Lo que es la relatividad SI USTED estuviese en un cohete, viajando a través del espacio lejano, ¿cómo sabría a qué velocidad y en qué dirección iba? En la Tierra, no habría problema. Si un automóvil viaja cien kilómetros de un lugar a otro en una hora, ha viajado a la velocidad de cien kilómetros por hora. Hasta podríamos medir esta distancia si tuviésemos que demostrarlo. De modo que hay algo definido sobre lo cual apoyarse, el suelo sobre el cual hemos viajado. Además, las ruedas del auto, al girar, ponen a funcionar un velocímetro que muestra la velocidad en cualquier momento dado. Los aviones, además de poder observar la tierra sobre la que pasan, pueden usar indicadores de velocidad en el aire para medir su velocidad. Estos se basan en la presión del aire y miden la velocidad del viaje por el aire en cualquier tiempo en particular. Y los astronautas que viajan a la Luna pueden medir su velocidad con relación a la Tierra, sabiendo la distancia que hay de la Tierra a la Luna y cuánto les lleva el llegar allá. Así, pues, mientras haya algún cuerpo conocido a la vista, se puede medir la dirección y la velocidad. En el espacio sideral Pero fuera de la vista de la Tierra, la Luna, los planetas y el Sol, ¿qué? ¡Aun un indicador de velocidad en el aire no serviría, porque no hay aire en el espacio exterior! Por eso, digamos que mientras usted estuviera dentro de su cohete en el espacio profundo viera pasar un aerolito por su ventana. ¿Significaría eso que el aerolito estaría viajando más aprisa que usted? Apresuradamente usted pudiera concluir que sí. Pero, ¡aguarde! ¿No pudiera ser, más bien, que usted se hubiera detenido y el aerolito le estuviera pasando a usted? ¿No podría ser que el aerolito estuviera detenido y usted realmente hubiera marchado hacia atrás? ¿O no podría ser que tanto usted como el aerolito estuvieran yendo hacia atrás, pero la velocidad de usted hacia atrás fuera superior a la del aerolito? De hecho, ¿cómo sabría usted en realidad qué es hacia atrás o hacia adelante en el espacio sideral? Ya ve usted las complicaciones de tratar de determinar el movimiento en el espacio. Tiene que haber algún cuerpo conocido con el cual pueda relacionarse un objeto que viaja. Por consiguiente, todo movimiento en el espacio es relativo, es decir, más aprisa, más lento, hacia adelante o hacia atrás en comparación con otra cosa. Esta es la base de la teoría de la relatividad. Teoría de Relatividad Especial Alberto Einstein, en 1905, fue el primero que formuló esta teoría de manera que se pudiera estudiar con cálculos y experimentos matemáticos. Su teoría incluyó las ideas principales de que (1) todo movimiento es relativo, lo cual significa que la velocidad y dirección de cualquier objeto se puede medir solo con relación a otro objeto; y (2) que la velocidad de la luz en un vacío es un valor absoluto, es decir, viaja a aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo y es independiente del movimiento de la fuente de la luz. Ilustremos estos dos puntos. Si usted viajara en un tren a 80 kilómetros por hora y lanzara una pelota hacia adelante por el pasillo a la velocidad de 32 kilómetros por hora, ¿a qué velocidad estaría viajando la pelota? Con relación a usted, y los pasajeros distribuidos a lo largo del pasillo, la pelota va a 32 kilómetros por hora. Pero digamos que hay una persona parada junto a la vía del ferrocarril afuera y puede observar a través de las ventanillas del tren cuando usted lanza la pelota. ¿A qué velocidad estaría viajando la pelota con relación a él? Estaría viajando a 112 kilómetros por hora, puesto que también se incluiría la velocidad a la que viaja el tren. Por consiguiente, la velocidad de la pelota es relativa, dependiendo de quién la observe. Sin embargo, tratándose de la luz es muy diferente. Si usted pudiera acelerar su tren a 160.000 kilómetros por segundo y luego lanzara un rayo de luz hacia adelante por el pasillo, ¿a qué velocidad cree usted que viajaría la luz? Bueno, para usted en el tren, usted diría que a 300.000 kilómetros por segundo, puesto que ésa es la velocidad de la luz. Pero, ¿a qué velocidad viajaría para el espectador que está junto a la vía? Como sucedió en el caso de la pelota que usted lanzó, usted pensaría que en este caso, también, para el observador de afuera, tendría que añadirse la velocidad del tren (160.000 kilómetros por segundo en este caso) a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo), obteniéndose el resultado de una velocidad total de 460.000 kilómetros por segundo. ¡Pero esto no le aplica a la luz! Es un fenómeno asombroso; ¡sin importar lo aprisa que viajara su tren, no se podría acelerar en absoluto ese rayo de luz! Éste pasaría ante el espectador junto a la vía a 300.000 kilómetros por segundo, puesto que no sería afectado por la velocidad de su fuente. Esa velocidad de la luz representa la velocidad máxima de cualquier cosa que los científicos hayan observado en el universo, aunque podría haber mayores velocidades que desconozcan. Estas dos ideas: que todo movimiento es relativo, y que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad que lleve su fuente, son básicas para lo que se conoce como la Teoría de Relatividad Especial. Por supuesto, la Teoría de Relatividad Especial es mucho más compleja de lo que esta consideración puede indicar, ya que define las relaciones entre la luz, la energía y la materia. Hizo posibles los cálculos que resultaron en la famosa ecuación E=mc2, que fue la base de la bomba atómica. La explosión de la bomba dejó poca duda en cuanto a la validez general de la teoría de relatividad especial de Einstein. Teoría de Relatividad General Pero, ¿qué sucede cuando hay cambios de velocidad y dirección? ¿Qué influencia ejercen los campos de gravitación de otros cuerpos en el movimiento de los cuerpos celestes? ¿Qué influencia se ejerce en la luz cuando ésta pasa por una estrella o planeta que tiene un fuerte campo de gravitación? En 1916 Einstein formuló su Teoría de Relatividad General. En ella incluyó las posibilidades de cambios de velocidad y dirección, particularmente según se deben a las influencias sutiles de la gravedad. La expresión de esta teoría en el lenguaje de las matemáticas revela su fantástica complejidad. El libro New Frontiers of Physics dice que se requeriría “un conjunto de diez ecuaciones diferenciales simultáneas, cada una de estructura tan imponente y maravillosa que se requiere un tipo de anotación sumamente compacto y poco conocido para hacerla conveniente.” Por eso, si a usted le parece que la relatividad es un tema difícil, ¡no se sorprenda! ¡A los científicos también les parece difícil! Según su teoría, Einstein pudo predecir otras cosas interesantes. Una fue el efecto que tendría la gravedad en los procesos de tiempo naturales. La gravedad retarda los procesos Cuando hablamos de procesos de tiempo naturales, damos a entender particularmente “relojes” atómicos, los átomos rítmicos y vibradores que emiten radiación a una proporción constante y mensurable. Estos “relojes” atómicos son mucho más exactos que nuestros relojes mecánicos. La Teoría de Relatividad General predecía que todos los procesos de tiempo naturales como las radiaciones rítmicas de los átomos serían más lentos cuando estuvieran en un cuerpo más grande, “más pesado.” Por ejemplo, un átomo irradiaría más lentamente en el Sol que en la Tierra, puesto que el Sol tiene masa o “peso” mayor. Aunque es difícil obtener prueba de tal predicción, medidas de cambios en la proporción de la radiación atómica procedente de cuerpos densos han suministrado alguna indicación de que la conclusión de Einstein era generalmente correcta. Tales procesos, en un planeta o estrella con masa o “peso” mayor parecen más lentos que en la Tierra, debido a la mayor fuerza de gravedad de los otros cuerpos. Otra conclusión interesante que se sacó de esta teoría fue que la gravedad podía atraer, o “doblar,” un rayo de luz. Doblando un rayo de luz Einstein calculó que un rayo de luz sería desviado, o doblado, por un fuerte campo de gravitación de manera muy semejante a como una partícula de materia es atraída por la gravedad. Para obtener prueba experimental de esto, se necesitó una empresa de grandes proporciones. Dos expediciones astronómicas británicas fotografiaron la posición de una estrella escogida con anterioridad, cada una desde un punto diferente en la Tierra. Luego, desde las mismas dos posiciones, se tomaron otras fotografías de la misma estrella mientras el Sol se interponía entre la estrella y la Tierra. Si la luz de la estrella se hubiese doblado o desviado al pasar por el Sol, esto se indicaría por un cambio de posición en las diferentes fotografías. Matemáticamente, Einstein computó el desvío en aproximadamente 1,75 segundos de arco según su teoría. Los dos grupos midieron los cambios en las fotografías. En un caso fue de 1,98 segundos de arco. Las medidas del otro grupo llegaron a 1,6 segundos. Esto se acercaba notablemente a lo predicho, estaba lo suficientemente cerca como para verificar la suposición básica de Einstein. Puesto que la gravedad podía afectar a un rayo de luz, se planteó una interesante posibilidad. En Relativity for the Layman, el autor J. Coleman declaró: “Es interesante pensar especulativamente en cuánta masa tendría que tener una estrella para que su atracción de gravitación fuera lo suficientemente fuerte como para impedir que saliera cantidad alguna de luz de la estrella. Se puede demostrar que en lo que toca a una estrella del mismo radio que el Sol esto sucedería si su masa fuera aproximadamente 400.000 veces la masa del Sol. ¡Si existieran tales estrellas jamás podríamos verlas, prescindiendo de lo cerca que estuvieran o lo brillantemente que resplandecieran!” Se han presentado otras interesantes posibilidades debido a la Teoría de Relatividad General. Esta ha arrojado luz sobre diferentes fenómenos que afectan al mundo en que vivimos. Pero aunque los científicos continúan usando las fórmulas matemáticas de la teoría, ésta no carece de críticos. Esta crítica ha surgido principalmente como resultado del hecho de que las fórmulas se produjeron para encajar con los hechos que se habían descubierto, en vez de que las fórmulas se derivaran de principios básicos. Todavía queda por verse qué refinamientos adicionales se harán para expresar las leyes del universo. No obstante, a medida que las teorías se ponen a prueba, se demuestran, se modifican o se rechazan, un hecho básico continúa en primer plano. Es la magnífica armonía del universo. El propio comentario de Einstein fue: “La física moderna es más sencilla que la física antigua. . . . Mientras más sencillo es nuestro cuadro del mundo externo, y mientras más hechos abarca, más fuertemente refleja en nuestras mentes la armonía del universo.” De hecho, en los últimos años de su vida Einstein formuló su Teoría del Campo Unificado. Esta teoría se expresó mediante un conjunto sencillo de leyes físicas que incluirían lo que sucede dentro del átomo así como lo que sucede en el espacio sideral. Demuestra que las fuerzas básicas del universo no son independientes unas de otras, sino que realmente son inseparables. El universo y todas sus partes se veían como una unidad. Acerca de esta Teoría del campo Unificado, Lincoln Barnett declaró en The Universe and Dr. Einstein: “De modo que una profunda simplicidad reemplaza la complejidad que superficialmente muestra la naturaleza. . . . En consecuencia, todas las percepciones que el hombre tiene del mundo y todas sus intuiciones abstractas de la realidad se funden finalmente en una, y la profunda unidad fundamental del universo queda al descubierto.” La persona verdaderamente sabia y humilde reconoce cuál fue el origen de toda esta grandeza y armonía. Esto tuvo que tener un Diseñador y Hacedor, puesto que nada organizado viene a la existencia por accidente. El salmista de la antigüedad reconoció la fuente cuando dijo: “Los cielos están declarando la gloria de Dios.” Y el apóstol Pablo también la reconoció cuando declaró: “Por supuesto, toda casa es construida por alguien, mas el que construyó todas las cosas es Dios.”—Sal. 19:1; Heb. 3:4.
Posted on: Fri, 05 Jul 2013 20:32:57 +0000
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