El 1905, el físico Albert Einstein propuso una teoría que daba respuesta a una serie de fenómenos para los que la Física de la época no encontraba explicación. No obstante, aquella propuesta traía unas consecuencias aparentemente absurdas y paradójicas que cambiarían nuestra manera de entender el mundo por siempre jamás. El tiempo demostró que aquellas ideas no eran absurdas en absoluto y que Einstein tenía razón.
(c) Oriol Massana.
En barco con Galileo
Dos amigos están en la cubierta de un barco. A su alrededor vuelan mariposas y otros insectos. También hay una pecera con peces y una botella tumbada que gotea dentro de otro recipiente.
Esta curiosa escena la describió el padre de la ciencia moderna, Galileo Galilei, en su libro Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo. Aunque el libro es casi tres siglos más antiguo que la teoría de la relatividad de Einstein (se publicó en 1632), tiene mucho que ver. Galileo observó que, tanto si el barco estaba parado como si se movía a velocidad constante, los dos amigos verían los animales volar o los peces nadar con la misma velocidad en todas las direcciones, como verían caer las gotas siempre verticalmente.
La inercia
Todo el mundo que se haya mareado en un barco sabe que -al contrario de lo que decía Galileo- se puede saber perfectamente cuando se mueve el barco y cuando no. Y también que no es demasiado prudente dejar una pecera de cristal a merced de las oscilaciones del barco. Aun así, las desagradables consecuencias de un viaje por mar se deben a que el barco cambia continuamente de velocidad y de dirección: si se moviera a lo largo de una línea recta y con velocidad constante, las cosas irían exactamente como decía Galileo. Efectivamente, los objetos presentan una "resistencia" a cambiar su movimiento, denominada inercia. Pero esta resistencia sólo se hace patente cuando se produce el cambio de velocidad, y no mientras la velocidad se mantiene constante. De hecho, todos nosotros nos encontramos en un planeta que viaja a miles de kilómetros por segundo a través del espacio y sin embargo no lo notamos. No obstante, si la velocidad de la Tierra aumentara o disminuyera, lo notaríamos de una forma mucho más espectacular que cuando vamos en autobús y éste frena o acelera.
La relatividad según Galileo
Imaginemos que nos encontramos en un muelle y que por delante de nosotros pasa el barco descrito por Galileo a 10 km/h. Imaginemos ahora que una de las personas que viajan en él tira una pelota hacia adelante a 10 km/h. Para esta persona, como hemos visto antes, la pelota irá a 10 km/h; pero para nosotros, el movimiento del barco y el de la pelota se sumarán, y la pelota viajará a 20 km/h. Del mismo modo, para el pasajero del barco no será él quien se mueve a 10 km/h, sino nosotros. La velocidad de un objeto, pues, depende del observador, o en otras palabras, es relativa al observador (técnicamente, el sistema de referencia).
El secreto de la luz
Pero ¿qué pasaría si en vez de una pelota, aquello que el pasajero proyectara hacia adelante del barco fuera un rayo de luz? La luz viaja a 300.000 km/s. Por lo tanto, si observáramos desde el muelle una persona sobre un barco que navegara a 10 km/h y ésta encendiera una linterna apuntando adelante, a nosotros nos debería parecer que la luz de la linterna viaja a 300.000 km/s + 10 km/h; mientras que para la persona que sujeta la linterna desde el barco, la velocidad de la luz sería "sólo" de 300.000 km/s. Parece lógico, ¿no? Sorprendentemente, algunos experimentos realizados a finales del siglo XIX revelaron que la velocidad era exactamente igual para los dos observadores: 300.000 km/s. ¿Cómo podía ser?
Que llega Einstein!
Los experimentos que demostraban que la velocidad de la luz no dependía del observador no encontraron una explicación física hasta que Einstein no desarrolló su teoría. La teoría de la relatividad de Einstein destaca por el hecho que afirma que aquello que es válido para un barco y para una pelota, no es válido para la luz: la luz se propaga siempre a la misma velocidad independientemente del observador (300.000 km/s).
Así pues, la velocidad de la luz es una constante absoluta universal. Pero si la velocidad de la luz es igual para todos los observadores... ¡debe de haber algo que imaginábamos absoluto que en realidad no lo es! Efectivamente, según Einstein el tiempo y el espacio no son iguales para todo el mundo, son variables relativas al observador. Esta es la peculiaridad de la relatividad de Einstein.
El tiempo y el espacio son relativos
Si uno de dos gemelos idénticos se hace astronauta y se pasa años viajando en su nave espacial a grandes velocidades, próximas a la velocidad de la luz, cuando vuelva a la Tierra su hermano (y todos los de su generación) habrán envejecido notablemente más que él. Si se ponen a la hora (se sincronizan) dos relojes idénticos y se los hace recorrer caminos diferentes, a velocidades diferentes, cuando se vuelvan a encontrar no indicarán la misma hora. Cuanto más velocidad, más lento pasa el tiempo. Pero esto sólo es apreciable a velocidades muy superiores a las que habitualmente viajamos.
La velocidad es el espacio recorrido por un objeto en un tiempo determinado. Que nuestra velocidad sea muy alta significa que recorremos un gran espacio en un tiempo muy pequeño. La luz recorre 300.000 km en un segundo. Esto lo observamos perfectamente desde el reposo. Si cuando viajamos a una velocidad próxima a la de la luz, seguimos observando que la luz recorre 300.000 km en un segundo, significa que, de alguna manera, nuestro segundo de ahora es muuuuuucho más largo que nuestro segundo cuando estábamos en reposo. Es decir, desde este nuevo sistema de referencia, el tiempo pasa mucho más lento (aunque no nos damos cuenta) y esto nos hace seguir percibiendo que la luz viaja a 300.000 km/s (¡Claro está! Ahora un segundo es casi una eternidad!). También es razonable pensar que los 300.000 km vistos desde el reposo se han acortado mucho ahora que viajamos a grandes velocidades, aun cuando nosotros no somos conscientes. Sólo un observador que nos mire desde el reposo o des de una velocidad lejana a la de la luz, percibirá que el espacio que ocupamos se ha comprimido y que el tiempo en el cual nos movemos es mucho más lento, como si nos moviéramos a cámara lenta.
Este fenómeno puede parecer ciencia ficción, pero pasa continuamente dentro la lluvia de rayos cósmicos resultantes de explosiones espaciales que llega a la Tierra. Algunas de las partículas que componen esta lluvia se mueven con velocidades próximas a la de la luz. Los científicos han medido que en su sistema de referencia, estas partículas se desintegran en un tiempo muy corto. Aun así, visto desde la Tierra, este tiempo se dilata y, por esta razón, muchas de estas partículas consiguen llegar a la superficie terrestre antes de desintegrarse. Es decir, si nosotros viajáramos con ellas, veríamos que las partículas se desintegran enseguida. Puesto que las miramos desde un sistema de referencia que va a una velocidad muy menor, nos parece que tardan mucho tiempo a desintegrarse (suficiente como por hacer el viaje desde estrellas lejanas hasta la Tierra).
La masa es energía
Una de las consecuencias más famosas de la relatividad es la expresión E=mc2. Esta ecuación dice que un objeto en reposo tiene una energía (E) equivalente a su masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. La velocidad de la luz es tan alta que la masa de una aguja tiene una energía equivalente a la de una gran explosión, como la de una bomba atómica. La conversión de masa en energía es la fuente de la energía del Sol y de las otras estrellas. También es la base de la energía nuclear y del potencial destructivo de las bombas atómicas.
(c) Oriol Massana. 
