¿Por qué la velocidad de la luz impide totalmente el intercambio instantáneo de información?

Basado en el enfoque clásico del cono de luz, es fácil ver que no puede transmitir información más rápido que C pero ¿por qué la velocidad de la luz (hasta donde yo sé) trata formalmente la transmisión de información de esta manera?

Por ejemplo, siguiendo la ruta de la ciencia ficción, en el universo Ender de Orson Scott Card, hay un dispositivo llamado ansible que parece describirse como una especie de dispositivo de estado acoplado: empareje dos dispositivos y, a medida que se separan, permanecen conectados. Los detalles probablemente no importen ya que esta es una pregunta hipotética. Con los ansibles, obviamente solo puedes mover los dispositivos sujetos a la física normal, por lo que si encuentras una colonia a 100 años luz de distancia, se necesitan (al menos) 100 años para llevar el ansible allí. Pero entonces, tienes comunicación.

¿Es posible en términos razonablemente simples (por ejemplo, de grado, pero no de posgrado) explicar por qué esto es fundamentalmente imposible, por qué la información no puede de ninguna manera violar el límite de velocidad de la luz, en lugar de que simplemente no podemos pensar en una manera? ¿para hacerlo?

¿Qué usarías para transmitir información? probablemente el "mensajero" más rápido que tienes
Eso quiere decir que la información no puede viajar FTL simplemente como corolario de que no puede encontrar nada para enviar físicamente FTL. Tengo entendido que la información se considera un "ciudadano de primera clase", por así decirlo, lo que hace que toda la discusión sobre los viajes de información FTL sea discutible.
Interesante artículo relacionado: en.wikipedia.org/wiki/Tachyonic_antitelephone
@ Phoenix87, el dispositivo ficticio del que habla transmite información más rápido que la luz mediante el uso de algún tipo de partículas enredadas que podrían manipularse sin romper el enredo; de tal manera que una partícula podría "menearse" y la otra instantáneamente haría lo mismo, permitiendo una especie de máquina de telégrafo más rápida que la luz. No se basa en fotones.
FWIW el ansible (ese nombre de todos modos) fue inventado por Ursula Le Guin. El nombre fue tomado por otros, incluido OSC.
@SteveJessop tiene razón: SciFi Citations (para el OED) tiene "ansible" cita más antigua 1966 Reino Unido Le Guin Rocannon's World 113 "Al observar las coordenadas en las que se configuró el remitente ansible, las cambió a las coordenadas de la base de encuestas League HILF para Área galáctica 8, en Kerguelen, en el planeta Nueva Georgia del Sur, las únicas coordenadas que conocía sin referencia a un manual".
Las comunicaciones más rápidas que la luz no son realmente imposibles. Es solo que cuando ocurre, los Señores del Tiempo llegan y usan algo llamativo para hacerte olvidar que sucedió.
@HotLicks ¿Es de ahí de donde los hombres de negro sacaron lo llamativo?
@ Jim - Lo olvidé.

Respuestas (5)

Lo de la velocidad de la luz C es que no es solo un número asociado con cierto tipo de partícula. Si bien podríamos hablar de la masa del protón , y no habría problema asumiendo que los no protones tuvieran masas mayores o menores, el valor C es una bestia completamente diferente.

C es una propiedad intrínseca del propio espaciotiempo, no de las partículas en el espaciotiempo. No esperaría que existiera nada (partícula, señal, información) que pudiera insertar en el espacio-tiempo con la propiedad "cambia la naturaleza del espacio-tiempo por sí mismo".

Lo anterior está destinado a socavar la línea de pensamiento "si es solo una propiedad de todo lo que hemos encontrado hasta ahora, no hemos descartado encontrar cosas sin esta propiedad".

Para una demostración más concreta de lo que sale mal cuando alteras la estructura del espacio-tiempo tal como la conocemos, échale un vistazo al "antiteléfono taquiónico" . Esto demuestra cómo cualquier comunicación abstracta más rápida que la luz conduce a violaciones de la causalidad observadas incluso por observadores que no son más rápidos que la luz.

Hay muchas variaciones en el experimento mental; aquí hay uno de ellos (con las matemáticas resueltas en el artículo vinculado): A se está alejando de B con velocidad v < C en B marco de referencia de . A envía un mensaje más rápido que la luz a B , quien responde de la misma manera con una respuesta. El problema es para suficientemente rápido (pero no más rápido que C !) velocidades v , A recibirá la respuesta antes de enviar el mensaje. Cualquier cosa más rápida que la luz engendra viajes en el tiempo.

Dado que se repite demasiado, con demasiada frecuencia, también contrarrestaré los argumentos del entrelazamiento cuántico aquí. El entrelazamiento cuántico no hace nada en el hipotético "¿por qué esto no puede comunicarse más rápido que la luz?" escenarios que no sean la garantía de que las dos partículas "colapsarán" al mismo estado (u opuesto, u ortogonal, o lo que sea) cuando se observe cualquiera de las dos. El único aspecto mecánico cuántico de todo esto es el hecho de que el eventual estado colapsado ni siquiera puede existir antes de la medición (no es una variable oculta).

Pero la correlación , la cosa en la que desea confiar para comunicarse más rápido que la luz, podría lograrse de manera completamente clásica. Tome una canica roja y una canica azul, póngalas en una bolsa y saque una al azar sin mirar. Guarda tu canica en una caja y entrégale la bolsa a otra persona, que tampoco tenga pico. Envía a la persona lejos. Luego, mira tu canica. Si es azul, instantáneamente sabes que la otra persona tiene rojo. Pero no transmitiste nada. Todo lo que hace la mecánica cuántica es determinar quién tiene qué canica no está predeterminado.

Esto no debería ser una sorpresa, porque las únicas nociones de espacio y tiempo en la mecánica cuántica son las del propio espacio-tiempo . La mecánica cuántica no viene equipada con una noción independiente de distancias. Entonces, cualquier estructura que tenga el espacio-tiempo se aplica a las cosas cuánticas tanto como a las canicas, las personas y las señales.

Todo lo que se dice aquí sigue siendo cierto incluso en la relatividad general, por cierto. Permitir que las cosas se muevan más rápido que C todavía conduce a violaciones de causalidad. Incluso envolviendo las cosas en una "burbuja warp" y moviéndola más rápido que C conduce a violaciones de la causalidad.

Eso suena muy convincente. Sin embargo, tal vez podría resultar que la estrella no estuviera realmente a 100 años luz de distancia debido a un agujero de gusano . Así que elegir otra ruta desde aquí hasta la estrella podría ser un atajo para que la distancia real sea sólo, por ejemplo, de 10 años luz. Sin embargo, mi comentario puede estar fuera de tema ya que usar un agujero de gusano no es "más rápido que la luz".
Ah, pero ¿y si has perdido la cabeza?
+1, buena respuesta. Solo quiero agregar un NB de que todo este asunto de la violación de la causalidad se basa en la noción de que no existe un marco de referencia privilegiado o universalmente preferido, que razonablemente creemos que es cierto. Si existiera tal marco de referencia, la violación de la causalidad se evitaría fácilmente restringiendo la medición de las velocidades FTL para que solo sean válidas en ese marco preferido.
Así como el entrelazamiento cuántico se malinterpreta para sugerir una comunicación más rápida que la luz (que usted abordó), también lo es el concepto de correlaciones de los calcetines de Bertlmann para explicar los fenómenos no clásicos del entrelazamiento cuántico. Es fundamentalmente más sutil que la analogía de la canica azul/roja, y me temo que dejarlo así es propagar el malentendido.
Como persona común, encuentro emocionante esta descripción del enredo. Es emocionante ya que presenta el sistema como inferencia de conocimiento, no como transferencia. No lo anticipé y me encanta.
@JiK "Pero la correlación ... podría lograrse de manera completamente clásica". Esto es falso, esté o no conectado con la oración anterior. Los estados entrelazados mecánicamente cuánticos logran correlaciones que simplemente no se pueden lograr de forma clásica. Una de mis presentaciones favoritas de esto es el artículo de Lev Vaidman en el que se explora el estado de Greenberger-Horne-Zeilinger con un juego.
@JiK Desafortunadamente, eso no es suficiente (lea todo el párrafo; está hablando específicamente de la mecánica cuántica). Esta es una caracterización errónea común del entrelazamiento cuántico que John Bell había discutido en su artículo de 1980 Los calcetines de Bertlmann y la naturaleza de la realidad .
El problema esencial con la descripción de la canica azul/roja del entrelazamiento cuántico es que no incorpora una elección de medida por parte de cada persona. Esto sería como restringir la dirección de giro o polarización en cada extremo de un experimento EPR a una sola dirección. En ese caso, el autor tendría razón en que las correlaciones observadas podrían lograrse de manera clásica. Sin embargo, una vez que uno permite elegir cómo medir su partícula, las correlaciones observadas no se pueden lograr de forma clásica. Esta es la caracterización errónea esencial.
¿Es correcto afirmar que "c" tiene poco o nada que ver con la velocidad de la "luz" (es la velocidad máxima del propio espacio-tiempo) o de la información contenida en él? La luz se mueve a una velocidad "infinita" (o máxima) dentro de un medio "finito". La materia (es decir, los fotones) se puede mover en "c"; la materia simplemente no se puede "acelerar" a "c". (Los fotones se "crean" moviéndose en "c" y, por lo tanto, no se "aceleran hacia él").

Una comunicación más rápida que la luz violaría la causalidad. Si la naturaleza permitiera de alguna manera la comunicación FTL, entonces podrías matar a alguien antes de disparar el arma, lo cual simplemente no tiene ningún sentido. Simplemente no puede hacer que algo que es causado por algún evento suceda antes de que ocurra el evento. En pocas palabras, la comunicación FTL da lugar a paradojas.

" Simplemente no puedes hacer que algo que es causado por algún evento suceda antes de que ocurra el evento " - ¡tú no lo sabes! Violar la causalidad no hace algo imposible. La noción misma de "imposibilidad" va en contra de la filosofía de la investigación científica. Solo un pensamiento.
No creo que la analogía del arma sea útil aquí. ¿Cómo el envío de información pura FTL me permitiría matar a alguien antes de disparar un arma?
@quant Comprensible y justificado. ¡Pero! Toda la física moderna se basa en estos principios por una razón. Tan pronto como considera la comunicación FTL, surgen paradojas entre los marcos de referencia y no podemos tener eso. ¿Consideraría posible la violación de energía en un marco cuando en un marco diferente se conserva la energía? ¿Pueden las leyes de la física contradecirse entre sí entre marcos de referencia? Consulte el enlace anterior de Cole, por cierto, ofrece un buen ejemplo de cómo se viola la causalidad.
@ Mr.Boy, el enlace de arriba tiene una buena descripción de un ejemplo similar.
@PhotonicBoom Me gusta ver las contradicciones como algo que simplemente rompe nuestra comprensión del universo. Si el mundo es plano, seguir recto y terminar donde empezaste se reduce a una paradoja, como si la primera ley de la termodinámica se cumpliera, entonces el movimiento perpetuo es imposible. Todas las nociones de ley y verdad descansan sobre un lecho rocoso de preposiciones. Creo que la tuya es una buena respuesta, ¡simplemente estoy jugando al abogado del diablo! ¿Pueden las leyes de la física contradecirse entre sí? No, por definición. Pero la realidad no está sujeta al capricho de nuestras leyes físicas, y cuando se descubre que se contradicen, deben cambiarse.
@quant Hay una razón simple por la que las violaciones de la causalidad se consideran imposibles: suponga que puede enviar un mensaje en el tiempo. Puede construir una máquina que espere 10 segundos por un mensaje, luego espere 5 segundos y luego se envíe un mensaje a sí misma 10 segundos en el pasado. Envía el mensaje A si recibe el mensaje B y envía el mensaje B si recibe el mensaje A de sí mismo o no recibe ningún mensaje. Enciende la máquina y tienes una paradoja. El único resultado posible es que cada una de esas máquinas falle coincidentemente, bajo todas las circunstancias externas posibles, solo para evitar la paradoja.
@Cory Tengo problemas para conectar el escenario con "el único resultado posible". "La paradoja" que parece sugerir es que solo puede recibir el Mensaje A o el B. ¿Qué sucede si se devuelven ambos o ninguno? Sabría que es posible viajar en el tiempo si recibe ambos, pero si no recibe ninguno, no sabe si los mensajes se envían a otro espacio-tiempo o si la máquina simplemente no funciona. ( ¿Teoría de múltiples versos? )
@DoubleDouble Debería ser más claro: se permite enviar como máximo un mensaje. Si se recibe un mensaje, siempre se envía un mensaje diferente. Si no se envía ningún mensaje, se envía un mensaje. Suponiendo que el dispositivo funcione correctamente, tiene una paradoja.
@DoubleDouble En cuanto a la idea de mundos múltiples, esta no es una comunicación en el tiempo en un sentido significativo. Es simplemente comunicación con un sistema físico diferente que tiene algunas similitudes con estados anteriores de este sistema.
@DoubleDouble El ejemplo de la paradoja es más simple si, en cambio, imagina una máquina que envía un mensaje al pasado si y solo si no recibió ningún mensaje del futuro. Entonces solo hay un mensaje posible, y enviarlo significa que no se enviará, mientras que no enviarlo significa que se enviará. Mientras esta máquina simple funcione según lo diseñado, no hay resultado posible. O una máquina de este tipo siempre debe fallar en operar según lo diseñado, o una máquina no puede diseñarse para enviarse mensajes a sí misma en el pasado. Es solo una paradoja del abuelo resumida.

Un principio que sería violado es la causalidad. Solo mirando las cosas desde un solo marco (como aquí en la tierra), no hay ningún problema aparente. Pero tan pronto como examinas las cosas en otros marcos, se complica.

Una vez que permite viajar más rápido que C en un marco, es posible construir una serie de mensajes, cada uno de los cuales viaja en el tiempo en algún marco particular, pero donde el mensaje final llega al transmisor antes del momento en que envía el mensaje.

Aquí hay un sitio con algunos buenos diagramas de Minkowski para ello. http://www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html

La información tiene que ser transmitida por algo. Las leyes de la física establecen que la velocidad máxima a la que cualquier cosa puede moverse es la velocidad de la luz, lo que parece ser una propiedad fundamental del universo. Entonces, si podemos encontrar algo que pueda viajar más rápido que la luz, entonces sería posible transmitir información más rápido, pero hasta entonces estamos limitados a la velocidad de la luz. [editado para eliminar la sugerencia dudosa de que el entrelazamiento cuántico podría permitir una transmisión de información más rápida que la luz].

Entonces, si existiera tal mecanismo hipotético, ¿no violaría ninguna ley? Supongo que eso es lo que realmente estoy preguntando: ¿la transmisión de información FTL viola la relatividad especial o es solo un efecto secundario de SR que no podemos encontrar una manera de hacer la transmisión?
En el contexto de la relatividad especial, según tengo entendido, el viaje FTL de cualquier cosa lo violaría. No creo que la información sea tratada de manera diferente. Por lo tanto, la información que viaja FTL violaría la relatividad especial. Supongo que la pregunta es, en el futuro, ¿podemos encontrar algo fuera del alcance de la relatividad especial que permita la transmisión de información FTL (por ejemplo, efectos cuánticos)?
@ Mr.Boy, sí, tal mecanismo violaría la causalidad. Si puede transmitir información más rápido que la luz en un marco de referencia, entonces puede encontrar otro marco donde los mensajes lleguen antes de que el transmisor los envíe. Esto no puede suceder cuando C es la velocidad más rápida para la transferencia de información.
@ Chris White: Ok, gracias por aclararme eso. Editaré mi respuesta para eliminar la sugerencia nefasta.
@BowlOfRed Creo que esa podría ser la raíz de la respuesta que estoy buscando. ¿Considerarías escribir eso como una respuesta completa?
@ Time4Tea No hay indicios de que el entrelazamiento cuántico pueda transmitir información, de hecho, se ha demostrado que no puede.
@SeñorO en ese punto, si cambia el estado de los miembros de un sistema entrelazado, ¿no sería cierto que el estado cambiaría instantáneamente en el miembro de par entrelazado apropiado? Si estuviera tan inclinado, configurar una matriz de puntos de estados entrelazados, que posteriormente colapsaría en un patrón, daría como resultado una transferencia de información efectiva a través del colapso instantáneo del estado en virtud de cómo se configura, pensando en términos básicos ?
@MyStream: Creo que lo que están diciendo es que no se puede elegir en qué estado colapsa cada partícula (es decir, para crear un patrón), por lo que aunque el efecto de cada colapso es instantáneo, no se transmite información.

Un buen enfoque para comprender es la consideración de los dos componentes de c, la permitividad y la permeabilidad del vacío. Son dos constantes del espacio, y ya por su nombre entendemos que es una propiedad física/un límite físico del espacio el no transmitir ninguna radiación más rápido que con la velocidad de la luz.

El hipotético tiempo propio de los fotones es cero, porque desde su hipotético punto de vista no están participando del espacio-tiempo, su diagrama de Minkowski quedaría reducido a un punto adimensional. En este sentido se podría decir que la información se transmite inmediatamente, pero esta es una consideración que no tiene en cuenta el espacio-tiempo en el que vivimos como observadores. De la misma manera que existe una ley fundamental (el segundo postulado SR) de que la velocidad de la luz no se puede observar más rápido que c, no hay forma de que los observadores del espacio-tiempo obtengan información más rápido que a la velocidad de la luz.

¿Por qué la velocidad de la luz impide totalmente el intercambio instantáneo de información?
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