Einstein originalmente pensó que la relatividad especial se trataba de la luz y de cómo siempre viajaba a la misma velocidad. Hoy en día, pensamos que la relatividad especial se trata de la idea de que existe un límite de velocidad universal en la transferencia de información (y los experimentos nos dicen que los fotones, los cuantos de luz, se mueven con la mayor velocidad, ).
Pero, ¿y si mañana observamos una partícula que viaja con una velocidad ? ¿Qué cambios habría que hacer a la relatividad especial?
Si (y eso es un gran si) mañana tuviéramos un detección en un experimento repetible de una partícula que viajó más rápido que , entonces una de varias cosas sería cierta.
1) Nos veríamos obligados a concluir que no es, de hecho, la velocidad limitante de la transferencia de información; todo lo que se base en esta suposición tendría que ser descartado (prácticamente toda la física a nivel de investigación); y tendríamos que volver a empezar a desarrollar incluso las matemáticas que nos permitan empezar a redescribir el universo.
2) Nos veríamos obligados a concluir que no es la velocidad limitante de la transferencia de información; asumiríamos que la relatividad especial y todo lo que se basa en ella es la teoría efectiva de caso especial de leyes y comportamientos físicos mucho más amplios; y tendríamos que encontrar una forma de modificar la relatividad (y básicamente todo lo que se basa en ella) para que pueda causalmente permitir que esta partícula exista y, sin embargo, tener todo lo demás que vemos básicamente operando bajo la idea de que es la velocidad máxima.
3) Encontramos una manera de usar esta partícula para comunicarnos con el pasado y el futuro, viajar más rápido que la luz y luego ir a casa todas las noches y reírnos de Einstein.
4) Realizamos el experimento miles de veces en diferentes laboratorios, encontramos el mismo resultado, luego regresamos y descubrimos que había una falla fundamental en la teoría. Una vez que se corrige la falla, vemos que en realidad no estamos observando una partícula superlumínica.
5) También descubrimos cerdos voladores, movimiento perpetuo, y que realmente podemos creer que no es mantequilla. Entonces me despierto de mi pesadilla.
Mi dinero está en (4) con (2) siendo un segundo cercano (aunque (5) ha sucedido antes).
Nota: Esta respuesta asume que la velocidad se hace referencia a la velocidad máxima supuesta; la velocidad de una partícula sin masa en el vacío. Es por eso que no incluí una opción de "determinamos que el fotón no tiene masa y luego tenemos que cambiar EM".
Pero, ¿y si mañana observamos una partícula X que viaja con una velocidad V>c?
Habríamos hecho la primera observación de un taquión .
En la relatividad especial, una partícula más rápida que la luz tendría cuatro impulsos similares al espacio, en contraste con las partículas ordinarias que tienen cuatro impulsos similares al tiempo. También tendría una masa imaginaria. Al estar limitado a la parte espacial del gráfico de energía-momento, no podía reducir la velocidad a velocidades sublumínicas.
Me gustaría continuar con la respuesta ya completa de Jims Bond . Supongamos que tuviéramos una prueba concluyente de nuestra observación de un y que hemos descartado la alternativa (5) de la respuesta de Jim. Estoy de acuerdo con Jim en que la siguiente alternativa más probable de Jim es:
2) Nos veríamos obligados a concluir que no es la velocidad limitante de la transferencia de información; asumiríamos que la relatividad especial y todo lo que se basa en ella es la teoría efectiva de caso especial de leyes y comportamientos físicos mucho más amplios; y tendríamos que encontrar una forma de modificar la relatividad (y básicamente todo lo que se basa en ella) para que pueda causalmente permitir que esta partícula exista y, sin embargo, tener todo lo demás que vemos básicamente operando bajo la idea de que es la velocidad máxima.
Antes de hacer esto, la primera pregunta que haría y la primera prueba que estaría contemplando es cómo funciona nuestro observado transformar entre diferentes observadores inerciales ? Tal vez la ley de transformación se prueba y se encuentra que es la prevista por la transformación de Lorentz. Es perfectamente posible y, de hecho, debería pensar en el resultado más probable. Esto significa que algunos observadores verán que la partícula viaja hacia atrás. Esto significaría que las transformaciones y la cinemática de la relatividad especial aún podrían funcionar, presumiblemente la relatividad general aún podría funcionar (el principio de equivalencia aún implicaría significativamente vecindarios minkowskianos locales de cualquier evento de espacio-tiempo) pero habría al menos tres consecuencias alternativas en las que puedo pensar :
Básicamente tenemos la observación de taquiones como en la Respuesta de Alfred . Además, ahora hay algunas relaciones causales en nuestro universo que apuntan hacia atrás en el tiempo. Tendríamos que explicar cómo es que la mayoría de las relaciones causales en la física apuntan hacia adelante con el efecto viniendo después de la causa, pero, para estas partículas en particular, esto puede revertirse;
La propagación observada es real y con , pero la secuencia de eventos que componen la propagación observada de la "partícula" no está causalmente relacionada . Estoy pensando aquí en un fenómeno físico que llamo "Onda Mexicana por Arreglo Previo". Un ejemplo de un fenómeno en esta categoría es el barrido de un puntero láser a través de la superficie de la Luna desde la Tierra, de modo que se ve que el punto barre a más de (esto sucede si barre el puntero láser de modo que su velocidad angular sea superior a unos 45 grados por segundo). Es posible que nuestro observado es una versión de esto. Aquí, el proceso físico involucra una fase de preprogramación , donde los puntos de ocurrencia de los procesos vecinos en el espacio-tiempo están preprogramados para activarse en momentos "preestablecidos" en el futuro, de modo que, cuando se activan, el efecto es que los procesos vecinos se activan en rápida sucesión de tal manera que el efecto experimental es el de un proceso que se propaga a mayor velocidad que . Pero la parte de "preprogramación" del proceso ocurre de manera sublumínica y, por lo tanto, las relaciones de causa-efecto a lo largo de la preprogramación siempre apuntan hacia adelante para todos los observadores, mientras que la propagación observada puede parecer que se propaga hacia atrás en el tiempo.
Ahora llegamos a la desagradable alternativa: nuestra partícula se observa que se transforma de una manera diferente a la transformación de Lorentz. Quizás incluso esta nueva velocidad es en sí mismo invariante! sabemos _ es invariante experimentalmente, y esto establece la forma de la transformación de Lorentz dados supuestos muy básicos como el Principio de Relatividad de Galileo y las nociones copernicanas de isotropía espacial y homogeneidad. Si lo observado se transforma de una manera diferente a la predicha por la transformación de Lorentz con velocidad invariable , entonces esto implica que algunas de nuestras suposiciones muy básicas sobre el universo están equivocadas en algunos casos. El principio de Galileo podría estar equivocado. La homogeneidad puede ser incorrecta, incluso a pequeña escala. La isotropía podría ser defectuosa. Uno de estos supuestos básicos tiene que romperse.
El posible espacio para el desagradable escenario alternativo mencionado en la respuesta de WetSavannaAnimal se ha elaborado en detalle en este artículo . Cuando el experimento OPERA debido a una conexión defectuosa del cable parecía haber visto neutrinos más rápidos que la luz, fue posible calcular que esto era imposible, porque el espacio que existe para las violaciones de la invariancia de Lorentz predeciría que los neutrinos habrían emitido radiación de Cherenkov en el vacío y como resultado el espectro de energía tendría que haber sido afectado de una manera que no se vio, ver aquí .
phil perry