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.
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| La Máquina del Tiempo |
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| 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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¿Quien no ha experimentado ver pasar una ambulancia con la sirena funcionando y notar que el sonido va cambiando a medida que se acerca, cuando pasa por delante nuestro y a medida que se aleja?
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