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domingo, 14 de mayo de 2017

RELATIVIDAD ESPECIAL: LA PUERTA A UN UNIVERSO NUEVO


Publicado en nuestro anterior blog en diciembre de 2012


En determinadas condiciones ideales (a nivel del mar y con una temperatura de 20º C) las ondas sonoras se propagan a la velocidad, relativamente modesta, de 343 metros por segundo.
La luz es mucho más veloz. La velocidad de la luz en el vacío se estima en unos 300.000 kilómetros por segundo (más concretamente, 299.792.458 metros por segundo). Pero el que sea abrumadoramente mayor no es el único detalle que hace diferente la velocidad de la luz comparada con la del sonido. Mientras que esta última varía para cualquier observador que se mueva respecto a la fuente del sonido, la velocidad de la luz en el vacío es la misma y permanece constante para todos los observadores, con independencia del movimiento de estos y de la fuente de luz.

Esta extraordinaria característica de la luz indujo al joven Einstein en 1905, a deducir lo que denominó la relatividad de la simultaneidad. En efecto, dos sucesos que ocurran de forma simultánea para un observador que se encuentre en el sistema donde se producen, pueden suceder en distintos momentos para otro observador que se mueva en relación al sistema. Un ejemplo clásico: imaginad un vagón de tren bastante largo. Hay dos viajeros (o mejor, dos ingenios mecánicos) situados en cada uno de los dos extremos de ese larguísimo vagón. Ambos han sincronizado a la perfección sus relojes, y les pedimos que en determinado momento, conecten las linternas que les hemos proporcionado. Situamos en el punto central del vagón, equidistante de ambos viajeros, a un observador (o mejor, un dispositivo sensor muy preciso). Suponiendo que ambos viajeros actúen de forma eficiente, el observador del centro del vagón percibirá que ambas linternas se iluminan de manera simultánea.
Ahora bien, alejémonos del sistema (el vagón) y situemos un segundo observador parado en el andén de la estación por la que el tren pasará sin detenerse. Desde este punto de observación externo, se apreciará con claridad que se enciende primero la luz del viajero situado en el extremo del vagón más próximo al sentido de la marcha del tren, y posteriormente la del viajero situado en el extremo más alejado. La magnitud del desfase temporal dependerá naturalmente de la velocidad del convoy y de la longitud del vagón, pero sin duda existirá desfase.


Del mismo modo, si viajamos a bordo de un avión que se mueve con una velocidad constante respecto del suelo, es decir, en un sistema de referencia en movimiento, y no se nos permite mirar por la ventanilla el movimiento del paisaje, no podemos saber a qué velocidad nos movemos. Perfectamente podríamos estar siendo engañados, encerrados en un vehículo detenido.

En su artículo publicado cuando Albert Einstein tenía solo veintiséis años, y era un modesto empleado de la oficina de patentes de Berna, estableció también la celebérrima ecuación E=mc2, conocida como la ley de equivalencia de masa y energía. La fórmula expresa en esencia que la masa de un cuerpo es la medida de su contenido energético, siendo c la velocidad de la luz en el vacío. Hasta 1915, año de la publicación de la teoría general de la relatividad, Einstein no completó el monumental corpus doctrinalis iniciado con su teoría especial, sin embargo, ya en 1905 el joven científico abrió un horizonte nuevo y fantástico a la comprensión del universo físico, que todavía hoy, y probablemente por mucho tiempo, se sigue y seguirá desarrollando.


Las implicaciones de la teoría especial de la relatividad son extraordinarias. La que con mayor fuerza salta a la vista es que, dado que el tiempo está relacionado con la velocidad a la que se viaja, no puede existir un único reloj universal con el que puedan sincronizarse todos los demás. Para un viajero que se aleje de la Tierra a una velocidad próxima a la de la luz, todo el tiempo de nuestra existencia puede ser un simple parpadeo. Al regresar sólo unas horas más tarde según su reloj, descubriría que todos hemos desaparecido hace siglos…
Por otra parte, la expresión E=mc2 con su prodigiosa y sencilla belleza, explica algo tan elemental como por qué brilla el Sol. En su interior continuamente se fusionan grupos de cuatro núcleos de hidrógeno, para formar un solo núcleo de helio, con una masa menor que la suma de los cuatro núcleos de hidrógeno que se fusionaron para formarlo. Ateniéndonos a E=mc2, la masa m que se pierde en la fusión origina una energía E. En el centro del astro cada segundo las reacciones de fusión convierten 700 millones de toneladas de hidrógeno en helio, liberando enormes cantidades de energía que permiten que el Sol caliente la Tierra y dé lugar a la creación de vida.

También se deduce de la teoría y de la propia fórmula, que ningún objeto puede alcanzar jamás una velocidad superior a la de la luz. Pero esta ya es otra cuestión. La trataremos seguramente en una próxima ocasión…


Detrás de cada gran hombre hay una gran mujer. Algunos tienen además esposa.  Groucho Marx.