Romper la barrera del sonido y superar la velocidad de la luz

Por . 19 diciembre, 2012 en Mundo actual
Share Button

Muchos nos desayunábamos con la siguiente noticia recientemente un día de octubre de 2012 (eso los que no lo vieron el día anterior en directo): Felix Baumgartner se convierte en el primer hombre que rompe la barrera del sonido. Y lo primero que nos preguntamos es ¿pero, el sonido tiene una barrera?, y a continuación, ¿además se puede romper?

En la estratosfera

Vayamos por partes, el deportista austríaco Felix Baumgartner se planteó la hazaña con un paso previo que era la ascensión en una cápsula contenida en un globo con helio hasta alcanzar una altura de poco más de 39 km, situándose en la estratosfera. La subida duró 2 horas y 36 minutos.

Entonces comenzó la parte más difícil: se lanzó desde esa altura hacia la Tierra. En los primeros 40 segundos de caída libre, el experimentado deportista, que evitó caer en barrena ya que le podría haber ocasionado una hemorragia cerebral en caso de girar de forma descontrolada, aceleró hasta los 1.342 km/h, o lo que es lo mismo, 373 m/s.

Se había preparado enfundándose un traje presurizado e ignífugo que le protegía de las temperaturas de -700C que se dan por aquellas alturas, y evitaba que la sangre le hirviera debido a la baja presión atmosférica.

El austríaco estuvo en caída libre durante cuatro minutos y dieciséis segundos antes de abrir su paracaídas para llegar plácidamente al suelo, y completar así su proeza.

Pero como decíamos al principio ¿qué tiene que ver el sonido con todo esto?

 

La barrera del sonido

El sonido se propaga a través de ondas que necesitan para ello de un medio material. Por ello, en dependencia de ese medio, su velocidad varía, siendo mayor en los sólidos que en los líquidos y en éstos, mayor que en los gases; por ejemplo en el aire (a 0 °C), el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s, en el agua (a 25 °C) es de 1.593 m/s, en la madera es de 3.700 m/s, y en el acero es de 6.100 m/s.

Avión F-22 Raptor de la fuerza aérea de Estados Unidos ejecutando en 2009 un vuelo supersónico. El disco blanco que se forma es vapor de agua condensándose a consecuencia de la onda de choque.

En condiciones normales, en la atmósfera terrestre la velocidad del sonido es de 1.234 km/h, mientras que en la estratosfera se puede alcanzar con unos 1.110 km/h por la menor resistencia del aire

Cuando un objeto se mueve en el seno de un medio como el aire, lo va empujando a su paso; si su velocidad es menor que la del sonido, la onda se aleja sin provocar ningún efecto, pero a medida que el móvil aumenta su velocidad, la onda se va alejando cada vez más lentamente, con lo que el aire se acumula delante del objeto formándose una especie de “barrera” que dificulta su movimiento; al alcanzar la velocidad sónica, con su presión provoca que el aire que circula alrededor de su superficie cambie convirtiéndose en una especie de fluido compresible que da lugar a una resistencia mayor. Al ser superada esta velocidad por el objeto, se produce una descompresión brusca del aire que lo rodea, provocándose una explosión sónica que es el componente audible de la onda de choque. Entonces decimos que se ha roto la barrera del sonido.

Ya en 1947 se superó por un aparato la barrera del sonido, con un avión Bell-X1, aunque ha sido Felix Baumgartner el primer hombre que lo ha logrado 65 años después.

Entonces se nos plantea la siguiente pregunta, ¿al igual que se puede superar la velocidad del sonido, también puede superarse la de la luz?

 

Superar la velocidad de la luz

Como hemos dicho, el sonido viaja a una velocidad próxima a 1.200 km/h en el aire en condiciones normales, y en cambio, la luz viaja a casi 300.000 km/s en el vacío (hay que fijarse que aquí se ha utilizado como unidad de tiempo el segundo, no la hora como en el sonido); es decir, la luz viaja muchísimo más rápida que el sonido.

Recordemos que en una tormenta se percibe primero la luz del rayo y luego el sonido del trueno, y eso se debe precisamente a esta diferencia en sus velocidades de propagación.

También debemos puntualizar aquí que la luz se puede propagar en el vacío, mientras que el sonido, no; la luz del Sol nos llega, como observamos cada día, a través del vacío interespacial, en tanto que, como decía la propaganda de aquella película recordada por todos, Alien, “en el espacio nadie puede oír tus gritos”.

Dado que la velocidad de la luz no es infinita, la llegada de la luz desde el punto de origen a nuestros ojos no es instantánea, transcurre un tiempo determinado desde su origen hasta el destino. Así, la luz del Sol, que está a unos 149,6 millones de kilómetros aproximadamente, tarda en llegar a nosotros unos 8 minutos y 30 segundos, es decir vemos el Sol como era hace ese tiempo.

La consecuencia más inmediata es que al ver una estrella estamos viendo su pasado, es decir al ver las estrellas más y más distantes, que ni siquiera sabemos si existen ahora, podemos afirmar que en ellas estamos viendo el pasado del Universo.

Según los conceptos básicos de la física actual la velocidad de la luz es insuperable. Nada puede ir más rápido. Pero, y ¿si algún día consiguiésemos los avances suficientes como para acercarnos a valores lumínicos de velocidad? La respuesta todavía es más asombrosa: estaríamos viajando en el tiempo.

La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein predice que los objetos a medida que aumentan su velocidad experimentan una ralentización de su tiempo –se acorta-, que es más evidente cuanto más cercanos estamos a ella.

Es de sobra conocida la denominada paradoja de los gemelos propuesta por el físico francés Paul Langevin para ilustrar este fenómeno: uno de ellos viaja a una estrella en una nave espacial a velocidades cercanas a la de la luz, mientras que el otro gemelo se queda en la Tierra. A la vuelta, el gemelo terrestre ha envejecido mucho más que su hermano viajero.

Aunque el mismo Einstein tardó varios años en demostrar matemáticamente la validez de la situación, concluyó que el resultado sería ése, dos gemelos cuyas vidas se acortan o alargan, respectivamente, dependiendo de la experiencia física de cada uno.

Y no se trata de un juego teórico. En 1971 se llevó a cabo un experimento que pretendía demostrar el efecto de dilatación temporal con la velocidad: se colocó un reloj atómico de cesio –el más preciso en esa época– a bordo de un avión que realizó un trayecto de más de 40 horas, y se comparó luego su lectura con otro idéntico situado en la Tierra, sincronizado inicialmente con el primero. Después del viaje, el del avión y el de la Tierra, ya no estaban sincronizados, y el que se había estado moviendo estaba ligeramente retrasado (unas pocas centésimas de milésima de millonésima de segundo).

Huellas de neutrinos en experimentos en el CERN.

El experimento se repitió varias veces para confirmarlo, y con ello se demostró la ralentización del tiempo cuando un objeto se desplaza, incluso aunque las velocidades de los aviones estaban muy distantes a las de la luz.

Pero hoy en día todo parece cuestionable, precisamente en 2011 un equipo de científicos del CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas) publicó que había estado llevando a cabo un experimento que parece sugerir que algunos neutrinos son capaces de superar la velocidad de la luz.

En el curso de la experimentación, las partículas aparecían unas pocas millonésimas de segundo antes que la luz llegara a la misma distancia. A pesar de ello, posibles errores sistemáticos existentes no permiten confirmar de momento esta revolucionaria situación que derrumbaría las leyes fundamentales de la física actual.

Como vemos, el sonido y la luz aunque parecen semejantes, pues excitan nuestros sentidos auditivo y óptico, respectivamente, son muy diferentes. Y uno de ellos, la luz, es inalcanzable… por el momento.


Share Button

Adquiere nuestros libros impresos con un 5% de descuento, gastos de envío gratis y la versión ebook de regalo. Solo tienes que visitar la tienda online de Punto de Vista Editores e ingresar el código de cupón PDV-04001


Desde que recuerdo me encanta la ciencia-ficción, ya sea a través del cine, la literatura o los comics. Aquellas películas espaciales en blanco y negro, las novelas futuristas de Isaac Asimov, los álbumes de Las aventuras de Tintín, concretamente los tres dedicados al género –que todavía releo de vez en cuando–, o los cuadernillos de Flash Gordon heredados de mi padre, fueron la semilla que me llevó a elegir una carrera de Ciencias, concretamente la de Químicas, en la que me doctoré en Química-Física en la Universidad Autónoma de Madrid el año 1987. En este poco más de medio siglo que llevo disfrutando de la aventura de la vida he desarrollado unas cuantas facetas profesionales, pero si debo resumirlas en una idea es que siempre he intentado, y así seguiré, divulgando una ciencia clara, transparente, asimilable, comprensible en una palabra, para que deje de estar en ese rincón apartado sólo para iniciados y especialistas, y sea patrimonio de todas las personas interesadas en conocer cómo es el mundo en el que vivimos.

Participa en la discusión

  • (no será publicado)

  1. gravatar Alejandro Irausquin Responder
    abril 23rd, 2015

    Me topé con su articulo buscando otra cosa, por lo que solo me limité a leer el texto relativo a romper la barrera del sonido. Un par de correcciones respecto a la imagen: El avión es un F/A-18, no un F-22; y no está en vuelo supersónico, está en régimen transónico, incluso seguramente por debajo de Mach 1. El cono de vapor sobre las alas es consecuencia del la aceleración del aire sobre y debajo de las mismas (lo que produce la sustentación). Entonces es el aire que avanza sobre el ala el que alcanza Mach > 1, produciéndose la onda de choque sobre el ala, más el avión no va a esa velocidad.

  2. gravatar Angel Rodriguez Cardona Responder
    marzo 5th, 2013

    Como decíamos en el artículo, “posibles errores sistemáticos existentes no permiten confirmar de momento esta revolucionaria situación”.Y es cierto, porque como bien dices hace unos meses, tras repetir el experimento, los científicos del CERN confirmaron el error al que hacíamos referencia en este artículo. Pero, dado que las cantidades con las que se trabaja son minúsculas, en este caso el adelanto temporal habría sido de 60 nanosegundos (1 nanosegundo es una milmillonésima de segundo), siempre debemos leer estas noticias con el mayor escepticismo científico posible, todo es cuestionable, e igual cualquier día se confirma que es posible superar la velocidad de la luz.

  3. gravatar ruben Responder
    marzo 4th, 2013

    Me parece que se ha demostrado que las mediciones de velocidad de esos neutrinos era erronea, y no viajan mas rápido que la luz.

  4. gravatar Angel Rodriguez Cardona Responder
    enero 7th, 2013

    Gracias a los dos por vuestras palabras. Me dais mucho ánimo para esforzarme cada vez más en estos artículos.

  5. gravatar Miguel Hernández Responder
    enero 2nd, 2013

    Angel,
    Muy interesante. Continua publicando artículos.
    Gracias.

  6. gravatar ANTONIO POZAS Responder
    diciembre 20th, 2012

    Muy bueno,muy claro y muy didáctico. Sencillamente extraordinario