La relatividad del tiempo

by Darío Franco on 4 julio, 2010 · 0 comments

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Todos hemos oído hablar alguna vez del físico alemán Albert Einstein y su famosa teoría de la relatividad especial (1905), según la cual el paso del tiempo es relativo. Pero, ¿qué quiere decir esto exactamente?. Para entender el cambio que supuso este descubrimiento, tenemos que remontarnos a 1687 cuando Isaac Newton estableció por primera vez las leyes de la mecánica clásica que rigen el movimiento de los cuerpos. Newton definió el tiempo como una constante universal que debía permanecer invariable bajo cualquier circunstancia. Esta afirmación se demuestra con un experimento muy sencillo.

Imaginemos que nos movemos en un tren a 10 m/S y paralelamente a nosotros hay una carretera por la que circula un motorista a 30 m/S. La longitud total de nuestro tren es de 100 metros y hemos colocado unos sensores de movimiento en la cola y en la cabeza del tren, con el fin de detectar el paso del motorista al adelantarnos y poder medir su velocidad con ayuda de un cronómetro. Cuando el motorista alcanza la cola de nuestro tren, el detector pone en marcha el cronómetro t = 0 S y cuando supera la cabeza del tren el sensor para el cronómetro t = 5 S. El motorista ha tardado 5 segundos en recorrer los 100 m del tren, por lo que para un pasajero del tren su velocidad es de v = e/t = 100/5 = 20 m/S, mientras que para un observador que estuviera en tierra firme la velocidad del motorista sería de 30 m/S. Y esto es así porque el tiempo es, como decía Newton, el mismo tanto para el observador que está dentro del tren como para el que está en tierra firme.

Einstein descubrió que eso no era exactamente así y que si se realiza este mismo experimento a velocidades comparables con la de la luz (c = 299.792.458 m/S) no se obtiene el mismo resultado. En una nave espacial que viajara a la mitad de la velocidad de la luz (½ c), y su tripulante midiera la velocidad de otra nave que la adelantara a exactamente la velocidad de la luz, obtendría que la velocidad de la nave que le está adelantando es c y no ½ c como sería de esperar según las leyes de Newton.

La teoría de la relatividad especial nos dice que al aumentar la velocidad, el tiempo se ralentiza y pasa más despacio, tanto más cuanto mayor sea la velocidad, llegando a detenerse cuando alcanzamos c. Pero esto sólo es apreciable a velocidades próximas a la de la luz. La paradoja de los gemelos relaciona este efecto con la posibilidad de viajar al futuro.

En el siguiente fragmento del documental The World’s First Time Machine, el físico Ronald Mallett utiliza un reloj de luz para demostrar que Newton estaba equivocado y que el tiempo no es constante, sino que depende de la velocidad a la que nos movemos.

Pero, ¿cómo podemos estar seguros que la teoría de la relatividad especial es cierta si, hoy por hoy, es imposible que alcancemos velocidades próximas a la de la luz?. Uno de los experimentos que lo confirman, es el basado en el tiempo de vida del muón. Los muones son partículas inestables que se generan cuando las corrientes de protones emitidas por el Sol entran en contacto con la atmósfera. Apróximadamente, cada segundo llega un muón a la superficie de la tierra por cm2. Los muones viajan a 0,99c y se ha comprobado que su tiempo de vida es de 2,2 mS. Con las leyes de la física clásica, no se podrían detectar muones en la superficie de la Tierra, ya que a 0,99c necesitarían vivir al menos 15,6 mS para recorrer la distancia que separa la parte superior de la atmósfera donde se forman, de la superficie de la Tierra. Sin embargo, los científicos han detectado muones en la superficie de la Tierra. Este hecho confirma la teoría de Einstein, pues lo que para nosotros serían 15,6 mS, para un muón que viaja a 0,99c transcurren menos de 2,2 mS.

Lo curioso es, que más de un siglo después de la publicación de la teoría de la relatividad especial, en la mayoría de los libros de textos de física, se dedican muchas más páginas a Newton que a Einstein. Lo cual tiene toda su lógica, pues a las velocidades que nos movemos, los efectos relativistas son totalmente despreciables y la física clásica sirve para reproducir con suficiente precisión nuestro día a día. Al menos, por ahora…

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