Teoría de la relatividad especial (I)

calambre    Artículo, Teoría de la relatividad especial     Ciencia, Divulgación

Yo siempre he sido un ser muy inquieto e interesado por todo lo relacionado con la ciencia, sobre todo cuanto más mayor me hago. No se si os pasa a vosotros pero conforme el número de años aumenta, más preguntas te vienen a la cabeza sobre nosotros los humanos, nuestra existencia, el espacio… ya sabéis, el típico quiénes somos, dónde vamos y de dónde venimos. (Qué filosófico).

Así que hay algo que me va rondando la cabeza desde hace mucho tiempo y es el tema de la teoría de la relatividad (especial y general). No se si por poco interés mío cuando era pequeño o por culpa de los profesores, pero en el colegio nunca me enteré de qué iba el tema este. Así que, como he dicho, llevo tiempo recopilando información en libros y por internet acerca de esta ciencia (o ley) y creo que me he enterado bien. Pero como soy muy inquieto, me voy a entretener en explicarlo aquí para quien le interese. No os preocupéis porque no pondré nada de fórmulas matemáticas ni nada por el estilo. Sólo dibujitos y vídeos del youtube .

Empezamos:

Todo esto empieza con algo muy sencillo pero que te hará freírte los sesos intentando encajarlo:

¿Se puede viajar a más velocidad que la de la luz?

O mejor esta:

Imagínate que viajas por el espacio a la misma velocidad de la luz (si es que se pudiera) y, de pronto, sacas un espejo y e intentas mirarte por él. ¿Podrías ver tu reflejo? Si vas a la misma velocidad de la luz, sería imposible verte ya que tu reflejo no llegaría nunca al espejo.

Un poco de Historia: A finales del siglo XIX, las leyes que regulan el movimiento de los objetos materiales estaban ya establecidas. Uno de los principios más importantes, el Principio de Relatividad de Galileo, afirmaba que no hay forma de saber si un sistema está quieto o se mueve a velocidad constante. Eso es perfectamente comprensible: imagina a dos personas en el vacío, uno se mueve contra el otro. Uno está quieto y el otro se muevo con velocidad constante. Uno diría que el que se mueve es el otro y respectivamente. Además no habría forma de averiguar quien es el que se mueve y quien es el que está quieto, recuerda que están en el vacío.

Pero este principio no se aplica a las ondas: De acuerdo con las teorías de la época, sí se podía saber quién se mueve o quién está quieto, porque las ondas electromagnéticas, como la luz, se mueven a una velocidad conocida en el vacío: 300.000 km/s. El que mida que la velocidad de la luz es 300.000 km/s, es el que está quieto. El que no mida esa velocidad, se mueve. De manera que, hacia 1900, el Principio de Relatividad (también llamado Principio de Equivalencia) sólo se aplicaba al movimiento de objetos, pero no a la luz.

Por este tiempo, los físicos estaban de acuerdo en que la luz era una onda. Pero ¿qué pasa? Todas las ondas conocidas, como el sonido, necesitaba un medio por el que propagarse. Entonces, ¿Cómo nos llega la luz del sol si el espacio está vacío? (Hoy en día sabemos que no hay necesidad de un medio de propagación, pero entonces se pensaba que sí era necesario). Entonces se sacaron de la manga el “éter luminífero”: Algo que rellena el universo y en el interior del cual se mueven los astros. Además, puesto que el éter está quieto (es el “sistema de referencia absoluto” del Universo), la luz se mueve a 300.000 km/s respecto a él, y las teorías del electromagnetismo de la época (sintetizadas en las ecuaciones de Maxwell) se cumplían perfectamente.

Entonces los físicos dijeron: “Si el éter está quieto (es el sistema de referencia), para saber si nos movemos por el universo sólo hay que calcular a qué velocidad viaja la luz”. Imagina: si viajas a 100.000 km/s por el universo, y enciendes una linterna apuntando para adelante, al calcular la velocidad que lleva la luz, verás que el resultado es de 200.000 km/s.

De manera que los físicos hicieron eso: medir la velocidad de la luz en diferentes direcciones para saber cómo de rápido nos movemos en el éter (por el universo). El experimento más famoso, por su extraordinaria precisión y simpleza, fue el de Albert Michelson y Edward Morley. Pero se dieron cuenta de que siempre, el resultado de calcular la velocidad de la luz, en varias posiciones, es de 300.000 km/s. Aquí pasa algo.

Llegado a este punto ya tenemos dos de los postulados que establece Einstein para desarrollar su Teoría Especial. Es increíble como dos afirmaciones tan simples puedan revolucionar nuestro conocimiento del universo.

1. Todos los sistemas de referencia inerciales son equivalentes.
2. La velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, independientemente de quién la emita y quién la mida.

El primero dice lo que dijo Galileo: No hay manera posible de saber, con ningún experimento físico, si te estás moviendo a velocidad constante o bien estás quieto (eso es lo que es un “sistema de referencia inercial”).

El segundo es fácil: la luz viaja siempre a la misma velocidad por el vacío, 300.000 km/s.

En fin, ya os he calentado bastante la “chola”. Otro día seguiré con esta serie. Espero que os guste y os haga pensar un poco. Si tenéis alguna pregunta o queréis rectificar algo, ya sabéis, comentad.