Superar la velocidad de la luz

Ayer me enviaron un enlace a una noticia en la que se afirma que científicos suizos han roto la velocidad de la luz (gracias Talia). Tras la sorpresa inicial ante tal imposibilidad científica, y leyendo el artículo, vemos que en realidad lo que se ha conseguido es disminuir la velocidad de la luz bastante, y de forma relativamente sencilla y sin recurrir a elementos exóticos, lo que puede abrir la puerta a una futura mejora en las cominucaciones mediante fibra óptica.

¿Disminuir la velocidad de la luz? ¿Es eso posible? Pues sí. La velocidad de la luz depende del medio en el que se propaga. Cuando hablamos de los famosos 300.000 km/s, nos referimos siempre a la velocidad de la luz en el vacío, a la que se denomina c. Cuando la luz se propaga en un medio diferente al vacío (aire, agua, cristal), su velocidad es más lenta. La relación entre la velocidad de la luz en ese medio y en el vacío es lo que se conoce como índice de refracción, que es mayor cuanto más lenta viaja la luz en ese medio. El índice de refracción nos sirve también (como su nombre indica) para calcular la refracción que sufre la luz al cambiar de medio. ¿Y qué es eso de la refracción? Pues es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro, e incide con un angulo no perpendicular. Este fenómeno lo podemos ver constantemente en el agua o en lentes (gafas, prismáticos, lupas, etc). El ángulo de refracción puede variar según la frecuencia, como ocurre con las gotas de agua que descomponen la luz blanca formando un arco iris.

Pero en los ejemplos mencionados, la disminución de la velocidad de la luz no es muy grande. Para reducirla de forma considerable, debemos recurrir a materiales más o menos exóticos, en condiciones extremas. Pero se puede disminuir mucho. Incluso se ha logrado detenerla, aunque esa afirmación hay que hacerla con muchos matices, ya que la forma de hacerlo es que la luz quede "atrapada" momentáneamente en un material que hace que rebote constantemente dentro de él (imaginad varios espejos orientados de forma que un rayo de luz rebota en ellos durante un rato).

Pero para ello hay que recurrir, como ya he dicho, a materiales no convencionales, en condiciones no convencionales, y sólo afecta a un pequeño rango de frecuencias. La importancia del descubrimiento es que se ha conseguido ralentizar la velocidad de propagación de la luz en condiciones menos extremas, con materiales más convencionales y afectando a un rango muchísimo mayor de frecuencias.

¿Y para qué sirve todo eso? Bueno, pues la noticia sí lo explica más o menos bien. En comunicaciones mediante fibra óptica, la información viaja en forma de luz que se propaga por la fibra. El problema es que la luz viaja demasiado rápida para que podamos procesar la información que transmite. Esto implica que para cualquier tipo de proceso de la misma, haya que convertirla a una señal eléctrica. En la noticia se utiliza el ejemplo de un enrutador: hay que convertir la señal de luz en eléctrica, procesarla, redirigirla, y volverla a convertir en luz. Y esto encarece los equipos. Si consiguieramos ralentizar la velocidad a la que se propaga la luz con la información, no sería necesario esa transformación intermedia en señal eléctrica.

Entonces ¿a qué viene el titular de la noticia? Pues porque comenta de pasada que también se ha logrado que la luz viaje más rápido que c. ¿Es eso cierto? Bueno, pues sí y no. Lo que ocurre es que en determinados experimentos, se ha observado que la velocidad de grupo es superior a c, lo que no quiere decir que los fotones viajen más deprisa. ¡Ah! ¿Y qué es eso de la velocidad de grupo? Es la velocidad a la que se propagan la envolvente de la onda, o lo que es lo mismo, los cambios en la amplitud de la misma. Ya, pero ¿Y eso qué es? Pues vamos con un ejemplo.

Imaginad un lago, al que arrojamos una piedra. Al chocar contra el agua, creará unas ondas que se alejarán el punto donde cayó la piedra. La velocidad de cada cresta de la onda, es la velocidad de fase. Durante un rato aparecerán nuevas ondas, cada vez con una altura de cresta más pequeña, hasta que ya no aparezcan más. A medida que las ondas se alejan, se hacen también más pequeñas. Imaginad ahora que todas las crestas disminuyen de tamaño al mismo ritmo, aunque manteniendo su proporción entre ellas (es decir, las primeras siguen siendo más grandes que las últimas). Podemos pensar que una mano invisible y enorme, pasa por encima de ellas, aplastándolas. Esa mano imaginaria sería la envolvente, y la velocidad a la que se mueve, es la velocidad de grupo. Pero esa mano no existe, y las crestas no se mueven a esa velocidad. Es sólo una abstracción.

Por tanto, el que se haya observado una velocidad de grupo superior a c, no quiere decir ni mucho menos que los fotones en sí mismos se desplacen a esa velocidad. Pero claro, queda mucho más espectacular un titular que diga que se ha roto la "barrera de la luz", aunque sea mentira, y no tenga nada que ver con la verdadera noticia.

Haciendo un poco de abogado del diablo, hay que decir que la noticia en cuestión es una mera traducción de la fuente que citan, por lo que el sensacionalismo barato habría que atribuírselo a esa fuente.