¿En qué consiste la Teoría de la Relatividad?
La teoría pretende resolver problemas que no podían ser resueltos por la física clásica, o por la física del siglo XIX. Ciertas observaciones, como la órbita de Mercurio o la forma en que la luz de fuentes lejanas se curva al pasar por una estrella, no pueden explicarse con la física de 1900. Einstein se propuso revisar las ideas básicas de la física.
La teoría de la relatividad consta de dos teorías que Albert Einstein elaboró a principios del siglo XX. Una se llama relatividad "especial" y la otra se llama relatividad "general". Aquí hablaremos principalmente de la relatividad especial.
Relatividad especial
Hay dos ideas principales que componen la teoría de la relatividad especial de Einstein.
- El principio de la relatividad: las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que no se mueven entre sí.
- El principio de la velocidad de la luz: La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, independientemente de su movimiento relativo o del movimiento de la fuente de la luz.
¿Qué significa "relativo"?
El primer principio mencionado es bastante confuso. ¿Qué significa? Bueno, antes de Albert Einstein, los científicos pensaban que todo movimiento se producía con respecto a un punto de referencia llamado "éter".
Einstein afirmaba que el éter no existía. Decía que todo movimiento era "relativo". Esto significa que la medición del movimiento depende de la velocidad relativa y la posición del observador.
Un ejemplo de relatividad
Un ejemplo de relatividad es imaginar a dos personas en un tren jugando al ping-pong. El tren viaja a unos 30 m/s hacia el norte. Cuando la pelota es golpeada de un lado a otro entre los dos jugadores, a éstos les parece que la pelota se mueve hacia el norte a una velocidad de unos 2 m/s y luego hacia el sur a una velocidad de 2 m/s.
Ahora imagina que alguien está al lado de las vías del tren observando el juego de ping-pong. Cuando la pelota se desplaza hacia el norte parecerá viajar a 32 m/s (30 m/s más 2 m/s). Cuando la pelota es golpeada en la otra dirección, todavía parece viajar hacia el norte, pero a una velocidad de 28 m/s (30 m/s menos los 2 m/s). Para el observador que está al lado del tren, la pelota siempre parece viajar hacia el norte.
El resultado es que la velocidad de la pelota depende de la posición "relativa" del observador. Es diferente tanto para la gente del tren como para la persona que está al lado de las vías del tren.
E = mc2
Uno de los resultados de la teoría de la relatividad especial es la famosa ecuación de Einstein, E = mc2. En esta fórmula E es la energía, m es la masa y c es la velocidad constante de la luz.
Un interesante resultado de esta ecuación es que la energía y la masa están relacionadas. Cualquier cambio en la energía de un objeto va acompañado de un cambio en la masa. Este concepto fue importante para el desarrollo de la energía nuclear y la bomba nuclear.
Contracción de la longitud
Otro interesante resultado de la relatividad especial es la contracción de la longitud. La contracción de la longitud se produce cuando los objetos parecen más cortos cuanto más rápido se mueven en relación con el observador. Este efecto sólo se produce cuando los objetos alcanzan velocidades muy altas.
Intentemos ver un ejemplo de cómo los objetos que se mueven muy rápido parecen más cortos:
Si una nave espacial de 30 metros de largo pasara por delante de ti a la mitad de la velocidad de la luz, parecería tener 30 metros de largo. Si se acelerara a 0,95 de la velocidad de la luz, ¡sólo parecería tener 10 metros de largo!
Por supuesto, todo esto es relativo. Para la gente a bordo de la nave espacial, siempre parecería tener 30 metros de largo.
La velocidad de la luz
Antes de Albert Einstein, los científicos intentaban medir la "velocidad relativa" de la luz. Para ello, medían la velocidad de la luz de las estrellas que llegaba a la Tierra. Esperaban que si la Tierra se movía hacia una estrella, la luz de esa estrella debería llegarles más rápido que si la Tierra se alejaba de esa estrella.
Sin embargo, se dieron cuenta de que, independientemente de quién realizara los experimentos, dónde se llevaran a cabo o qué luz estelar se utilizara, la velocidad de la luz medida en el vacío era siempre la misma. No importa cómo el observador se mueva, si mide la velocidad de la luz procedente de esa estrella, siempre será el mismo número.
Los sucesos que parecen estar ocurriendo al mismo tiempo en un sistema, pueden no estar ocurriendo al mismo tiempo en otro sistema. Esto tiene muchos efectos que no son fáciles de ver o entender.
Dado que la longitud de un objeto es la distancia de un extremo a otro en un momento exacto de tiempo, si dos observadores viajan a velocidades diferentes (extremadamente rápidas), pueden no estar de acuerdo en la longitud del objeto que están observando.
He aquí otro ejemplo: Si una larga hilera de relojes parece sincronizada para un observador que no se está moviendo y parece estar desincronizada para ese mismo observador después de acelerar a cierta velocidad, entonces parecería que los relojes funcionan a diferentes velocidades durante la aceleración.
Esto que puede parecer muy extraño pasa en la vida real, y aunque no es nada importante debido a las bajas velocidades a las que se desplazan (mucho menores que la luz), es algo que les ocurre constantemente a los astronautas.
Si tras haber viajado 6 meses en órbita en la estación espacial, una astronauta volviese a la Tierra, no nos vería 6 meses más viejos (el tiempo que ha pasado para ella), sino que vería que hemos envejecido 6 meses y 4,4 milésimas. Si las velocidades fueran mayores, esta diferencia de tiempo también aumentaría.
Otros científicos anteriores a Einstein habían escrito que la luz parecía ir a la misma velocidad independientemente de cómo se observara. Lo que hizo que la teoría de Einstein fuera tan nueva e importante es que considera que la medición de la velocidad de la luz es constante por definición. En otras palabras, es una ley de la naturaleza.
