El Espacio Y El Tiempo Son Relativos

III. LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN

EL TIEMPO Y EL ESPACIO RELATIVOS

Nosotros pensamos que el tiempo transcurre de igual forma para todos, pero la teoría de Einstein precisa que el tiempo no es el mismo para distintos observadores (el efecto predicho por Einstein sólo es perceptible a velocidades cercanas a la de la luz).

La razón por la que no percibimos variaciones de tiempo en nuestra vida diaria, es que estamos acostumbrados a movernos a velocidades muy pequeñas con respecto a la velocidad de la luz. Si la velocidad de la luz fuera mucho más pequeña, nos podríamos dar cuenta de que el tiempo es relativo a quien lo mide.

Pero entonces, ¿es imposible determinar en forma única la duración de un fenómeno?, ¿nos condena la relatividad a perder el concepto del tiempo?

No, El tiempo que marca un reloj es un concepto perfectamente bien definido. De acuerdo con la teoría de la relatividad, el tiempo de ese reloj no coincide con el que marca otro reloj que se mueve con respecto al primero, pero la relación entre los dos tiempos se puede determinar perfectamente.

Todos los fenómenos físicos tienen su tiempo asociado. Si queremos medir el tiempo transcurrido entre dos sucesos, es mejor hacerlo en un sistema de referencia en el que dos sucesos ocurran en el mismo punto. El tiempo así medido los físicos lo llaman “tiempo propio”. Otra consecuencia sorprendente de la teoría de Einstein es que el espacio, al igual que el tiempo, también es relativo a quien lo mide.

MATERIA Y ENERGÍA

En la teoría de la relatividad Einstein se dio cuenta de que la masa y la energía de un cuerpo aparecen siempre unidas de manera notable en las ecuaciones de su teoría. Por lo cual afirma que hay una equivalencia entre la masa y la energía, expresada en la fórmula:

Donde E es la energía de un cuerpo, m su masa y c2 la velocidad de la luz elevada al cuadrado.

Esta fórmula afirma que solo un kilogramo de materia equivale aproximadamente a toda la energía que se consume en la Tierra en una hora.

LA NATURALEZA DE LA LUZ

Al descartar al éter como sistema absoluto de referencia, resurgió con más fuerza la duda de la propagación de la luz: si la luz es una onda, ¿en qué medio se propaga?, para responder a esta pregunta fue necesaria otra revolución científica: la mecánica cuántica, el cuya fundación participó Einstein.

Todo cuerpo caliente radia energía en forma de luz. La cantidad de energía emitida en cada longitud de onda depende fundamentalmente de la temperatura del cuerpo emisor y se puede medir experimentalmente. el físico alemán Max Planck demostró que se podía explicar la forma de la radiación emitida por un cuerpo si se postulaba, que la luz se propaga en paquetes de energía, siendo la energía de cada paquete inversamente proporcional a la longitud de la onda. Esta hipótesis de Planck, formulada en 1900, explicaba los experimentos pero no parecía tener ninguna base física.

En 1916 Einstein postuló que la luz está compuesta de partículas y esta es una partícula, contradiciendo una vez más las ideas bien establecidas de su época.

La partícula de la luz es el fotón, que también se comporta como una onda, y la relación entre la energía del fotón y su frecuencia está dada por la fórmula de Planck. Evidentemente, el fotón viaja siempre a la velocidad de la luz. Para ello, su masa debe ser exactamente cero (sólo una partícula sin masa puede viajar a esa velocidad y poseer una energía finita).

Por supuesto, el fotón no necesita de ningún éter para propagarse. En el lenguaje de la física moderna, el campo electromagnético posee energía, y esta energía está cuantizada: aparece sólo en paquetes de energía. El fotón se interpreta como un cuantum (cantidad mínima indivisible) de campo electromagnético.

IV. ESPACIO Y TIEMPO

A, EINSTEIN

La relatividad de Einstein alteró básicamente nuestros conceptos de espacio y tiempo, que dejaron de ser categorías independientes para fusionarse en un solo concepto: el espaciotiempo.

El espacio posee tres dimensiones: esto quiere decir que, para determinar la posición de un punto, se necesita un sistema de referencia y tres números o, dicho de otro modo, que todo cuerpo posee altura, anchura y profundidad. El tiempo, es unidimensional y sólo se necesita un número para precisar un intervalo de tiempo

En la mecánica clásica, el espacio y el tiempo eran dos absolutos, independientes entre sí. En la teoría de la relatividad, se unen para formar el espaciotiempo de cuatro dimensiones: tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal.

Un dato curioso es que las cuatro coordenadas del espaciotiempo aparecen unidas en la teoría de la relatividad, mientras que en la física clásica están disociadas en tres espaciales y una temporal.

LA CONTRACCIÓN DEL TIEMPO

Evidentemente, la contracción relativista del tiempo es muy importante en el caso de las partículas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.

Para estudiar las partículas elementales, se utilizan aceleradores de partículas que las aceleran hasta conseguir velocidades cercanas a las de la luz.

Estas partículas, al chocar entre sí, se "rompen", o, más precisamente, producen nuevas partículas al transformar su energía en masa.

La contracción del tiempo que ocurre en un viaje interestelar a gran velocidad parecería conducir, a primera vista, a una contradicción con el principio de la relatividad. En efecto, consideremos el caso de dos gemelos, uno de los cuales se queda en la Tierra y el otro realiza un viaje a las estrellas con una velocidad cercana a la de la luz. Como indicamos anteriormente, el gemelo viajero regresará a la Tierra más joven que su hermano que se quedó. Pero, de acuerdo con el principio de relatividad, el tripulante de la nave espacial puede afirmar que él está en reposo y es la Tierra la que se mueve; ningún experimento físico puede demostrarle lo contrario. Sin embargo, de acuerdo con esta interpretación, el gemelo que permaneció en la Tierra debe ser el más joven, cuando la Tierra se "vuelva a unir" con la nave espacial. Ésta es la llamada Paradoja de los gemelos.

¿MÁS RÁPIDO QUE LA LUZ?

Hemos señalado anteriormente que la velocidad de la luz es una barrera natural

...