchas búsquedas de violaciones de Lorentz a altas energías se han llevado a cabo utilizando la extensión del modelo estándar. Se espera que la violación de la simetría de Lorentz se vuelva más fuerte a medida que uno se acerca a la escala fundamental.

Teorías superfluidas del vacío físico

En este enfoque, el vacío físico se ve como un superfluido cuántico que es esencialmente no relativista, mientras que la simetría de Lorentz no es una simetría exacta de la naturaleza, sino la descripción aproximada válida solo para las pequeñas fluctuaciones del fondo superfluido. En el marco de este enfoque, se propuso una teoría en la que se conjetura que el vacío físico es un líquido cuántico de Bose cuya función de onda del estado fundamental se describe mediante la ecuación logarítmica de Schrödinger. Se demostró que la interacción gravitacional relativista surge como el modo de excitación colectiva de pequeña amplitud, mientras que las partículas elementales relativistas pueden describirse mediante modos similares a partículas en el límite de momentos bajos. El hecho importante es que a velocidades muy altas, el comportamiento de los modos similares a partículas se vuelve distinto del relativista: pueden alcanzar el límite de velocidad de la luz con energía finita; además, la propagación más rápida que la luz es posible sin requerir que los objetos en movimiento tengan una masa imaginaria.

Resultados del vuelo de neutrinos FTL

Experimento MINOS

En 2007, la colaboración MINOS informó resultados que miden el tiempo de vuelo de neutrinos de 3 GeV que arrojan una velocidad superior a la de la luz en un significado de 1,8 sigma. Sin embargo, se consideró que esas medidas eran estadísticamente consistentes con los neutrinos que viajaban a la velocidad de la luz. Después de que los detectores del proyecto se actualizaran en 2012, MINOS corrigió su resultado inicial y encontró coincidencia con la velocidad de la luz. Se van a realizar más mediciones.

Anomalía de neutrinos en OPERA

El 22 de septiembre de 2011, una preimpresión de la Colaboración OPERA indicó la detección de neutrinos muónicos de 17 y 28 GeV, enviados a 730 kilómetros (454 millas) desde el CERN cerca de Ginebra, Suiza, hasta el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, viajando más rápido que luz por una cantidad relativa de 2.48×10⁻⁵ (aproximadamente 1 en 40.000), una estadística con una significación de 6,0 sigma. El 17 de noviembre de 2011, un segundo experimento de seguimiento realizado por científicos de OPERA confirmó sus resultados iniciales. Sin embargo, los científicos se mostraron escépticos acerca de los resultados de estos experimentos, cuya importancia fue cuestionada. En marzo de 2012, la colaboración ICARUS no pudo reproducir los resultados de OPERA con su equipo, detectando el tiempo de viaje de los neutrinos desde el CERN hasta el Laboratorio Nacional Gran Sasso indistinguible de la velocidad de la luz. Más tarde, el equipo de OPERA informó sobre dos fallas en la configuración de su equipo que habían causado errores muy por encima de su intervalo de confianza original: un cable de fibra óptica conectado incorrectamente, lo que provocó mediciones aparentemente más rápidas que la luz, y un oscilador de reloj que funcionaba demasiado rápido.

Taquiones

En relatividad especial, es imposible acelerar un objeto a la velocidad de la luz, o que un objeto masivo se mueva a la velocidad de la luz. Sin embargo, es posible que exista un objeto que siempre se mueva más rápido que la luz. Las hipotéticas partículas elementales con esta propiedad se denominan taquiones o partículas taquiónicas. Los intentos de cuantizarlos no lograron producir partículas más rápidas que la luz y, en cambio, ilustraron que su presencia conduce a una inestabilidad.

Varios teóricos han sugerido que el neutrino podría tener una naturaleza taquiónica, mientras que otros han cuestionado la posibilidad.

Relatividad general

La relatividad general se desarrolló después de la relatividad especial para incluir conceptos como la gravedad. Mantiene el principio de que ningún objeto puede acelerar a la velocidad de la luz en el marco de referencia de cualquier observador coincidente. Sin embargo, permite distorsiones en el espacio-tiempo que permiten que un objeto se mueva más rápido que la luz desde el punto de vista de un observador distante. Una de esas distorsiones es el impulso de Alcubierre, que se puede considerar que produce una onda en el espacio-tiempo que lleva consigo un objeto. Otro posible sistema es el agujero de gusano, que conecta dos lugares distantes como si fuera un atajo. Ambas distorsiones tendrían que crear una curvatura muy fuerte en una región muy localizada del espacio-tiempo y sus campos de gravedad serían inmensos. Para contrarrestar la naturaleza inestable y evitar que las distorsiones colapsen bajo su propio "peso", sería necesario introducir materia exótica hipotética o energía negativa.

La relatividad general también reconoce que cualquier medio de viaje más rápido que la luz también podría usarse para viajar en el tiempo. Esto plantea problemas de causalidad. Muchos físicos creen que los fenómenos anteriores son imposibles y que las futuras teorías de la gravedad los prohibirán. Una teoría establece que los agujeros de gusano estables son posibles, pero que cualquier intento de usar una red de agujeros de gusano para violar la causalidad resultaría en su descomposición. En la teoría de cuerdas, Eric G. Gimon y Petr Hořava han argumentado que en un universo Gödel de cinco dimensiones supersimétrico, las correcciones cuánticas a la relatividad general cortan efectivamente regiones del espacio-tiempo con curvas temporales cerradas que violan la causalidad. En particular, en la teoría cuántica está presente un supertubo manchado que corta el espacio-tiempo de tal manera que, aunque en el espacio-tiempo completo una curva temporal cerrada pasa por cada punto, no existen curvas completas en la región interior delimitada por el tubo.

En ficción y cultura popular

Los viajes FTL son un tropo común en la ciencia ficción.