Teoría Especial de la Relatividad

 Teoría Especial de la Relatividad
Héctor Zenil
Un pasajero en un avión sabe que está en movimiento cuando al abrir
su ventanilla ve pasar las nubes y recorrer grandes terrenos. ¿Qué
verían y sentirían los pasajeros del avión, sin turbulencia alguna, si todo
lo que le rodeara se moviera con él? Todos ellos sentirían estar en
reposo, estacionados en pleno trayecto. Y, de alguna forma, tendrían
razón. Esto se debe a que no existe el reposo o el movimiento absoluto
sino que depende del sistema de referencia con el que se compare, ya
sean las nubes, el piso u otro avión.
Galileo Galilei desarrolló un sistema de transformaciones o ecuaciones
para sumar velocidades. Galileo hizo evidente el hecho de que si un
pasajero de un barco caminaba sobre la borda su velocidad con respecto
a la costa era la velocidad del barco más la velocidad de su
desplazamiento sobre la borda. Por lo tanto, si el barco navegaba a 30
km. por hora y el pasajero caminaba a cinco km. por hora en la misma
dirección, su velocidad con respecto a la costa sería de 30 más 5, es
decir, 35 km. por hora. De otra forma, si el pasajero decidía moverse en
dirección contraria habría entonces solamente que restar las velocidades
correspondientes.
En nuestro avión supóngase que se enciende una luz en su interior. Si
se mide la velocidad con que sale la luz de la fuente de origen se
encontrará que viaja a aproximadamente 300 mil kilómetros por
segundo. Si el avión viaja a mil kilómetros por hora, sería lógico esperar
que la velocidad de la luz medida desde el aeropuerto fuera mil
kilómetros por hora mayor. Pero lo que sucede en la naturaleza es
precisamente lo que sostiene Einstein en su teoría: el resultado de la
medición de la velocidad de la luz dentro del avión en movimiento o
desde el aeropuerto es exactamente el mismo.
Este hecho es el origen y centro de la teoría de la relatividad. De alguna
forma, si la velocidad de la luz era constante y la velocidad está en
términos de la distancia sobre el tiempo eran éstos los que debían sufrir
variaciones y no la velocidad de la luz. Einstein sostiene entonces que la
luz se propaga a través del vacío y que su velocidad, medida desde
cualquier sistema de referencia, es siempre la misma y por tanto que el
tiempo a bordo del avión transcurre más lentamente que en el
aeropuerto. Esto fue comprobado en 1971 mediante la sincronización de
cuatro relojes atómicos de alta precisión que detectaron un desfase
entre los que se colocaron en el avión con los que se quedaron en tierra.
Naturalmente la dilatación del tiempo es tan pequeña que es
imperceptible para un pasajero, pero esto sería diferente si el avión
lograra velocidades mucho mayores, cercanas a la de la luz.
Está claro entonces que no hay que usar las transformaciones de Galileo
(sumar o restar velocidades y distancias) para pasar de un sistema de
referencia a otro cuando se trata de la velocidad de la luz, o en general,
de las ondas electromagnéticas. Si la velocidad de la luz es la misma
para cualquier sistema se usan las transformaciones de Lorentz, que
incluyen esta cualidad fundamental de la luz y que varían sensiblemente
a las de Galileo solamente cuando se requiere de una gran precisión o
se encuentran involucradas velocidades cercanas a la velocidad de la
luz. Las ecuaciones de Lorentz son utilizadas en los sistemas de
posicionamiento global o GPS, por sus siglas en inglés, se trata de un
sistema de alta precisión integrado por cientos de satélites que orbitan
alrededor de la Tierra para ubicar lugares, calcular distancias o localizar
objetos sobre la superficie de nuestro planeta. El GPS no sería posible
sin las consideraciones de la teoría de la relatividad de Einstein, ya que
arrojaría errores permanentes de varios metros de diferencia haciéndolo
inútil para sus propósitos.