100 años de relatividad
¿Qué es la teoría de la Relatividad? Esa pregunta se la hace mucha gente 100 años después de su publicación.
Hoy, en 2005, hace 100 que Albert Einstein sorprendió al resto de la comunidad científica y al mundo con unos trabajos hechos en una oficina de patentes mientras los escondía para que sus jefes no le pillaran haciendo otra cosa que no fuera trabajar. Suerte de su rebeldía. Fue el tercero de 3 artículos que publicó ese año.
Podríamos afirmar que cuando nos desplazamos en un tren, barco, coche o avión a velocidad constante nos movemos y que el suelo de la Tierra está parado. Sin embargo, una cosa sorprende: a veces nos da la sensación que estamos parados cuando, en realidad, nos estamos desplazando. Basta mirar por las ventanillas y verlo.
Quien primero que estudió seriamente este detalle fue Galileo Galilei. Buscaba una cosa muy particular: un sistema de referencia absoluto. En otras palabras, un sistema de referencia parado respecto cualquier cosa que se moviese en el Universo. Supongamos que existe, se dijo. Pues busquémoslo. Empezó a hacer experimentos en un barco desplazándose sobre el mar. Lanzó una moneda al aire y comprobó que el comportamiento era exactamente igual que si estuviera en tierra firme. Sus sensaciones eran todas las mismas. Incluso se fijó en el vuelo de las moscas dándose cuenta que ellas tampoco notaban la diferencia. Hizo más y más experimentos buscando esa diferencia.
No la encontró nunca. Si no puedo diferenciar un experimento estando parado o moviéndome a una velocidad constante, se preguntaba, ¿cómo puedo comprobar que en la Tierra estoy parado respecto al resto del Universo?. Pues no puedo. Enunció entonces su Principio de Relatividad: no se puede hacer ningún experimento que me permita saber si estoy parado o me muevo a velocidad constante. Es un principio, no tiene demostración, pero siempre podréis comprobarlo o verificarlo en cualquier experimento.
Por otro lado, ¿sucede esto también con la velocidad de la luz? Si una persona que va en un tren enciende una linterna enfocando en la misma dirección y sentido del movimiento, ¿irá a más deprisa que la propia velocidad de la luz?. ¿No tendríamos entonces un modo de diferenciar quién se mueve y quién no? Bastaría medir velocidades de la luz y la que fuera mayor sería quien se mueve más deprisa. Y si el tren fuera a la velocidad de la luz y pusiera una linterna en sentido contrario, ¿vería el rayo de luz parado?. Albert Abraham Michelson y Edward Morley (experimento Michelson-Morley, el experimento fallido más famoso de la historia) concluyeron que la velocidad de la luz era constante independientemente del movimiento, respetando el principio de Relatividad de Galileo.
Pues bien, partiendo del principio de relatividad de Galileo y de que la velocidad de la luz constante para cualquier sistema de referencia llegamos a priori a una contradicción. Mirad esta imagen:
En ella tenemos dos vagones de tren: el de arriba parado respecto los raíles y el de abajo que se mueve a velocidad constante. Un pasajero en cada vagón lanza un rayo de luz que da a un espejo y vuelve. Conocida la distancia (ancho del tren) y el tiempo (que cronometramos) vemos realmente que la velocidad de la luz es la correcta.
Sin embargo, el que está parado (el de arriba), dirá al que está en marcha que no recorre precisamente la distancia de ida y vuelta, sino un poquito más debido al movimiento. Si se conserva la velocidad de la luz en ambos experimentos, y la distancia es diferente, el tiempo medido también lo será.
¿Cómo es eso posible? ¿Cómo puede ser que ambos hayan medido la velocidad de la luz pero sus relojes hayan marcado tiempos diferentes uno respecto de otro haciendo exactamente el mismo experimento? En 1905 Albert Einstein resolvió este problema. Pero tuvo que cambiar nuestra concepción del tiempo como una medida absoluta. A partir de ahora, el tiempo dependería del sistema de referencia. Pero no creáis que el amigo Albert Einstein se paró aquí. Llegó mucho más lejos, pero eso ya es otra historia.