Teoría de la relatividad para tontos (I) publicado por Fry

Me he decidido a escribir una serie de artìculos sobre la teoría de la relatividad por varias razones. Primero porque me apasiona y no termino de maravillarme con los asombrosos e incomprensibles caminos de la ciencia. En segundo lugar porque es muy complicada de entender y cualquier tratado sobre el tema es tan extenso y complejo que asusta. En el mejor de los casos se termina la lectura olvidándolo rápidamente tras haber descubierto que no se ha entendido casi nada. Tercero porque creo que la teoría de la relatividad, más allá de sus fórmulas, tiene consecuencias alucinantes, fáciles de entender y entretenidas para cualquiera. Y cuarto y último quiero comprobar si soy capaz de explicarlo. Animo a los seguidores de las paranormalidades a que investiguen en la ciencia si quieren descubrir mundos alucinantes sin necesidad de recurririr a absurdos fenómenos sin pies ni cabeza.

Para empezar la teoría de la relatividad es complicada de entender y asimilar porque no tiene ningún reflejo en la vida cotidiana. No existe un sólo indicio que hayamos podido percibir que nos indique que todo esto es cierto. Hasta el siglo XX la ciencia estudió y describió fenómenos que cualquier persona había observado antes, aunque no se hubiera parado a pensar en ellas. La mayoría de la deducciones formuladas por la ciencia se podían experimentar en cualquier pequeño laboratorio y decir "funciona¡¡", o incluso ser observados por cualquier hijo de vecino, tales como la gravedad, las presiones, las fuerzas, las masas, velocidades, gases, etc. A principios del siglo XX, el grandísimo físico alemán Albert Einstein (del que tenemos el honor de servirnos como presentación de la web) llega para echar por tierra todos los principios de la física establecida y a comenzar un camino que ya no ha parado: "a partir de ahora, aunque las fórmulas coincidan con la experiencia y describan ciertos fenómenos, no vais a entender nada". No es una frase suya, eso lo digo yo. Probablemente en su cabeza encajó todo como un reloj.

La teoría de la relatividad de Einstein se divide en dos grandes teorías:

• Teoría especial de la relatividad. Formulada en 1905, es de la que voy a hablar en este post, y describe como se percibe el espacio y el tiempo en función del observador.
• Teoría general de la relatividad: Formulada en 1915, trata de explicar la gravedad, la fuerza más incomprendida de todas las fuerzas presentes en la naturaleza. Hablaré en otro post de ella.
  

Teoría especial de la relatividad.

Pongámonos en contexto. Hasta la formulación de las teorías de Einstein se aceptaban como correctas la física de Newton sobre la inercia, la gravedad y el movimiento. Me he permitido el lujo de hacer un dibujo (un mal dibujo realmente) para que se entienda mejor el fenómeno.


Tenemos a dos tipos (B y C) que tienen pasta y han decidido dar un paseo en barco. Es tan grande que tienen espacio suficiente para que uno de ellos, llamemos Indurain (C), se ponga a andar en bici por la cubierta mientras B lee el periodico. El lector observa como Indurain se aleja de él a 20 km/h. Para el ciclista el lector permanece quieto con respecto al barco. Por otro lado tenemos a un pescador sentado en la orilla de la playa que observa a los dos, sin embargo para éste el ciclista no se mueve a 20 km/h, sino a 50 km/h, ya que tiene que sumar la velocidad del propio barco. Además, el lector no está quieto, sino que se mueve a 30 km/h, exactamente la velocidad del barco. Arriba del todo, en el sol, está colocado el malo de Superman IV, y observa la escena y concluye que el pescador se mueve a una gran velocidad (la velocidad que supone la rotación de la tierra alrededor del sol) y que el lector va un poco más rápido y el ciclista más rápido aún. La conclusión es que la velocidad de los cuerpos depende del observador.

Hasta aquí nada extraño, es algo que percibimos en cualquier experiencia cotidiana. Sin embargo, la física newtoniana percibe el tiempo como absoluto e independiente del observador, es decir, que si a la hora de salir el barco todos ponen a cero su cronómetro, a la llegada del barco pueden comprobar que siguen sincronizados y dan lecturas idénticas. Nuestra experiencia diaria nos dice que el tiempo es el mismo, independientemente de si vas en coche, andando, estás durmiendo o vas en avión. ¿está claro no?. Pues no. Aquí es donde entra el bueno de Einstein y dice que no, que el tiempo también depende del observador. Esta sorprendente conclusión es mucho más complicada de asimilar de lo que parece. Continuemos.

Según la teoría de la relatividad, el tiempo depende de la velocidad del observador, es decir que los cronómetros del lector, del pescador, del malo de superman y del ciclista darían diferentes resultados a la llegada del barco a tierra. El cronómetro del ciclista marcará menos tiempo que el del lector, éste menos que el pescador y éste menos que el malo de superman. Con la velocidad se produce una especie de compresión en el tiempo, transcurre de manera distinta. ¿pero de qué estamos hablando? este fenómeno de la variación del tiempo dependiendo de la velocidad ocurre así, efectivamente, pero sólo es perceptible a altísimas velocidades (cercanas a las de la luz). A escala humana la diferencia de tiempos es tan pequeña que es despreciable y sigue funcionando perfectamente la física de Newton, que considera al tiempo absoluto. De todas formas, vamos a calcular la diferencia de tiempo que obtendría el ciclista con respecto al pescador.

Si he hecho bien los cálculos, si el ciclista estuviera andando durante 24 horas, al final el ciclista habría medido en su cronómetro 84600 segundos, mientras que el pescador obtendría 84.600,0000000001 segundos¡¡¡ no creo que el esfuerzo de no parar en 24 horas le merezca la pena para ganar una milmillonésima de segundo, pero no deja de ser curioso.

La fórmula para el cálculo es la del cuadro de la derecha. El tiempo t' se calcula en base al tiempo t (el tiempo medido desde el objeto móvil). Depende de la velocidad V (del objeto móvil) y la velocidad de la luz. Como vemos, la diferencia entre t' y t sólo es apreciable con velocidades cercanas a la de la luz.

Pero en viajes espaciales, con el tiempo y la velocidad a la que viajan, la desincronización empieza a ser apreciable. Si fuéramos capaces de viajar a velocidades cercanas a la de la luz, pongamos 150.000 kms/s (la mitad de la velocidad de la luz), e dieramos una vuelta por el sistema solar durante 10 años (medidos desde la nave espacial) al volver los astronautas se darían cuenta que en la tierra habrían pasado 11,54 años. Los astronautas serían 1 año y medio más jovenes que sus compañeros en la tierra¡¡¡

Resumen, se puede demostrar que si te pasas toda la vida en coche rejuveneces¡¡ Mejor dicho, logras que el tiempo transcurra de forma más lenta para ti que la de los pobres viandantes. Otra posible opción es hacer footing en las horas de trabajo. Es cuestión de probar.

Continuará... (¿A alguien le parece interesante?)