Nociones de relatividad

La idea

Qué vas a aprender

• El problema que Einstein encontróconcepto

  En la física clásica (la de Newton), las velocidades se suman de manera simple: si vas en un tren a $80 \text{ km/h}$ y tirás una pelota hacia adelante a $10 \text{ km/h}$, alguien parado en la vía ve la pelota a $90 \text{ km/h}$. Es lo que la experiencia cotidiana enseña y parece de sentido común. El problema apareció con la luz: los experimentos (el más famoso, el de Michelson y Morley, a fines del siglo XIX) mostraban una y otra vez que la velocidad de la luz no cambia aunque uno se mueva hacia la fuente o se aleje de ella. No hay forma de "sumarle" o "restarle" velocidad a la luz como se hace con el tren y la pelota. Esto contradecía toda la física clásica, y durante años nadie sabía qué hacer con ese resultado.

• El postulado centralconcepto

  Einstein resolvió el problema dando vuelta la pregunta: en vez de tratar de salvar la suma clásica de velocidades, propuso aceptar la constancia de $c$ como un hecho fundamental de la naturaleza, y ver qué consecuencias traía. Los dos postulados de la relatividad especial son:

  1. Las leyes de la física son las mismas para todo observador que se mueve a velocidad constante (sin acelerar). 2. La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos esos observadores, sin importar cómo se muevan la fuente o quien la mide.

• La relatividad del tiempoconcepto

  Si la velocidad de la luz tiene que dar siempre igual, y velocidad es distancia sobre tiempo, algo tiene que "ceder" cuando dos observadores se mueven distinto entre sí: y lo que cede es el tiempo mismo. Esto se llama dilatación temporal: un reloj que se mueve muy rápido respecto a un observador atrasa, visto desde ese observador, comparado con un reloj en reposo. No es un truco óptico ni un problema del reloj: el tiempo mismo transcurre distinto según la velocidad relativa. Este efecto fue confirmado con relojes atómicos ultra precisos puestos en aviones, y también con partículas subatómicas (muones) que "viven" más tiempo del esperado cuando viajan a velocidades cercanas a $c$.

• La relatividad del espacioconcepto

  De manera parecida, las distancias también dejan de ser absolutas: un objeto que se mueve a gran velocidad respecto a un observador se mide más corto en la dirección del movimiento (contracción espacial) que si estuviera en reposo. Tiempo y espacio, que en la física clásica eran dos cosas separadas e iguales para cualquiera, en la relatividad se entrelazan en lo que se llama espacio-tiempo: lo que sí es igual para todos los observadores es una combinación de ambos, no cada uno por separado.

• Los límites de la física clásicaconcepto

  Estos efectos son reales, pero a las velocidades que manejamos en la vida diaria (un auto, un avión, hasta un cohete) son absolutamente insignificantes: por eso Newton nunca los notó y su física describe perfectamente el mundo cotidiano. La relatividad no "tira abajo" a la física clásica: muestra que es un caso particular, válido cuando las velocidades son muy chicas comparadas con $c$. Cuando las velocidades se acercan a la de la luz —partículas en aceleradores, GPS satelital de alta precisión, física de partículas— hace falta la relatividad para que las cuentas cierren con lo que realmente se observa.

Ejemplos resueltos

• Estos efectos son reales, pero a las velocidades que manejamos en la vida diaria (un auto, un avión, hasta un cohete) son absolutamente insignificantes: por eso Newton nunca los notó y su física describe perfectamente el mundo cotidiano. La relatividad no "tira abajo" a la física clásica: muestra que es un caso particular, válido cuando las velocidades son muy chicas comparadas con $c$. Cuando las velocidades se acercan a la de la luz —partículas en aceleradores, GPS satelital de alta precisión, física de partículas— hace falta la relatividad para que las cuentas cierren con lo que realmente se observa.

Errores comunes

• "La relatividad dice que todo es relativo, no hay nada fijo".

  Al revés: lo que la teoría busca es encontrar lo que sí es constante para todos (la velocidad de la luz), y a partir de ahí muestra que otras cosas que creíamos fijas (tiempo, espacio) no lo son.

  Cómo corregirlo: Al revés: lo que la teoría busca es encontrar lo que sí es constante para todos (la velocidad de la luz), y a partir de ahí muestra que otras cosas que creíamos fijas (tiempo, espacio) no lo son.

• "Si viajás muy rápido, vos sentís que el tiempo pasa distinto".

  No: cada quien, desde su propio punto de vista, siente que el tiempo pasa normal. La diferencia aparece al comparar con otro observador que se mueve distinto.

  Cómo corregirlo: No: cada quien, desde su propio punto de vista, siente que el tiempo pasa normal. La diferencia aparece al comparar con otro observador que se mueve distinto.

• "La relatividad de Einstein tira abajo a Newton, la física clásica está mal".

  No está "mal": es un caso particular válido a velocidades bajas. Newton describe perfectamente el mundo cotidiano.

  Cómo corregirlo: No está "mal": es un caso particular válido a velocidades bajas. Newton describe perfectamente el mundo cotidiano.

• "Se puede viajar más rápido que la luz si se empuja lo suficiente".

  La velocidad de la luz es un límite físico: ningún objeto con masa puede alcanzarla ni superarla, según la relatividad especial.

  Cómo corregirlo: La velocidad de la luz es un límite físico: ningún objeto con masa puede alcanzarla ni superarla, según la relatividad especial.

• "Esto es solo teoría, nunca se comprobó".

  Se confirmó experimentalmente muchas veces: relojes atómicos en aviones, partículas (muones) que llegan a la Tierra, y el funcionamiento mismo del sistema GPS, que corrige efectos relativistas para dar ubicaciones precisas.

  Cómo corregirlo: Se confirmó experimentalmente muchas veces: relojes atómicos en aviones, partículas (muones) que llegan a la Tierra, y el funcionamiento mismo del sistema GPS, que corrige efectos relativistas para dar ubicaciones precisas.

En resumen