Viaje al futuro, la dilatación del tiempo

Viaje en el Tiempo

¿Qué pensaríais si en los tres casos de nuestro ejemplo futbolístico al portero le llegase la pelota con la misma velocidad, sin importar si la plataforma, desde la que chuta el futbolista, se aleja, se acerca o permanece en reposo?

Tal cosa, responderíais, es imposible. La realidad, el mundo, no funciona así. Al menos, el mundo en el que vivimos, de pelotas de fútbol, porterías, revisores y trenes. Sin embargo, sí sucede cuando nos referimos a la luz. La luz se desplaza, SIEMPRE, con la misma velocidad (300000 Km/s) sin tener en cuenta el marco de referencia, o sea, sin importar que acompañe nuestro movimiento o se aleje en sentido contrario.

Este hecho fue descubierto por dos físicos estadounidenses: Michelson y Morey, en 1887, merced a un celebérrimo experimento que los dejó, literalmente, pasmados y sólo un poco más tarde fue comprendido cabalmente.

De estos dos resultados (la relatividad del movimiento que vimos en el anterior post, y la velocidad constante de la luz), Einstein, de manera independiente, extremaría las conclusiones. Por un lado, afirmó: todo marco de referencia es arbitrario, no hay un punto o marco privilegiado, absoluto, en el Universo desde el que sopesar el resto.

Esto tiene consecuencias. Volvamos a un tren (coged el avión si queréis), ahora, de alta velocidad que atraviesa los campos de trigo a unos 350 Km/h. Si el tren mantiene un movimiento uniforme (no hay aceleración), podemos escanciar tranquilamente una sidra o lanzar una moneda al aire que ésta, cuando caiga, caerá en el mismo punto, tras haberse movido únicamente en la vertical.

Esto es, mientras la moneda giraba en el aire el tren se movía a 350 Km/h, pero en ningún modo hemos tenido que ir a recogerla unos metros atrás. Porque la moneda forma parte del sistema inercial del tren, es decir, que se comporta exactamente igual que si el tren estuviese parado. Las leyes físicas son las mismas dentro de un vagón a 350 Km/h (sin aceleración) y en un laboratorio inmóvil (¿inmóvil? También la Tierra se mueve, ¿no?). de hecho, no hay manera de saber, mediante un experimento, si ocurre una cosa u otra (podemos, eso sí, mirar por la ventanilla…).

El primer postulado de la relatividad especial, por lo tanto, proclama que las leyes de la física, de la naturaleza, son las mismas en todos los marcos de referencia con movimiento uniforme.

El segundo postulado es el que se sigue del experimento Michelson-Morey, aunque Einstein, antes de conocerlo, ya se había preguntado, siendo adolescente, cómo se vería un rayo de luz si el observador viajase a su misma velocidad . La respuesta de la física clásica es: el rayo estaría en reposo respecto del observador. Einstein respondió: no, el rayo se alejaría a 300000 Km/h.

La velocidad de la luz, c, no es relativa, al contrario, es lo único constante, absoluto (ya véis que en la teoría de la relatividad no todo es relativo…). Así dice, en esencia, el segundo postulado.

Todo lo dicho tiene consecuencias incomprensibles para el sentido común: la dilatación del tiempo. Según la física clásica (newtoniana) hay un marco de referencia privilegiado (éter o vacío) y un tiempo absoluto en el que suceden los acontecimientos. Un tiempo absoluto…o sea, un segundo es siempre un segundo, vayamos montados en una vespa o cabalgando un rayo de luz.

Según la nueva teoría, esto no es así, el tiempo depende del movimiento relativo entre el observador y el acontecimiento observado. Einstein, en ocasiones, lo ilustró con un ejemplo: el reloj de luz.

Supongamos un tubo vacío, alargado, con dos espejos reflectantes en ambos extremos. Un pulso de luz rebota verticalmente, dentro del tubo, de espejo norte a espejo sur, de manera indefinida. Si el tubo midiese 300000 Km, el pulso de luz tardaría un segundo, en ir de un extremo al otro, en el marco de referencia del reloj de luz.

Imaginemos que vemos pasar una veloz nave espacial (próxima a la velocidad de la luz), de paredes transparentes, con el reloj de luz en su interior. Observaremos que el pulso de luz rebota de un extremo a otro trazando una trayectoria no vertical, sino diagonal, más larga. El tripulante de la nave, por el contrario, seguirá viendo el pulso luminoso en la vertical.

Ahora, recordemos que c, la velocidad de la luz, se mantiene, SIEMPRE, constante, sin importar el marco. Recordemos también que toda velocidad es igual al cociente del espacio (distancia) por el tiempo. Por lo tanto, en el caso de la luz, c= e/t. En esta ecuación la c es siempre la misma (300000 Km/h).

Entonces, volviendo al ejemplo, el pulso de luz, al trazar (según el observador que está fuera de la nave) una diagonal, recorre evidentemente una distancia mayor. Por lo tanto, para que la velocidad de la luz, c, permanezca constante en la ecuación c=e/t, el tiempo ha de ser también más largo: el tiempo de la nave pasa más lentamente que en la posición del observador exterior.

No es sólo el reloj de luz, es el propio tiempo. Para el observador exterior, es el tiempo del marco de referencia de la nave el que transcurre más lentamente. El ritmo cardiaco de los tripulantes disminuye (visto desde fuera), los sucesos ocurren a cámara lenta…en definitiva, el tiempo se dilata.

¿Notan los tripulantes estos extraños efectos? En absoluto. Si todavía no os habéis dormido, nos gustaría presentaros el clásico ejemplo del viaje de los gemelos: uno de ellos hará un fascinante viaje al futuro…

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4 comentarios

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  1. Mati dice:

    Buenos articulos sobre la teoría de la relatividad. Un pequeño comentario: en algunos puntos has indicado la velocidad de la luz como 300 000 Km/h.

  2. antonio dice:

    Pero al observador que va en la nave le parecerá que el pulso de luz del reloj de fuera se mueve también según una trayectoria oblícua quedándose atrás, más larga que la vertical. Luego aparentemente para el observador de la nave sería fuera donde el tiempo iría más despacio ¿no?

  3. Susensio dice:

    Justo iba a preguntar lo mismo que antonio.
    Para el de fuera el tiempo de dentro es mas lento,
    para el de dentro el de fuera es mas rapido (obligatoriamente, pues no hay marcos de referencia absolutos). Como se explica eso?

  4. Coqui dice:

    Para ambos observadores, el de la nave y el de la Tierra, el tiempo que observan en el reloj del contrario se dilata, es decir, va más lento. Para los dos, pues para ambos el otro se mueve con velocidad relativa respecto a su propio sistema de referencia inercial.

    Para el que le haya gustado el tema, le recomiendo esta serie de videos:

    http://www.youtube.com/watch?v=oXvC00cqj6I

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