La Relatividad

Por Pedro Corona-Romero

3 Relatividad Especial

<< 2. Orígenes de la Relatividad

 

Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que los principios del siglo XX fueron impactantes para la Física. En esta época se dieron grandes descubrimientos que llevaron a desarrollar nuevas teorías físicas que conmocionaron a la comunidad científica e impactaron la concepción e interpretación de nuestra realidad. Una de las nuevas teorías fue la Relatividad.

Nuestros sentidos nos permiten distinguir entre cosas lentas o rápidas y nuestra experiencia nos induce a creer que siempre podremos encontrar una cosa más rápida que otra, sin que exista algún límite. Los físicos sabemos que esta idea está equivocada. En el universo existe un límite a la velocidad en la que algo se puede mover, dicho límite es la velocidad de las ondas electromagnéticas, comúnmente conocida como velocidad de la luz, o simplemente “c” = 300 000 000 m/s (¡¡¡¡¡un as luminoso recorre 300 millones de metros en un segundo!!!!!) Y no sólo ocurre que la velocidad de la luz es un límite universal, sino que no importa bajo qué condiciones se mida o cómo se le mida, la velocidad de la luz siempre tiene el mismo valor. ¡La velocidad de la luz es una constante universal!

Que la velocidad de la luz no varíe sin importar cómo se le mida tiene profundas implicaciones. En nuestro mundo cotidiano la experiencia nos dicta que la distancia entre dos lugares fijos es algo que no cambia sin importar como se mida, si la medimos en una dirección o en otra; si nos vamos y regresamos o si la medimos en el atardecer o al medio día; la distancia entre dos lugares fijos es un “invariante”, puesto que no varía. Pero la invariancia de la velocidad de la luz rompe con esta idea como veremos a continuación.

Pensemos que estamos parados viendo a una persona que camina de un lugar a otro, también vemos un veloz auto deportivo, una nave espacial que viaja a 299 000 000 m/s (¡casi a la velocidad de la luz!) y un rayo de luz; todos recorriendo el mismo camino que une a dos lugares dados. Supongamos ahora que la distancia no varíe para el caminante, ni para el auto, ni para la nave espacial. Si esto sucediera, desde nuestro marco de referencia el tiempo que toma caminar de un lugar a otro es mayor al tiempo que le toma al auto que, a su vez, es mayor que el del viaje de la nave espacial y que es casi igual al tiempo que demora el as luminoso.

Ahora, en lugar de pensar en distancias pensemos en los tiempos de recorrido. Para nosotros que observamos vemos que el peatón le toma bastante tiempo cubrir la distancia, mientras que el auto demora menos. La la nave espacial, que se mueve casi a la velocidad de la luz, llega muy muy rápido a su destino, prácticamente el mismo tiempo que le toma al as de luz. La perspectiva del caminante es casi la misma que la nuestra: el auto demora menos tiempo, mientras que la nave mucho menos y el rayo de luz demoran casi lo mismo. Desde el auto las cosas siguen viéndose igual: el caminante se demora mucho y la nave y el as luminoso llegan casi instantáneamente. Finalmente, desde la nave espacial se observa que el peatón le toma muchísimo tiempo cubrir la distancia, al auto también le tomará mucho tiempo hacer el recorrido, pero el rayo de luz, que se mueve a la “velocidad de la luz”, llegará muchísimo antes que la nave espacial. ¡¡¡A pesar que de que la nave y la luz se mueven casi a la misma velocidad!!! ¡¡¡A pesar de que nosotros, el caminante y el auto vemos lo contrario!!!

Esta aparente contradicción proviene del HECHO de que la luz siempre tiene la misma velocidad; lo cual provoca que los que observamos, el caminante, el auto y ¡la nave espacial! vean a la luz moverse a 300 000 000 000 m/s sin importar sus respectivas velocidades. (Es importante recordar que la velocidad es cuánta distancia se recorre en un tiempo dado.) La solución a este dilema se puede dar por dos caminos:

  1. La velocidad de la luz no es una constante.

  2. La distancia y el tiempo es diferente desde la perspectiva de cada uno de los observadores.

El primer punto no es posible, porque es un HECHO corroborado y corroborable que la velocidad de la luz es constante. Quedando únicamente el segundo camino: ¡¡¡el tiempo y el espacio varían de acuerdo a como nos movemos!!! ¡¡¡El tiempo y el espacio no son constantes por separado, pero sus cambios en conjunto (espacio-tiempo) es tal que mantiene a la velocidad de la luz constante!!! ¡¡¡El espacio y el tiempo no son dos entes ajenos sino un único ser: el ESPACIO-TIEMO!!!

El impacto de lo anterior retumbó en toda la Física, por consecuencia, la manera en que vemos al universo, dotándonos de una nueva herramienta física llamada Relatividad Especial, que es la antigua Mecánica pero que toma en consideración la no universalidad del tiempo. Esta teoría hace predicciones audaces como la equivalencia entre materia y energía. Proclama la muerte del espacio y tiempo absolutos cediendo el lugar al espacio-tiempo con la dilación (retraso) del tiempo y la contracción del espacio.

Es importante hacer un paréntesis en este punto. Cualquier lector inquisitivo se preguntará: ¿pero si el tiempo no es universal, entonces por qué mi reloj marca siempre la misma hora que la de mi vecina? o ¿por qué nunca me ha pasado lo que le ocurrió a la nave espacial? La respuesta a estas preguntas es ligeramente desalentadora. Mientras que los relojes fueron separados por distancias enormes por largos periodos de tiempo, el reloj de los vecinos se han separado escasos kilómetros y por pocas horas; lo cual hace casi imposible notar alguna diferencia causada por la no universalidad del tiempo. Por otra parte, la dilación del tiempo y contracción del espacio son efectos que salen a la luz cuando algo se mueve a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz), y es por ello que para un humano de nuestro tiempo es sumamente difícil ser testigo directo de este tipo de fenómenos. Sin embargo, se tiene multitud de fenómenos donde se presentan los efectos relativistas. Un ejemplo son los rayos cósmicos que penetran a nuestro planeta, la vida de una de estas partículas subatómicas es de algunas milésimas de segundo, lo cual les impediría ser registradas en nuestros instrumentos en tierra; sin embargo, como se mueven casi a la velocidad de la luz, un segundo de esas partículas es como una hora nuestra, lo cual les da el tiempo suficiente para que lleguen a nuestros detectores de partículas antes de que desaparezcan.

 

4. Relatividad General >>

Contenido:

1. Introducción
2. Orígenes de la Relatividad
3. Relatividad Especial
4. Relatividad General
5. Más Relatividad
6. ¿En realidad son paradojas?
Referencias

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