El frisbee taquiónico

Quizá la mayoría aún recuerde aquellos «platillos» de plástico llamados Frisbee con que nos divertíamos hace años al lanzarlos entre dos (o más) personas, y que actualmente casi han desaparecido completamente.

Pues hoy vamos a rememorar dichos lanzamientos, pero con un frisbee algo especial: el nuestro no irá a una velocidad «razonable», sino que viajará más rápido que la luz (a más de 300.000 km/s).

La física subyacente

Antes de divertirnos con el frisbee, conviene comentar dos cosas.
Primero, que a poca física que conozcamos, sabemos que nada puede viajar a más velocidad que la luz. Y si es un objeto que tiene masa, ni siquiera podrá llegar a igualar esta velocidad (la luz no tiene masa, por lo que sí viaja a dicha velocidad).
Por esta razón ya podemos eliminar la ilusión o teorías conspiradoras de que un objeto así haya sido o vaya a poder ser construido algún día (qué dura es la vida…).

Y segundo, os preguntaréis por qué le he llamado «frisbee taquiónico» en el título. Esto se debe a que en la Teoría de Cuerdas, de la que la mayoría ya, al menos, habrá oído hablar alguna vez (y seguramente que de una forma horrorosa que no transmite absolutamente nada de cierto, que es lo que suele pasar en los documentales o programas donde se habla de estos temas), tal y como se formuló inicialmente, traía varias inconsistencias que hacían que fuera una teoría sin sentido.
Siendo una de las predicciones que hacía, la existencia de una partícula, el taquión, que viajaba a más velocidad que la luz (lo que implicaba a su vez un gran número de comportamientos «raros»).
Y por semejanza, esta es la razón por la que le nombramos como frisbee taquiónico.

Lanzamiento del frisbee y ¡oh sorpresa!

Después de esta introducción, llega la hora de lanzar nuestro frisbee para que le reciba nuestro incauto amigo que está delante nuestro.
Olvidando los detalles de cómo nuestro brazo puede acelerar (o recibir) el frisbee hasta una velocidad mayor que la vel. de la luz, lanzamos el frisbee sin mayor problema, observando cómo se aleja con una dirección directa a la mano de nuestro amigo, que le recoge sin ningún problema, aunque con una expresión rara en su cara… En definitiva, buen lanzamiento.

Sin embargo, la imagen que ve nuestro amigo es bien distinta, lo que explica su cara.
Suponiendo que antes de nuestro lanzamiento ya está con la «pose» de recibir el frisbee y la mano semiabierta para recogerlo, analicemos detalladamente lo que observa:

Primero, verá cómo nos preparamos para lanzarlo, pero justo en ese momento, antes de que todavía le hayamos soltado de las manos, él nota algo duro en su mano (y no penséis mal…), y al mirar lo ve: ¡¡¡el frisbee!!!.
Ha llegado a su mano antes de que (según él) saliera de nuestras manos!.

A continuación lo que ve es, si cabe, aún más extraño: ve cómo, a pesar de que sigue teniendo el frisbee en su mano en todo momento, éste (o su «doble», como podría llegar a pensar) se aleja hasta llegar a nuestras manos, momento en el que observa nuestro lanzamiento.

Explicación

Sin duda, todo lo observado podría conducir a nuestro amigo directamente al manicomio, aunque, como siempre, hay una explicación «sencilla» a lo que ha visto (y que no requiere de OVNI’s o abducciones).

Para comenzar, es necesario repasar la idea de por qué vemos al frisbee (o cualquier objeto) con nuestros ojos. Realmente, lo que vemos es la luz que emite (refleja, más correctamente) el frisbee. Y esta luz, viaja a unos 300.000km/s (algo más lento si estamos en un medio más denso, como el agua o similar, pero para el caso no nos incumbe) hasta llegar a nuestros ojos, que es cuando decimos que «hemos visto el frisbee».

Por supuesto, debido a la velocidad tan grande a la que viaja la luz, en una distancia como la que nos separa de nuestro amigo podemos decir que dicha velocidad es prácticamente infinita. Es decir, la luz llega instantáneamente a nuestros ojos.
Pero esto no se puede aplicar en el caso de estar jugando con un frisbee que va a mayor velocidad que ésta…

En este caso, mientras el frisbee está en el aire, emitirá su luz tanto hacia atrás como hacia delante. Pero la que emite hacia nuestro amigo (delante), se ve superada por el propio frisbee un instante después, debido a que va más rápido.

Así, esta luz, emitida por el frisbee cuando fue lanzado (rayo 1 en el dibujo de abajo) llegará más tarde que el propio frisbee a la mano de nuestro amigo. Así que para él, sucede antes la llegada del frisbee que su lanzamiento (ya que el lanzamiento para él es vernos a nosotros lanzarlo).

A su vez, podemos ver que el primer rayo de luz que verá del frisbee será el emitido justo antes de cogerlo con la mano (3 en el dibujo), y a continuación llegarán los rayos de cuando el frisbee estaba a mitad de camino (2) y el lanzamiento (1).

Por esa razón, lo que vería es cómo el frisbee (o mejor dicho su luz, o imagen) parte de su mano hasta ser lanzado, en orden inverso a lo «habitual».
Claro que debido a lo rápido que viaja la luz, esta diferencia entre la llegada de (3) y de (1) es inapreciable para él, por lo que verá prácticamente todo el recorrido del frisbee a la vez.

Aunque por supuesto, el lanzamiento «real» ha tenido lugar antes que la llegada del frisbee a su mano (esto también se puede entender debido a que por muy rápido que haya viajado, el frisbee siempre tarda algo de tiempo en llegar a su destino), pese a que para nuestro amigo haya sucedido al revés.
Y tampoco es que esté equivocado o vea mal, la experiencia que nos cuenta es totalmente cierta y coherente con lo que vemos nosotros (solo que hay que tener en cuenta la velocidad a la que ha ido el frisbee…).

Así que superada la sorpresa y entendido el efecto… ya estamos preparados para realizar más lanzamientos. Eso sí, cuidado de no lanzar a la cara porque nuestro compañero no lo verá venir…

Idea original vista hace un tiempo en GenCiencia.

Subámonos a una moto relativista…

Después de estos días sin escribir nada, intentaré hacer una entrada sobre uno de mis temas predilectos: la Teoría de la Relatividad. Para ello, vamos a dar una vueltecita en moto…(tranquilos, solo mentalmente y con casco) aunque eso sí, rebasando el límite de velocidad y acercándonos a la velocidad de la luz, de forma que la excusa de «me salté el semáforo porque para mí estaba en verde» sea cierta (los que no sepan a qué me refiero, espero que después de leer la entrada lo entiendan).

Para salir de estos días grises y lluviosos (al menos por Cantabria), supongamos que nos encontramos en el portal de casa, junto a cualquier persona (amigo, novia,…) de un día de verano.
Ahora ya estamos listos para dar nuestra vueltecita, dejando a nuestros amigos por unos minutos.

Así, que aceleramos y nos metemos por una calle sin mucho tráfico. De momento vemos todo normal (saludamos al vecino cotilla, esquivamos el gato…), ya que vamos a una velocidad moderada.

Pero ahora aumentamos nuestra velocidad, hasta un décimo de la velocidad de la luz (unos 30.000 km/s, casi 2 millones de kilómetros por hora). ¿Qué ocurre? Pues comenzamos a notar que las cosas que tenemos enfrente toman un ligero color azulado, aunque apenas es apreciable. En esto que miramos por el espejo retrovisor, y vemos que las cosas que dejamos hacia atrás toman, en cambio, un tono colorado, aunque también bastante suave.

Aquí es cuando comenzamos a ver que «algo pasa», y es que debido a que viajamos a una velocidad cercana a la de la luz, observamos el efecto Doppler para la luz (el del sonido le observamos todos los días cuando un coche nos pasa rápidamente: cuando se acerca oímos un tono más agudo, para la luz esto es más azul, y cuando se aleja un tono más bajo, el análogo del rojo en la luz).

Sin embargo, todavía queda lo mejor: ahora aumentamos nuestra velocidad hasta un 99.99% la de la luz, unos 300.000 km/s. Ahora es cuando nuestro conductor siente el miedo en sus ojos.
Lo primero que vemos es que nuestra visión se ha ido reduciendo hasta lo que tenemos inmediatamente delante. Por los laterales hemos ido dejando de ver el paisaje, y toda nuestra visión se ha ido acumulando delante nuestro, además de adquirir un tono azul intenso.
Por supuesto, si miramos hacia atrás observamos el mismo efecto, solo que todo con un tono rojo.

Lo de no ver por los laterales se debe a un efecto similar a cuando llueve y vamos a gran velocidad (en un coche vale, que hablando de la velocidad de la luz podría parecer que necesitábamos un cohete), que observamos como aparentemente todas las gotas vienen desde enfrente, y por los costados no caen apenas.

Aunque todavía queda una última sorpresita. Después de dar esta vueltecita de unos minutos, volvemos a nuestro portal a reencontrarnos con nuestros amigos.
Sin embargo, lo que nos encontramos es a unos pacientes ancianos. Pero fijándonos más detenidamente, vemos que son nuestros amigos, solo que con unos 40 años más encima.
Y esta es la otra consecuencia de la relatividad. Al ir a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo para nosotros pasa más despacio que para alguien que viaja más lento, y por lo tanto, lo que ha sido un viaje de varios minutos para nosotros, ha sido un viaje de muchos años para nuestros amigos.

PD: claramente, no he tenido en cuenta ni las aceleraciones que ha experimentado el motorista, ni cómo consigue esa moto alcanzar esas velocidades, ni cómo puede esquivar los coches o qué ha pasado durante todos esos años.

La idea original se encuentra en uno de los maravillosos capítulos de la serie Cosmos de Carl Sagan.