En el capítulo anterior expliqué brevemente la problemática del estudio de la luz a lo largo de la historia, deteniendo la explicación a finales del siglo XIX. Hoy hablaré de cómo empezó a solucionarse esta cuestión.

Como ya vimos, el mundo de la física estaba revolucionado por los incoherentes resultados experimentales obtenidos al trabajar con la velocidad de la luz y los sitemas de referencia de Galileo. Así pues, la prioridad en a principios del siglo XX era explicar por qué ante cualquier experimento, con fuerzas de rozamiento o sin ellas, con adicción de velocidades o en ausencia de ellas, la medida de la velocidad de la luz no variaba de los 300000 km/s.

Más de un científico se esforzó por resolver este acertijo, pero solo a uno de ellos se le ocurrió plantear el problema al revés. “¿Y si lo estamos haciendo mal?”. Esa fue la base de la resolución de Albert Einstein (1879-1955).

En un principio puede parecer una tontería, pero a partir de este simple cambio de enfoque del problema todo comenzó a cobrar sentido. No había que esforzarse en buscar el error en los datos en los datos experimentales, sino en la estructura dele xperimento en si. Es más: no había que preguntárse por qué no eran capaces de medir las variaciones en la velocidad de la luz, sino asumir que ésta era constante.

Todo esto lo resumió en sus dos simples postulados publicados en 1905, junto con su otro artículo sobre los cuantos de luz que le valió el Premio Nobel de la Física, y del cual hablaré próximamente. Los dos postulados fueron los siguientes:

-La velocidad de la luz es constante en el vacío, independientemente del foco emisor.

-Desde cualquier sistema de referencia y en cualquier tipo de circunstancia, todo experimento en el que interfiera la luz obtendrá como resultado la velocidad de la misma (Ésto lo pudo generalizar explicando que todos los sistemas de referencia eran equivalentes).

Estos dos postulados son la base de la Teoría de la Relatividad de Einstein, a la que algunos preferimos llamar Principio de las Equivalencias, primero para diferenciarla de la de Galileo, y segundo por la estructura de la misma. Asimismo, esta nueva Relatividad se divide en dos: la especial y la general. La especial trata las relaciones entre los distintos sistemas de referencia, y la segunda abarca todo el Universo como un sistema de referencia único.

Es probable que más de una vez hayáis escuchado que en realidad tan solo hay una docena de personas en todo el mundo que entiendan de verdad esto, y la experiencia me demuestra que aunque desde mi punto de vista es muy simple, poca gente es capaz de comprenderlo. Como mi prioridad es hacer este blog comprensible, me esforzaré por explicarlo todo al detalle.

El Principio de las Equivalencias sigue una filosofía o eslogan muy simple: si un problema es muy complicado, cárgatelo enfocándolo al revés. De este modo veremos que con su Relatividad Einstein se cargó unos cuantos problemas de golpe, a saber: la velocidad (espacio, tiempo) en la especial; la gravedad, la masa y la energía en la general.

Hoy, en esta introducción, hablaré de cómo cargarse la velocidad con la Teoría de la Relatividad, que es algo que creo que no se estudia en ningún sitio pero que no por ello es menos interesante, y además ayuda a comprender la metodología.

¿La velocidad es un problema? Pues si, y para comprender el porqué os voy a pedir que os trasladéis a un espacio euclídeo con tres ejes ortogonales invisibles. Para los menos entendidos,  eso quiere decir un mundo imaginario completamente vacío con las dimensiones típicas: altura, anchura y profundidad.

¿Lo tenéis? Pues bien, ahora mismo situar sobre una recta imaginaria un cuerpo que se desplazará a lo largo de la misma a, por ejemplo, 10 m/s. Visualizad durante un momento a ese cuerpo en movimiento sobre la línea recta. A cada instante (imaginaros la unidad de tiempo más pequeña que se os ocurra) recorrerá en todo momento una ínfima parte de terreno (imaginaros ahora la unidad de espacio más pequeña). Por la propia definición de movimiento este cuerpo recorrerá cada ínfima parte del terreno sin detenerse, y una por una.

Introducid ahora, sobre la misma recta y superpuesto al cuerpo anterior, un cuerpo nuevo que no pueda chocar con el primero y que se desplace a 20 m/s (el doble que el anterior). Visualizad ahora a los dos cuerpos en movimiento, partiendo del mismo punto, con la misma dirección y sentido. El segundo se alejará del primero a una velocidad de: 20 m/s – 10 m/s = 10 m/s, aplicando las leyes de Galileo perfectamente válidas en este espacio. Ya hora profundizaremos más en el movimiento del segundo cuerpo. Al igual que el anterior, recorre cada ínfima parte del terreno sin detenerse, y sin embargo se desplaza el doble de rápido que él. ¿Veis el error? Si lo pensamos, que un cuerpo se mueva el doble de rápido que el otro implica interpretaciones ilógicas.

Primera interpretación: el segundo cuerpo recorre tan solo una de cada dos ínfimas partes de la recta para avanzar el doble en el mismo instante de tiempo que el primero. Completamente imposible, ya que saltarser unidades de espacio supondría un teletransporte. Pequeñísimo, pero un teletransporte al fin y al cabo.

Segunda interpretación (la inversa): como sabemos que el segundo vehículo tiene que recorrer todas las ínfimas partes del espacio en su trayectoria, asumimos que así lo hace. Sin embargo, nos encontramos con que el otro cuerpo se desplaza la mitad de rápido que él. Para que esto tenga sentido, debemos asumir que el primer cuerpo, que tarda el doble en desplazarse, se mueve un instante si, el siguiente no, etc. ¿Es esto posible? Si, pero supone la ausencia de movimiento continuo escalas microscópicas, y es algo que también deberíamos descartar.

No se si ha quedado muy claro, pero el caso es que la interpretación de las velocidades también tiene su problemática, solucionada por el Principio de Equivalencias. El ejemplo y las reflexiones que acabo de exponer son completamente personales. Si algun@ sabía previamente de su existencia antes de leerme porque ya se conociesen antes de que yo las publicase aquí o por cualquier otro motivo le agradecería que me lo hiciese saber para comprobar si me he adelantado a lo que aprenderé más adelante o si es algo nuevo.

Y ahora si, tras explicar la problemática de la velocidad, empecemos a plantear la Teoría de la Relatividad.

Ubicad ahora dentro de el espacio de antes a una persona que, por las características del entorno, no se verá afectada por gravedad alguna o fuerzas que la hagan desplazarse en general. Una vez que la veáis allí quieta, imaginaros a vosotros mismos dentro de ese espacio observándola, y a ella mirándoos a vosotros también. Ambos quietos. No hay nada más que vosotros dos y el vacío, por lo que vuestro sistema de referencia para medir cualquier cosa sois vosotros mismos o vuestro acompañante.

Pasa el tiempo y seguís sin moveros. Sin embargo, cada vez veis a la otra persona más grande. La dsitancia entre vosotros disminuye, pero no hay nada que os empuje y ninguno de los dos se ha desplazado sin que el otro se diera cuenta. Pese a todo ello, está existiendo una velocidad de aproximación. Pueden estar sucediendo tres cosas: que os estéis acercando vosotros a vuestro acompañante, qu él se esté acercando a vosotros, o que os estéis acercando ambos mútuamente. No obstante, como estáis seguros de que no os estáis moviendo, sin duda pensaréis que es el otro quien se aproxima. Por el contrario, él pensará que os estáis acercando vosotros.

¿Quién tiene razón? La respuesta la di en el primer capítulo de este blog: “¿Qué más da?”. Lo importante es que ambos, cada uno con su interpretación de la realidad, pueden llegar a conclusiones equivalentes como la de en qué momento chocarán. Cada uno tiene su propia posición relativista y aplica las leyes de la Relatividad que le convienen.

Y así dejo presentada esta bonita teoría, considerada la más maravillosa del siglo pasado.