La Dilatación del Tiempo

Hoy seguiremos avanzando con la explicación simplificada de la Teoría de la Relatividad especial de Einstein. Les recomiendo que antes de leer este Post, si aún no lo han hecho, lean la primera parte La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, de otra manera este les resultará incompresible porque hay ciertos conceptos ya vistos que daremos por sentados. 

También para que no se asusten, les cuento que me dedicaré a avanzar solo en un tema que considero fundamental, por lo que les recomiendo lo lean en un momento de tranquilidad y sin distracciones ya que hay que estar muy concentrado. También les recuerdo que uno de los objetivos de este Blog no es el de licenciarnos como expertos en los temas tratados sino como he dicho varias veces en dar algo de luz a ciertos postulados, teorías o enunciados científicos que si bien son muy populares la mayoría de las veces solo conocemos sus nombres pero no sabemos de que se trata, por lo que relájense y disfruten que con ejemplos lo podrán entender perfectamente.

Antes de seguir vamos a recordar un concepto y es el referente al primer postulado de Einstein que decía:

• Todos los observadores en movimiento constante entre ellos son completamente equivalentes. Todas las leyes físicas de la naturaleza son las mismas en todos los marcos (sistemas) de referencia inerciales donde se las mida. No hay manera de conocer el estado de movimiento de un observador a partir de ningún experimento físico que sea realizado por dicho observador dentro de su sistema de referencia. Recuerden lo del partido de fútbol dentro del avión.

Esto como verán en realidad parte de el mismo enunciado de Galileo, que hablaba de las dos personas moviéndose, a velocidad constante, en el espacio sin ningún punto de referencia y que ninguno de los dos podía asegurar si estaba quieto o moviéndose, aunque cada uno podría percibir que se acercaba o alejaba del otro. La conclusión a la que podemos llegar es que no podemos asegurar nada ya que ambas personas  –observadores- tienen la razón dependiendo del punto de vista de cada uno.

Se les llama Observadores Inerciales o sistemas de referencia inerciales ,a los observadores en movimiento rectilíneo uniforme, o sea no acelerado. Lo que debe de quedar claro es que un observador no es más que un sistema coordenado (ubicado en un lugar determinado) que nos permite medir tiempos y coordenadas (posiciones) de los sucesos que acontecen.  No tiene nada que ver con observar con nuestros ojos, y como conclusión final, recordar que no existe un sistema inercial de referencia privilegiado y que pueda considerarse como absoluto, ya que cada observador ve una realidad diferente dependiendo de su posición.

El segundo postulado decía:

•  La luz siempre se propaga en el espacio vacío con una velocidad definida llamada “c”, la cual es independiente del estado de movimiento del cuerpo que emite esa luz.

Esto ya lo explicamos en el Post anterior por lo que no voy a volver sobre el, solo lo enuncio para recordarlo. Si necesitan repasarlo pueden ir más abajo a la publicación anterior donde lo encontrarán. Lo que si tenemos que pensar es que este segundo postulado no tiene ninguna lógica desde nuestro punto de vista, ni el de las dos personas que se mueven en el espacio, porque aunque los dos tienen razón respecto a que se mueven en una determinada dirección, al medir la velocidad de la luz, obtienen el mismo resultado, y eso es una paradoja. Recuerdan que el principio de este tema hablábamos de esta palabra, pues aquí apareció.

Ahora nos preguntaremos, porque yo, mis amigos y todas las personas con las que interactúo vemos la misma realidad. La respuesta es que nosotros nos estamos moviendo a velocidades muy pequeñas que nos llevan a ver la misma realidad, pero que, y valga la redundancia, esa realidad no es la misma para todos si nos movemos a velocidades muy altas.

Para continuar y empezar a justificar algo de lo que venimos asegurando tenemos que meternos de lleno con lo que Einstein denominó La Dilatación del Tiempo, y para explicar esto hace falta que vayamos directamente a un ejemplo. He vuelto a elegir el del tren y los dos observadores, a esto se le llama Experimento Mental que definimos como:

§  Un procedimiento hipotético llevado a cabo en la imaginación y cuyo objetivo es investigar la naturaleza de las cosas.

§  A diferencia de los experimentos reales no necesitan ser llevados a cabo más que en “el laboratorio de la mente".

Vayamos al Experimento Mental:

Supongamos de nuevo un observador ubicado en el andén y el otro dentro del vagón, el cual es de cristal, de modo que el observador del andén pueda ver en su interior, y además el que está dentro tiene una linterna encendida. Recordemos lo que vimos en la primera parte, que si apuntaba la luz en dirección al movimiento o en contra, la velocidad de esta, medida por ambos observadores era la misma, 300.000 km/seg.

Ahora le pediremos que apunte con la linterna a un espejo ubicado en el techo del vagón perpendicular al mismo y que el maquinista mueva el vagón de izquierda a derecha y acelere hasta una velocidad de unos 100.000 km/seg. Recuerden que es un experimento mental, y aquí todo es posible. Para el observador dentro del tren la luz se reflejará en el espejo del techo y volverá a su linterna recorriendo la distancia de ida y vuelta que existe entre la linterna y el espejo, pero, ¿que pasa con el observador fuera del tren?.

Pues que verá que la luz parte de la linterna a su izquierda, en una posición, rebota en el espejo desplazado hacia la derecha y vuelve a la linterna mucho más hacia su derecha, describiendo una V. como se puede ver en la figura. ¿Qué pasó?, que la distancia que describió el rayo de luz fue mucho mayor, entonces, si la velocidad de la luz es igual para ambos, lo único que puede suceder es que para el que está fuera el tiempo tuvo que ir más rápido.

Me explico. Sé que lo más lógico sería que pensáramos que para recorrer mas distancia a la misma velocidad tardara más, por ejemplo si tomamos un segundo, supondríamos que para el del andén si la luz recorre mas distancia y la velocidad de ella es constante deberían haber pasado por ejemplo 2 segundos, pero en realidad para ambos ha pasado un segundo, entonces aquí no cabe otra explicación que la de que el tiempo se ha dilatado y que un segundo no es lo mismo, para el que está en el andén  que para el que viaja dentro del vagón, es más si le pidiéramos al observador dentro del vagón que con cada tic tac de su reloj se tocara la punta de su nariz esta acción no sería simultánea con el reloj del que está en el andén que vería tocarse la nariz más de una vez en cada tic tac de su propio reloj. Esa dilatación será mayor a medida de que la velocidad aumenta, porque la luz siempre hará un recorrido mayor, saldrá de la linterna más a la derecha y volverá a la linterna más a la izquierda.

Llegando al extremo de que el tren pudiese llegar a alcanzar la velocidad de la luz (cosa que no es posible, pero como ya dije estamos en un experimento mental), o sea que el espejo también se moviera a esa velocidad, la misma que la del rayo que sale de la linterna, sucedería que este rayo nunca llegaría a pegar contra el espejo, no lo alcanzaría nunca y por lo tanto para el observador externo, el tiempo se hubiese dilatado tanto que se habría parado y al pararse el tiempo todo quedaría congelado como en una fotografía, la luz y el observador dentro del tren. Este es el caso de los fotones, que son las partículas electromagnéticas que componen la luz, que como se mueven a 300.000 km/seg, vistas desde nuestro sistema de referencia no cambian nunca, el tiempo se detiene para ellos y por ese motivo siempre independientemente del observador la velocidad que mediremos será de 300.000 km/seg.

Sé que todo esto en muy complicado, pero les aseguro que si no lo comprendieron a la primera, si lo vuelven a leer un par de veces más llegarán a comprenderlo perfectamente.

De todos modos con esto de la Dilatación del Tiempo hemos llegado a la idea básica con la que se desarrollan las demás conclusiones por lo que sólo las recordaremos.

·         La Simultaneidad: Al no haber tiempos absolutos, la simultaneidad de los eventos es relativa a la posición de cada observador, o sea, si para nosotros que estamos con los pies sobre la tierra vemos dos eventos simultáneos, para el que viaja en el tren a esa tremenda velocidad ya no serán simultáneos.

·         La contracción de la longitud: Lo mismo sucede con esto, al dilatarse los tiempos los elementos en movimiento se acortan. El tren debe pasar por completo en el mismo tiempo para ambos observadores y al percibir estos diferentes tiempos la única posibilidad es que el mismo tren pase a tener diferentes longitudes para cada uno.

·         Las diferencias de masa en reposo y en movimiento: Un elemento a velocidades cercanas a la de la luz hace que su masa tienda al infinito, esto surge de la famosa fórmula:

   de la que no desarrollaremos ninguna explicación en este Blog, simplemente que E es la Energía, m, la Masa y  c, la Velocidad de la Luz y que Energía y Masa son formas diferentes de la misma cosa, como el agua y el hielo.

El próximo Post estará dedicado a un ejemplo práctico del que casi todos hemos oído hablar pero que les aseguro que la mayoría de las veces solo nos han contado la mitad de la historia, por lo que su nombre La Paradoja de los Gemelos no es una Paradoja.

La Máquina del Tiempo

Regreso al Futuro

Casi todas las películas referidas a viajes en el tiempo se basan en estas teorías, que como vemos en los ejemplos planteados hacen muy difícil que se pueda lograr.








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