COMO ENTENDER NOCIONES DE FÍSICA TEÓRICA Y NO DORMIRSE EN EL INTENTO

Por Josep Emili Arias

UNA VARIABLE LLAMADA TIEMPO EN LA RELATIVIDAD ESPECIAL.

Para empezar una genérica, original y acertada definición de Tiempo:

" El tiempo es el sistema que tiene la Naturaleza para que todo no ocurra de golpe".

Graffitti en el WC. del "Pecan St. Café" Austin (Texas).

E1 tiempo es una variable como lo es la temperatura en un termómetro, todo depende en que lugar situemos los relojes, los termómetros y el observador. La relatividad del tiempo esta determinada por la Gravedad y la Velocidad (en su caso también la aceleración). Pero en este artículo solo vamos a hablar de la dilatación temporal inducida por la velocidad y que en 1905 Albert Einstein estableció y llamó Relatividad Especial o Restringida (por estar ausente la gravedad).

Como persona que leyó "Alicia en el país de las maravillas" publicada en 1865 y escrita por el matemático ingles Charles Dobgson, con seudónimo literario de Lewis Carro!, observo y pienso que este matemático ya intuía que el Tiempo podría tener un carácter relativo, para esta constatación solo tenéis que leer el capítulo - Tomando el té -.

Este artículo solo trata de explicar cómo se manifiesta la Relatividad Especial. El porqué se comporta así la naturaleza o cómo llego A. Einstein a estas conclusiones relativistas, resulta bastante dificil de entender y mucho más de explicar. En las décadas 20 y 30 se decía que solo existían diez personas en el mundo capaces de entender la teoría de la Relatividad.

Y también decía A. Einstein: "Si mis teorías hubieran resultado un fracaso, mis actuales compatriotas, los americanos, dirían que soy un suizo. Los suizos, con los que pase mi juventud dirían que soy un alemán. Los alemanes entre los que nací y crecí hubiesen dicho que era un judío proscrito y mis correligionarios los judíos, se preguntarían: ¿qué hace un judío sionista practicando ciencia?".

A la noche siguiente volvemos a pasar con el vehículo prototipo a la misma velocidad (un 80 % la de la luz) pero esta vez con un reloj de Pulso luminoso instalado encima del salpicadero, su funcionamiento es la emisión de pulsos luminosos contra un espejo situado a 30 cm y que éste devuelve al emisor, donde hay un cronómetro para registrar el tiempo que ha tardado el pulso en hacer todo el recorrido de 60 cm, y que Paco y yo dentro del vehículo lo registramos en 2 nanosegundos. Cuando pasamos enfrente de la Policía Local, el mismo policía (ya un poco mosca), conecta su cronómetro de pulsera y observa que nuestro peculiar reloj cuando emite el pulso de luz, éste realiza una trayectoria diagonal de ida y vuelta con recorrido de 1 m. El policía con su cronómetro ha registrado que el pulso de luz tarda en hacer todo el recorrido 3,3 nanosegundos. El policía intuye por lo que observó la noche anterior en los ocupantes del vehículo que los relojes mecánicos y biológicos en movimiento se atrasan, y este atraso se aprecia más conforme el movimiento se acerca a la velocidad de la luz y como buen estudiante de ciencias en el BUP, recuerda que la luz en todos los sistemas de referencia siempre viaja a la velocidad constante de 300.000 km/s aproximadamente (o 0,3 m/ns), con lo que ve y deduce que el recorrido del pulso de luz se ha dilatado. Pues aunque el tiempo se atrase, dentro del vehículo, la velocidad con que se propaga el pulso de luz no sufre ninguna variación (300.000 km/s aprox.), con lo que irremisiblemente el pulso de luz se ve obligado hacer más recorrido pues dispone de más tiempo, ya que el policía en reposo registra un tiempo de 1,3 nanosegundos de más por cada pulso. La conclusión de nuestro amigo policía es que si se atrasa y dilata el tiempo en el interior del vehículo, proporcionalmente también se dilata y se alarga el espacio recorrido por el haz de luz, y así es como lo ve este observador en reposo. Pues tiempo y espacio forman parte de un mismo tejido.

Para Paco y yo, el pulso de luz del reloj tarda en completar los 0,6 m, de recorrido vertical, en 2 nanosegundos. Ninguno de los dos, con esta velocidad relativista, observa que se haya producido ninguna variación en la distancia que recorre el pulso de luz.

Para el policía local, en reposo, el pulso de luz del mismo reloj tarda 3,3 nanosegundos para completar el recorrido, y que según el policía lo es de 1 metro. Por tanto, todos los relojes y sucesos en el interior del vehículo se atrasan.

La Relatividad Especial en nuestro mundo cotidiano también funciona, lo que sucede es que con nuestras velocidades domesticas no apreciamos los cambios; los relojes en el salpicadero de nuestros coches no registran atrasos por mucho que el velocímetro marque la centena.

Por último, contestar una pregunta que de seguro os haréis: ¿Y cuál es la realidad, la que ve el policía en reposo o la que vemos Paco y yo dentro del vehículo en movimiento?. Las dos realidades existen, y dan consistencia a este Universo relativista donde el espacio y el tiempo no son valores absolutos.

a) La historia es pura ciencia-ficción, pues con una velocidad de 240.000 km/s no existe ojo humano que captase alguna observación del vehículo, ni con un radar el policía local hubiese podido leer la matrícula. Aunque donde sí se constata la dilatación temporal en la Relatividad Especial es en los aceleradores de partículas, cuando los electrones chocan contra algún blanco, producen partículas de alta velocidad, llamadas mesones mu, que viven sólo durante 2,22 microsegundos medidos en su propio tiempo, aunque, debido a la dilatación del tiempo, viven durante 100 microsegundos o más medidos según el tiempo de los físicos que están en reposo en el laboratorio.

b) Las velocidades relativistas teóricamente son el Elixir de la vida, pues aunque esto no sea sinónimo de eternidad, si lo es para vivir y viajar con mucho más futuro que los que se queden en tierra. Pero recordemos dos cosas, en primer lugar la materia crea y encuentra muchos problemas conforme se acerca a la velocidad de la luz, por este motivo la onda luminosa carece de masa cuando viaja a 299.792 km/s; en segundo lugar los relojes biológicos de nuestro cuerpo se verían afectados pasado cierto tiempo, imaginad que nuestro corazón lata una vez por cada tres meses en el tiempo de la Tierra, ¿podrían dañarse las neuronas de nuestro cerebro?. Hay un dicho que dice: "la Naturaleza nunca regala nada, siempre es a cambio de..". Pasaran muchos siglos hasta que el hombre sea capaz de crear y aventurarse con estas maquinas relativistas.

c) Respecto de viajar al pasado, según opina Stephen Hawking, el universo dispone de un sistema de autoprotección cronológica para evitar, por ejemplo, las paradojas del matricida y que además, matemáticamente resulta inviable. Solo es fruto en la ficción literaria de J.J. Benitez, aunque cinematográficamente habría que destacar por su calidad argumental y artística, la película "Peggy Sue se casó" (1986) del director F. Ford Coppola

¿QUÉ ME HACE CONFIAR EN LO QUE ESCRIBO?

--- Agujeros Negros y tiempo curvo, (1994) de Kip S. Thome.

--- El escandaloso legado de Einstein, (1992) de Kip S. Thome.

--- Enciclopedia Encarta 99, de Microsoft Corporation.