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Introducción a la Relatividad de Einstein

Viajando a la velocidad de la Luz como se muestra en la película Star Wars

El mundo en que vivimos es extraño, muy extraño, sin embargo no nos damos cuenta de aquello, en general seguimos mirando el universo según el paradigma de finales del 1800. En nuestro universo, como lo conocemos, el tiempo no transcurre igual para todos, podemos viajar hacia el futuro, sin vuelta atrás eso si, y existen dispositivos que tu usas, que sin relatividad no podrían funcionar… todo gracias a la teoría de la relatividad de Einstein, comencemos.

Como percibimos la velocidad

Albert Einstein, creador de la teoría de la relatividad.

Albert Einstein, creador de la teoría de la relatividad.

Si vas en un auto a 100 km/h y te pasa otro auto a 120 km/h, tu verás alejarse a ese auto a 20 km/h, simple matemática. En nuestro mundo cotidiano las velocidades se suman y restan de forma inmediata, pero veamos este ejemplo de un auto que puede aproximarse a la velocidad de la luz, que definiremos con la letra c, y equivale aprox. a 300.000 kilómetros por segundo! Entonces tu vas en un auto a la mitad de la velocidad de la luz, y un rayo de luz te sobrepasa, tu creerás que se aleja de ti a la mitad de la velocidad de la luz, pero no es así, si mides su velocidad verás que se mueve a 300.000 km/s. Entonces presionas a fondo el acelerador llegando a 290.000 km/s, y vuelve un rayo de luz a sobrepasarte, tu creerás que ya no se mueve a 300.000 km/s, pero tu sorpresa es máxima ya que al medir su velocidad sigue siendo la misma. Conclusión, no importando a la velocidad que tu te muevas en el espacio, la velocidad de la luz será siempre 300.000 km/s. Pregunta difícil, cómo es esto posible??

Definición de velocidad

Aquí entraré un poquito en matemática, pero no te asustes, no es compleja, y no es fundamental para entender este artículo, pero si creo que es interesante, si quieres puedes saltarte esta parte. Pues bien, cuando uno dice kilómetros por hora, lo que hacemos es combinar distancia con tiempo, cuánta distancia recorro en una cierta cantidad de tiempo, 100 km/h equivale, como bien debes haber observado, a 100 kilómetros recorridos en una hora, es decir, velocidad es distancia dividido en tiempo, fácil no?. Entonces cómo es posible que no importando a la velocidad que yo me mueva, la luz siempre viaja a 300.000 km/s?? porque si yo hago la matemática de 300.000 km/s menos 290.000 km/s el resultado debiera ser 10.000 km/s, pero no es así! Lo que sucede es que ambas velocidades no pueden sumarse ni restarse, ya que… y aquí viene la parte extraña… no pueden sumarse ni restarse ya que el tiempo, es decir los segundos en este caso, NO SON IGUALES PARA AMBOS. El tiempo no transcurre igual para luz como para el auto, el tic tac del reloj no es el mismo.

La relatividad del tiempo

Como mencionaba, el tiempo no transcurre igual dependiendo de la velocidad con la que uno se mueve en el espacio. Por lo tanto, y esta es la gran revolución que hizo Einsten, la velocidad de la luz es una constante universal, todo le mundo, aliens y otra vida inteligente, no importando a la velocidad que se muevan en sus naves hyperespaciales miden lo mismo para la velocidad de la luz, bueno, en otras unidades que ellos inventaron, pero es igual para todos. Esto genera varias paradojas que en la práctica son factibles, como la famosa paradoja de los gemelos.

Viaje hacia el futuro

Representación gráfica de la paradoja de los gemelos en base a la teoría de la relatividad de Einstein

Representación gráfica de la paradoja de los gemelos en base a la teoría de la relatividad de Einstein

Imaginemos dos gemelos en la Tierra, uno de ellos toma una nave espacial que se mueve cercano a la velocidad de la luz y el otro se queda en la Tierra, para el gemelo astronauta su viaje de ida vuelta dura con corto tiempo, pero acá en la Tierra pasaron decenas de años y al volver encuentra que su gemelo ya es viejo, debido a que el tiempo no transcurrió igual para ambos. Esto es una simplificación dado que el gemelo astronauta al volver tuvo que aplicar una aceleración, pero esa parte quedará para otro artículo donde hablamos de relatividad general. El punto es que así funciona nuestro universo, el tiempo es relativo, no en el sentido general que nosotros usamos la palabra, sino que es relativo a la velocidad. También hay que agregar que no existe un punto referencial para medir una velocidad absoluta, solo se pueden comparar dos instantes cercanos a la misma velocidad. Y por qué entonces cuando mediemos velocidades en nuestro cotidiano no vemos este problema?

La relatividad en el día a día

Si bien yo voy en un auto a 100 km/h y me sobrepasan a 120 km/h, claramente existen fenómenos relativistas a considerar, pero las velocidades son tan bajas con respecto a la velocidad de la luz, que la diferencia relativista es casi cero, no es cero, pero muy cercana a cero, muchísimo menor que el margen de error del medidor de velocidad de nuestro auto, incluso mucho menor que cualquier instrumento que podemos utilizar para medir velocidades, por lo tanto, para asuntos prácticos, es cero. Entonces surge otra pregunta, es posible medir esta diferencia de tiempo, y tiene algún uso práctico? te sorprenderás con la respuesta.

 El GPS, un dispositivo relativista

Satélites para GPS, utilizan la teoría de la relatividad para entregar datos certeros.

Satélites para GPS, utilizan la teoría de la relatividad para entregar datos certeros.

Hoy en día todos tenemos gps en nuestro teléfonos, ya sea para postear nuestra ubicación en Facebook o para mirar un mapa y saber donde tenemos que ir. Pues bien, sin la relatividad los gps no podrían funcionar en absoluto! debido a la órbita de los satélites, sus velocidades son distintas a las nuestras, y bueno, por la gravedad que tienen también es menor por estar en órbita, pero eso es parte de la relatividad general. Por lo tanto, es absolutamente necesario aplicar correcciones relativistas a los relojes de los satétiles de gps para que nos entreguen con precisión nuestra ubicación. Pues ahí lo tienes, un dispositivo de uso casi diario que sin la relatividad de Einstein no podría funcionar.

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