A principios del siglo XX se investigo ampliamente la luz: su velocidad exacta, el medio por el que se movía, su energía, etc. En esta amplia investigación se realizo un experimento del que se obtuvieron unos extraños resultados.
Galileo Galilei y su relatividad
Galileo Galilei genero una teoría conocida como la teoría de la relatividad de Galileo. Esta consistía básicamente en una suma aritmética de velocidades y se basaba en los sistemas de referencia, me explicare:
Si estas en un gimnasio, y ves a un hombre usar una cinta de correr (ves que se mueve a la misma velocidad que la cinta pero en dirección opuesta) le ves quieto
Siendo:
Con esto a gran escala se puede decir que un tren se mueve o que el mundo se mueve (depende de si lo observas desde el tren o desde el mundo) de aquí la “relatividad”.
El experimento de Michelson y Morley
Como contaba a principios del siglo XX se realizo el siguiente experimento:
Se dispararon de forma simultánea un haz de luz en el sentido del giro terrestre (giro que realiza la tierra sobre si misma) y otro en el sentido opuesto, y se cronometro el tiempo que tardaba cada uno de ellos en dar la vuelta completa a la tierra.
Según la teoría de galileo el primero tardara menos que el segundo pues se sumaría la velocidad del giro de la tierra a la velocidad del primer haz de luz y se restaría al otro.
Pero los resultados invalidaron la teoría de la relatividad de Galileo, pues, ambos haces llegaron al mismo tiempo.
De esta experiencia surge la teoría de la relatividad especial de Einstein:
La teoría de la relatividad especial de Einstein
Esta teoría surge de dos ideas fundamentales:
1-La luz se mueve siempre a velocidad constante de 300.000 Km/seg, independiente de la velocidad de la fuente emisor.
2-No existe ningún experimento posible que diferencie el estado de movimiento uniforme al estado de reposo
Como se ve la primera surge del experimento de Michelson y Morley (el explicado anteriormente).
El segundo por una parte depende del primero (Si el primero no se cumpliese se podría saber si un cuerpo está en movimiento o no), y deriva de la relatividad de Galileo,.
La teoría de la relatividad de Einstein expresa esencialmente la siguiente idea:
Si la luz no varía de velocidad al ser lanzada desde un foco en movimiento, pero se ve obligada a recorrer una mayor longitud, inevitablemente para que se cumpla la igualdad velocidad igual a longitud entre tiempo el incremento de tiempo ha de aumentar
Hagamos una suposición:
Imagina estar en un vehículo que se mueve en una pista cerrada a una velocidad tremenda, cercana a la de la luz. Por otra parte tu amigo esta fuera mirándote circular (aunque en el fondo circulas a velocidades gigantescas puede verte). Para medir el tiempo en vez de tener un reloj de pulsera, bolsillo, arena, agua… Tenéis relojes de luz, es decir un aparato con espejos que emite luz y cuando rebota cuenta un segundo.
Este es un simple dibujo para visualizar como seria el reloj. Para hacernos a la idea el haz de luz tarda x · tiempo , es decir, el tiempo en llegar al espejo azul y volver. Es decir su velocidad, la velocidad de la luz es:
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Ambos es decir tu y tu amigo tenéis este peculiar reloj y ambos por la segunda idea veis el reloj actuar del mismo modo. Pero cada uno veis al otro moviéndose (tu que estas en movimiento sufres el mismo efecto visual que el de la tierra y el sol) por tanto el cristal durante ese segundo se a desplazado una determinada distancia según la velocidad en que te mueves, el haz de luz sufre el mismo efecto, por ello tu no ves que el haz recorra la distancia vertical D si no que ves:
De forma intuitiva ves que el haz recorre mas longitud que la propia D, y al existir la constante c, es decir, la luz es constante. Por estos motivos:
Con unos pocos cálculos
Con unos pocos cálculos y el teorema de pitagoras vemos que:
Si ahora usamos la formula anterior, cuando el reloj actúa verticalmente:
Y lo sustituimos en la función que hemos simplificado:
Conclusiones
Esta fórmula nos permite calcular el tiempo de un cuerpo a (v) velocidad según el tiempo en reposo, por ejemplo, supón que vas a 40.000km/h velocidad de los cohetes espaciales haciendo la operación sacas que:
Por cada segundo en reposo el tiempo a 40.000 km/h aumenta 10-9 segundos más.
Es decir, aumenta poquísimo, por ello, se puede entender de inmediato, que los cálculos relativistas se usan a grandes velocidades, cercanas a la de la luz.
Así se descubre que el tiempo es relativo y que varía según el movimiento, por eso, no es lo mismo contar un segundo andando, que contarlo en reposo, o corriendo.
Como consecuencia a esta teoría surgió una física especial y unas formulas propias de ella.
Los cálculos de esta teoría y de la física relativista son más complicados que el cálculo que he puesto encima basado, totalmente, en una suposición. Los cálculos de la teoría de la relatividad especial surgen de las transformaciones de Lorentz. Además la física relativista incluye la teoría de la relatividad general o teoría gravitatoria de Einstein que funciona a partir de círculos basados en geometrías no euclideas.
Una vez tenemos clara la teoría de la relatividad especial volvamos a la hipótesis anterior:
Tu estas en una nave que recorre un circuito cerrado a una velocidad muy cercana a la de la luz y tienes el famoso reloj de luz, como es lógico ves a tu reloj funcionar verticalmente de ese modo tu no notas envejecer más lentamente. Fuera esta tu amigo quien tiene como tu ese maravilloso reloj de luz. Cuando pasas junto a él ves que su reloj realiza ese movimiento triangular, es decir, que tarda más en marcar un segundo. Si lo hicieseis al revés tu en reposo y él en la nave, verías lo mismo, el reloj de tu amigo es el que hace el movimiento triangular, y el que retrasa.
Todo es relativo
Arturo Rodríguez Fanlo
