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19

may

2013

Plan "B" para entender la Relatividad (I): Usando dibujitos y metáforas

Un siglo después de haber sido propuesta la teoría de la Relatividad especial de Einstein, aún sigue siendo un misterio para la mayoría de los mortales. Aunque sus predicciones fueron bien demostradas matemáticamente y aunque los experimentos más modernos siguen día a día confirmándola, la teoría de la relatividad sigue resultando incomprensible porque es rechazada con obcecación por nuestra propia intuición: Nuestro cerebro se niega a creer en ella. A lo largo de varios artículos, trataremos de enfrentarnos a nuestra intuición usando un plan "B": Dibujitos, metáforas, analogías y ejemplos de la vida cotidiana... vamos a ello.

Los principales postulados de esta teoría son bastante conocidos por todos. Se sabe, por ejemplo, que en ella se dice que la velocidad de la luz en el vacío (c) es invariante (siempre es la misma) y su valor constante es de casi 300.000 km/s. También es bien conocido el fenómeno de que el tiempo o la longitud de las cosas que se mueven a velocidades cercanas a "c" se acorta... o que la gravedad también afecta al tiempo y la masa de los objetos. Y, según esta teoría, la materia es como una energía concentrada, cuyo valor se calcula con la conocida fórmula de Eintein, E = mc2 

 

Hay otras muchas consecuencias que son menos conocidas, pero no por ello, menos asombrosas. Por ejemplo, a velocidades cercanas a "c", las velocidades parecen no sumarse...  los precisos relojes atómicos se mueven más despacio si viajan a gran velocidad... Si la luz viajara más rápido que "c", el futuro podrían anticiparse al pasado... los objetos rápidos pueden llegar a tener una masa infinita... La velocidad de la luz limita el tamaño máximo de los objetos... etc, etc..

 

Pero, de dónde narices salen estas afirmaciones? Por qué son así las cosas? Qué consecuencias puede tener todo esto?

 

LAS FÓRMULAS MÁS FÁCILES DEL UNIVERSO

Las dos principales fórmulas de la relatividad se deben a Albert Einstein y a Hendrik Lorentz, la primera de las cuáles indica la equivalencia entre Masa y Energía (A la derecha, la fórmula en amarillo), y la segunda, indica cómo varían las propiedades de la materia, a medida que ésta se acerca a la velocidad de la luz (La fórmula de color rosa). Son realmente sencillas y cortas, y se puede operar con ellas sin muchas complicaciones.

(Nota: hay muchas más fórmulas, y alguna tan importantes o más que éstas, pero estamos intentando que este galimatías resulte "comprensible", no "completo")

 

También es necesario aclarar que estas dos fórmulas no fueron descubiertas por sus autores, partiendo de cero. De hecho, el mismísimo Galileo intuyó algo al respecto, así como otros ilustres físicos como Henri Poincare, Tolver Preston, Friedrich Hasenohrl, Zeeman, etc...

DOBLEGANDO NUESTRA INTUICIÓN

 

 

Tratemos ahora de encontrar efectos cotidianos que resulten comprensibles para nuestra intuición. De esa manera, poquito a poco y con delicadeza, conseguiremos que acepte nuestras propuestas relativistas. Lo haremos buscando ejemplos a los que estamos acostumbrados en nuestra vida cotidiana, y una vez que tengamos a nuestra "lógica mundana" contra las cuerdas, le soltaremos el gancho definitivo.

Ojo: estos ejemplos no tienen nada que ver con la relatividad, porque son ejemplos cotidianos que se explican bien con la física clásica. Sólo los usamos para aproximarnos a nuestro objetivo final

EFECTO 1: LA GRAVEDAD AFECTA AL TIEMPO

 

En otro artículo anterior, ya explicábamos cómo funcionan los relojes mecánicos: obtienen el tiempo operando con la aceleración de la gravedad de la Tierra. Un reloj de arena (máquina que mide el tiempo) vacía el depósito superior a través de un agujerito, por el que cae la arena gracias al efecto de la gravedad terrestre. Supongamos que llevamos el reloj de arena a la Luna: la menor gravedad de nuestro satélite haría que el depósito superior se vaciara más lentamente que en la Tierra, y por tanto, los minutos del mismo reloj en la Luna, resultarían más largos. Claro, que no es lo mismo "vaciar un depósito" que alargar o acortar el tiempo. Pero es un primer ejemplo (casi una licencia poética), que nos permite ir ablandando a nuestra testaruda intuición.

EFECTO 2: LA VELOCIDAD CONTRAE LOS OBJETOS

 

Imaginemos una pelota de plástico. Le damos un golpecito suave para que ruede despacio por la hierba: su diámetro no cambia de manera apreciable. Ahora le daremos una patada fuerte y la haremos volar: se desplaza a una velocidad enorme. Una imagen a cámara lenta nos mostrará que la pelota se acorta un poco. Su diámetro longitudinal ha mermado. Esto es así como consecuencia de la presión que ejerce el aire sobre la parte delantera de la pelota: la presión del aire fluyendo a gran velocidad sobre el frontal de la pelota, hace que se aplaste ligeramente. Así comprobamos cómo, en el mundo cotidiano, una velocidad elevada puede comprimir los objetos. Cuidado: la Relatividad tampoco tiene nada que ver con la presión del aire o la compresión de un objeto elástico... como ya hemos dicho, estos ejemplos son sólo poéticos.

EFECTO 3: LA VELOCIDAD AUMENTA LA MASA

 

Cojamos una pelota compacta (valen las de balonmano) y coloquémosla sobre una báscula de baño: apenas marcará 500 gramos. Seguidamente, dejemos que la pelota caiga desde cierta altura sobre la báscula: habremos aumentado su velocidad y comprobaremos cómo la báscula parece marcar una masa algo mayor en el momento del impacto (digamos, 600 gramos).

Nuevamente, hay que decir que esto no es un efecto relativista. Como ya dijimos en un artículo anterior, las balanzas no miden la masa, sino el peso, o lo que es igual, una fuerza. En este caso, lo que se determina es una energía cinética debida a la velocidad del impacto, y no un cambio de la masa de la pelota, pero sigue valiéndonos como ejemplo para ir abriendo camino.

 

 

 

En próximas entregas iremos desgranando más ejemplos similares a éstos para acercarnos lentamente a nuestro objetivo final: entender un poco mejor la relatividad especial, sin necesidad de destripar fórmulas matemáticas. Debemos tratar a nuestra intuición como si fuera una mascota alimentada exclusivamente de "pasto" cotidiano. Para cambiar su dieta habitual, no hay mejor manera que darle a probar nuevos sabores... poco a poco, comida tras comida, estoy seguro de que ampliaremos sus gustos lo bastante como para hacerle tragar al final, la "indigerible" sopa del chef Albert.

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Comentarios: 6
  • #1

    Juan José (miércoles, 24 abril 2013 12:38)

    ¿Cuándo continuará esta entrada? Para una vez que parece que voy entendiendo algo del asunto... (¿No fe Einstein el q

  • #2

    Juan José (miércoles, 24 abril 2013 12:40)

    ¿Cuándo continuará esta entrada? Para una vez que parece que voy entendiendo algo del asunto... (¿No fue Einstein el que dijo aquello de "si dice usted que entiende la relatividad es que no la entiende"?. Espero ansioso la segunda entrega.

  • #3

    canaldeciencias (miércoles, 24 abril 2013 16:27)

    Juan José, espero seguir esta semana con dos entregas más. Me he retrasado más de lo necesario... a ver si espabilo un poco. Gracias por interesarte. Y efectivamente, la relatividad es tan puñeteramente inentendible como bella: vamos, como las mujeres. Un saludo

  • #4

    Juan José (lunes, 06 mayo 2013 12:26)

    Gracias a ti por tu amabilidad. Saludos.

  • #5

    Yesica Paola Gomez España (domingo, 30 marzo 2014 05:31)

    super.. pero me interesa saber mas sobre lo que tiene que ver con lo de que la gravedad afecta al tiempo.

  • #6

    Juan Pablo Orlando (viernes, 07 octubre 2016 06:41)

    Desde Argentina un saludo! Muy interesante y continúo leyendo