En anteriores capítulos hemos analizado el extraño comportamiento de la luz y las distintas hipótesis que a lo largo de la historia han desarollado los científicos con respecto a este fenómeno, tratando de determinar inicialmente la finitud o infinitud de su velocidad y también su naturaleza, para continuar estableciendo la magnitud de su propagación en el vacío (300.000 Km/seg) , tras considerar la hipotética propagación de la misma a través de un medio, el éter, a diferencia del sonido, que no se transmite en el vacío y cuya velocidad es mucho más lenta que la de la luz. Todo ello se debe al hecho de que la Teoría de la Relatividad tuvo su comienzo en el extraño comportamiento de la luz, tras la confirmación de la isotropía de la misma (la velocidad de la luz es independiente del movimiento del foco emisor) después del experimento de Michelson-Morley, realizado en 1887. Al considerar el problema fallido de la detección del éter, Einstein elaboró los POSTULADOS FUNDAMENTALES DE LA TEORÍA ESPECIAL, pilares en los que descansa el resto de la teoría.
En el PRIMER POSTULADO Einstein no niega la existencia del éter ni la afirma, simplemente se limita a decir que el éter no puede ser detectado, después de los muchos experimentos fallidos para probar su existencia. Pongamos un ejemplo:
Estamos en la terminal T4 del aeropuerto de Barajas y debemos desplazarnos hasta el otro extremo de la terminal para embarcar. Tomamos una de las largas cintas transportadoras, rápidas y de velocidad constante, y al subirnos notamos el tirón inicial hasta acomodarnos sobre la misma, momento en que no tendremos sensación de movimiento por ir mirando hacia el suelo. Iniciamos la marcha sobre la cinta, mirando al suelo, y percibiremos nuestro desplazamiento sobre ella a paso normal; si miramos ahora al exterior de la cinta veremos lo rápido que nos desplazamos con respecto a lo que está fuera de la cinta (que permanece inmóvil o, en el caso de personas que caminan, nos parecerá que vamos corriendo con respecto a esas personas). Estamos ahora en el interior de nuestro coche, parados en un semáforo y con el freno pisado, en una calle con una ligera pendiente. Por el carril de nuestra izquierda aparece otro coche que frena y después, lentamente, el conductor deja que su vehículo se deslice mientras nosotros contemplamos ese movimiento sin fijarnos en nada más que el coche que tenemos junto al nuestro: por un momento tendremos la duda de si es nuestro coche, el del vecino o ambos (a distinta velocidad, eso sí) el que se desplaza; duda que despejaremos al mirar por el parabrisas y ver que nosotros permanecemos inmóviles con relación al semáforo. En ambos ejemplos hemos despejado la duda al establecer un punto de referencia "inmóvil o fijo" aunque nosotros nos desplacemos sobre el espacio terrestre y el semáforo se mueva solidario con la Tierra, de la misma manera que lo hace el edificio de la T4.
Pero...¿qué ocurriría si viajáramos desde la Tierra al vacío interestelar en una nave espacial hasta perder la visión de nuestro planeta, en compañía de la nada y sin ningún punto de referencia? Sabría la velocidad a la que he abandonado la Tierra, mi punto de referencia, a la velocidad que viajo mientras haya atmósfera, y después nada más; no podré deducir mi velocidad ni mi posición, y ni siquiera saber si estoy inmóvil, avanzo o retrocedo (no tengo punto de referencia). Repentinamente, un asteroide me adelanta y compruebo su velocidad con el rádar que llevo instalado en mi nave: 2586 Km/h, pero esto solo indica la velocidad relativa del cuerpo celeste con relación a mi nave pero no su velocidad "real", porque ambas velocidades (la mía y la del asteroide) carecen de sentido y ni siquiera sabemos si uno de los dos está inmóvil o llevan sentidos de movimiento distintos: ¿Quién adelanta a quién?
Eintein se planteó estas cuestiones y dedujo por ello que todo movimiento es relativo, de ahí el nombre de su teoría. El movimiento absoluto (como lo concebía Newton) no existe; solo existe el movimiento con relación a algo que suponemos "fijo" y en el Universo todo está en movimiento relativo: la Tierra y el sistema solar, la Vía Láctea y todas las constelaciones y galaxias que lo componen, la expansión del Universo después del Big-Bang. Con este planteamiento el éter pasaría a un segundo plano y se podría prescindir de él perfectamente, por ser lo único con movimiento absoluto del Universo (lo único que permanece inmóvil en el Universo) y porque el único movimiento detectable es el relativo a algo. Ya Isaac Newton señaló en su día que "es imposible precisar si un buque se mueve o no sobre el agua, mediante ningún experimento realizado dentro de la nave", y como la Tierra es nuestra nave, nunca podremos descubrir el movimiento de esta a través del éter con ningún experimento realizado en la Tierra. A pesar de todo, Newton, con su lógica obsesión por medir todos los fenómenos físicos, y con su concepto mundano (compartido por nosotros, los hombres corrientes que nos movemos en las coordenadas terrestres de lo macroscópico) concibió el movimiento relativo, pero seguía pensando en un espacio y un tiempo independientes y absolutos que se podían medir sin ambigüedad.
El SEGUNDO POSTULADO de la teoría especial afirma que "la velocidad de la luz es siempre constante para un observador, sea cual sea la velocidad a la que se mueve dicho observador". Una afirmación inquietante que desafía el sentido común y la física de Newton, que funciona a la perfección en nuestro mundo cotidiano. Pongamos un ejemplo casero:
Estamos parados frente a una pared y lanzamos una pelota a una velocidad de 40 Km/h. La pelota impactará sobre la pared a la misma velocidad (despreciando la pérdida causada por el rozamiento del aire); ahora lanzamos la pelota a la misma velocidad y desde la misma distancia, pero subidos en una bicicleta que va a 15 Km/h: el impacto de la pelota contra la pared será de 55 Km/h (40 Km/h de la pelota + 15 Km/h de la bicicleta, que se acerca a la pared). Si nos alejamos de la pared en la bicicleta con la misma velocidad y un compañero lanza la pelota a la misma velocidad (40 Km/h), el impacto se hará a 25 Km/h por la misma razón. Pero...¿Qué pasaría si tres observadores de la luz de una estrella lejana, provistos de aparatos para medir la velocidad lumínica, viajaran a distintas velocidades con referencia a la estrella y en el vacío?
El observador A permanece inmóvil con respecto a la estrella, el B se acerca a ella con una velocidad de 100.000 Km/h y el C se aleja a la misma velocidad de la estrella que el B. En un momento dado se comunican sus medidas tomadas con los mismos instrumentos ¡300.000 Km/seg habrían medido los tres!
Esta paradoja física fue confirmada en el experimento de Michelson y Morley, del que ya hemos hablado en anteriores ocasiones, cuando se trataba de probar la existencia del éter.
Para no aburrir más a los posibles lectores, nos queda por comentar las consecuencias de esta teoría especial y sus dos postulados, publicada en los Annalen der Physic en 1905, que establecería la equivalencia entre masa y energía (demostrada en laboratorio en 1932 y que daría lugar a la comprensión de los fenómenos de fisión y fusión nuclear (bomba atómica y fenómeno de la energía solar respectivamente); al aumento de la masa con la velocidad (Fundamento de los aceleradores de partículas, tan de actualidad por los experimentos del CERN) y también el fenómeno de la dilatación del tiempo.
 |
| Salvador Daaallliiií: La persistencia de la memoria. |
En el PRIMER POSTULADO Einstein no niega la existencia del éter ni la afirma, simplemente se limita a decir que el éter no puede ser detectado, después de los muchos experimentos fallidos para probar su existencia. Pongamos un ejemplo:
Estamos en la terminal T4 del aeropuerto de Barajas y debemos desplazarnos hasta el otro extremo de la terminal para embarcar. Tomamos una de las largas cintas transportadoras, rápidas y de velocidad constante, y al subirnos notamos el tirón inicial hasta acomodarnos sobre la misma, momento en que no tendremos sensación de movimiento por ir mirando hacia el suelo. Iniciamos la marcha sobre la cinta, mirando al suelo, y percibiremos nuestro desplazamiento sobre ella a paso normal; si miramos ahora al exterior de la cinta veremos lo rápido que nos desplazamos con respecto a lo que está fuera de la cinta (que permanece inmóvil o, en el caso de personas que caminan, nos parecerá que vamos corriendo con respecto a esas personas). Estamos ahora en el interior de nuestro coche, parados en un semáforo y con el freno pisado, en una calle con una ligera pendiente. Por el carril de nuestra izquierda aparece otro coche que frena y después, lentamente, el conductor deja que su vehículo se deslice mientras nosotros contemplamos ese movimiento sin fijarnos en nada más que el coche que tenemos junto al nuestro: por un momento tendremos la duda de si es nuestro coche, el del vecino o ambos (a distinta velocidad, eso sí) el que se desplaza; duda que despejaremos al mirar por el parabrisas y ver que nosotros permanecemos inmóviles con relación al semáforo. En ambos ejemplos hemos despejado la duda al establecer un punto de referencia "inmóvil o fijo" aunque nosotros nos desplacemos sobre el espacio terrestre y el semáforo se mueva solidario con la Tierra, de la misma manera que lo hace el edificio de la T4.
Pero...¿qué ocurriría si viajáramos desde la Tierra al vacío interestelar en una nave espacial hasta perder la visión de nuestro planeta, en compañía de la nada y sin ningún punto de referencia? Sabría la velocidad a la que he abandonado la Tierra, mi punto de referencia, a la velocidad que viajo mientras haya atmósfera, y después nada más; no podré deducir mi velocidad ni mi posición, y ni siquiera saber si estoy inmóvil, avanzo o retrocedo (no tengo punto de referencia). Repentinamente, un asteroide me adelanta y compruebo su velocidad con el rádar que llevo instalado en mi nave: 2586 Km/h, pero esto solo indica la velocidad relativa del cuerpo celeste con relación a mi nave pero no su velocidad "real", porque ambas velocidades (la mía y la del asteroide) carecen de sentido y ni siquiera sabemos si uno de los dos está inmóvil o llevan sentidos de movimiento distintos: ¿Quién adelanta a quién?
Eintein se planteó estas cuestiones y dedujo por ello que todo movimiento es relativo, de ahí el nombre de su teoría. El movimiento absoluto (como lo concebía Newton) no existe; solo existe el movimiento con relación a algo que suponemos "fijo" y en el Universo todo está en movimiento relativo: la Tierra y el sistema solar, la Vía Láctea y todas las constelaciones y galaxias que lo componen, la expansión del Universo después del Big-Bang. Con este planteamiento el éter pasaría a un segundo plano y se podría prescindir de él perfectamente, por ser lo único con movimiento absoluto del Universo (lo único que permanece inmóvil en el Universo) y porque el único movimiento detectable es el relativo a algo. Ya Isaac Newton señaló en su día que "es imposible precisar si un buque se mueve o no sobre el agua, mediante ningún experimento realizado dentro de la nave", y como la Tierra es nuestra nave, nunca podremos descubrir el movimiento de esta a través del éter con ningún experimento realizado en la Tierra. A pesar de todo, Newton, con su lógica obsesión por medir todos los fenómenos físicos, y con su concepto mundano (compartido por nosotros, los hombres corrientes que nos movemos en las coordenadas terrestres de lo macroscópico) concibió el movimiento relativo, pero seguía pensando en un espacio y un tiempo independientes y absolutos que se podían medir sin ambigüedad.
El SEGUNDO POSTULADO de la teoría especial afirma que "la velocidad de la luz es siempre constante para un observador, sea cual sea la velocidad a la que se mueve dicho observador". Una afirmación inquietante que desafía el sentido común y la física de Newton, que funciona a la perfección en nuestro mundo cotidiano. Pongamos un ejemplo casero:
Estamos parados frente a una pared y lanzamos una pelota a una velocidad de 40 Km/h. La pelota impactará sobre la pared a la misma velocidad (despreciando la pérdida causada por el rozamiento del aire); ahora lanzamos la pelota a la misma velocidad y desde la misma distancia, pero subidos en una bicicleta que va a 15 Km/h: el impacto de la pelota contra la pared será de 55 Km/h (40 Km/h de la pelota + 15 Km/h de la bicicleta, que se acerca a la pared). Si nos alejamos de la pared en la bicicleta con la misma velocidad y un compañero lanza la pelota a la misma velocidad (40 Km/h), el impacto se hará a 25 Km/h por la misma razón. Pero...¿Qué pasaría si tres observadores de la luz de una estrella lejana, provistos de aparatos para medir la velocidad lumínica, viajaran a distintas velocidades con referencia a la estrella y en el vacío?
El observador A permanece inmóvil con respecto a la estrella, el B se acerca a ella con una velocidad de 100.000 Km/h y el C se aleja a la misma velocidad de la estrella que el B. En un momento dado se comunican sus medidas tomadas con los mismos instrumentos ¡300.000 Km/seg habrían medido los tres!
Esta paradoja física fue confirmada en el experimento de Michelson y Morley, del que ya hemos hablado en anteriores ocasiones, cuando se trataba de probar la existencia del éter.
Para no aburrir más a los posibles lectores, nos queda por comentar las consecuencias de esta teoría especial y sus dos postulados, publicada en los Annalen der Physic en 1905, que establecería la equivalencia entre masa y energía (demostrada en laboratorio en 1932 y que daría lugar a la comprensión de los fenómenos de fisión y fusión nuclear (bomba atómica y fenómeno de la energía solar respectivamente); al aumento de la masa con la velocidad (Fundamento de los aceleradores de partículas, tan de actualidad por los experimentos del CERN) y también el fenómeno de la dilatación del tiempo.
Les espero pacientemente: la relatividad del espacio-tiempo no tiene prisa.
Miestras esperamos a los acontecimientos que nos ha de deparar la investigación del acelerador de partículas del CERN, con sus neutrinos tramposos, que viajan a más velocidad que la de la luz por tomar atajos en otra dimensión, les dejo con la "alegría de ánimo" que nos propone Bach:
Seguiremos desvelando el misterio del Universo.
