Deslizándose descuidadamente por el completo vacío del espacio, la luz recorre constantemente 299.792.458 metros por segundo. Ni más ni menos.

Todo esto cambia cuando esta onda de electromagnetismo se ve obligada a negociar los campos electromagnéticos que rodean trozos de materia. A medida que atraviesa este atolladero, la velocidad general de la luz puede disminuir hasta convertirse en un avance relativo.

Vemos este fenómeno en la curvatura de la luz cuando viaja a través de un vaso de agua, o incluso en la deslumbrante separación de las ondas formando un arco iris.

Aunque los físicos pueden describir este retraso utilizando ecuaciones del siglo XIX sobre la luz y el electromagnetismo, aún no han capturado adecuadamente el cambio abrupto en la velocidad de la luz entre diferentes medios en mediciones de ondas físicas.

Un trío de físicos de la Universidad de Tampere ha encontrado una posible solución a este problema, no sin antes reconsiderar algunos principios bastante fundamentales sobre el progreso de una onda de luz a través del tiempo y una sola dimensión del espacio.

«Básicamente, encontré una manera muy sencilla de derivar la ecuación de onda estándar en 1+1 dimensiones». dice El primer autor del estudio, Matias Koivurova, ahora en la Universidad del Este de Finlandia.

«La única suposición que necesitaba era que la velocidad de la onda era constante. Así que pensé, ¿y si no siempre es constante? Esa resultó ser una muy buena pregunta».

La velocidad de la luz (o c, para abreviar) es un límite universal para la información que se mueve a través del vacío. Aunque la materia puede efectivamente ralentizar el viaje general de una partícula, la teoría especial de la relatividad dice que esta propiedad fundamental en realidad no puede cambiar.

Sin embargo, a veces la física requiere un vuelo ocasional de imaginación para explorar nuevos terrenos. Así que Koivurova, junto con sus colegas Charles Robson y Marco Ornigotti, dejaron de lado esta incómoda verdad para considerar las consecuencias de una ecuación de onda estándar en la que una onda de luz arbitraria puede acelerarse.

Inicialmente, su solución no tenía mucho sentido. Fue sólo cuando agregaron una velocidad constante como marco de referencia que las piezas encajaron.

Envíe una nave espacial a las profundidades del espacio a alta velocidad y sus pasajeros experimentarán el tiempo y la distancia de manera diferente a los observadores que observan su viaje desde lejos. Este contraste es cortesía de la relatividad, una teoría que ha sido probada con éxito una y otra vez en todo tipo de escalas.

Al enmarcar una onda acelerada contra una velocidad constante de la luz, los extraños efectos de la nueva solución del equipo a la ecuación de onda estándar se parecían exactamente a los impuestos por la relatividad. Su realización tuvo profundas implicaciones para un debate sobre si el impulso de una onda de luz aumentaba o disminuía a medida que pasaba a un nuevo medio.

«Lo que hemos demostrado es que, desde el punto de vista de la onda, no le sucede nada a su impulso. En otras palabras, el impulso de la onda se conserva». dice Koivurova.

No importa cuál sea la onda, ya sea en un campo electromagnético, una onda en un lago o una vibración en una cuerda, las medidas de la relatividad y la conservación del impulso deben tenerse en cuenta en la ecuación a medida que ganan velocidad. Esta generalización tendría otra consecuencia bastante notable, aunque ligeramente decepcionante.

Ya sean nuestros intrépidos viajeros espaciales acercándose a Alpha Centauri a una fracción de la velocidad de la luz, o su afligida familia envejeciendo lentamente en la Tierra, cada uno de sus respectivos relojes funciona a lo que se considera momento adecuado. Los dos tiempos pueden no coincidir en cuanto a la duración de un segundo, pero cada uno es una medida confiable del paso de los años dentro de su propio marco temporal.

Si todas las ondas también experimentan el cuidado adecuado de la relatividad, argumentan los físicos, cualquier física gobernada por ondas debería tener una dirección temporal estricta. Uno que no puede simplemente revertirse a favor de ninguna parte.

Hasta ahora, las ecuaciones sólo se han resuelto para una única dimensión del espacio (y del tiempo). También sería necesario realizar experimentos para ver si esta perspectiva ondulatoria es cierta.

Si es así, nuestro viaje colectivo a través del Universo es, después de todo, una calle de sentido único.

Esta investigación fue publicada en Óptica.