- Publicidad -
martes, octubre 26, 2021

Albert Einstein y la velocidad de la luz

Por: Oracio Barbosa

De acuerdo a diversas fuentes de información, Albert Einstein fue el científico más importante, conocido y popular del siglo XX. Nació en Alemania en el año de 1879 y para 1905 publicó su teoría de la relatividad especial; diez años más tarde publicó la teoría de la relatividad general.

Se asegura que el premio Nobel que recibió en el año de 1921 tuvo que haber sido por esos dos trabajos, pero el comité evaluador no se convencio de ambas teorias, y en su lugar el comité consideró el trabajo sobre el efecto foto-eléctrico publicado por Einstein en el mismo año de 1905.

Las dos teorías de relatividad publicadas por Einstein impactaron fuertemente el pensamiento científico hasta entonces realizado. Por un lado, la teoría de la relatividad especial impactó a los fenómenos físicos cuando no se considera la gravedad; mientras que con la relatividad general se proporciona una nueva explicación sobre la fuerza gravedad y su relación con otras fuerzas de la naturaleza. Estas dos teorías cambiaron tremendamente la descripción y la lógica humana del movimiento de los cuerpos con velocidades comparables a la de la luz.

Estudiar el movimiento de los cuerpos ha sido objeto de estudio por muchos científicos en siglos pasados, pero fueron Galileo Galilei e Isaac Newton quienes establecieron las leyes de movimiento. Con estas leyes se describieron los movimientos con velocidad constante, así como con variación en la velocidad del cuerpo definiendo el concepto de aceleración.

También se estableció la validez de la adición de velocidades. Así por ejemplo, si consideramos un autobús en movimiento y dentro de él un pasajero corre en sentido del movimiento del autobús, la teoría clásica del movimiento de los cuerpos nos asegura que para un observador estático fuera del autobús, la velocidad del pasajero será la suma de las dos velocidades: la del autobús y la del pasajero. Si el pasajero se mueve en sentido opuesto al movimiento del autobús entonces el observador fuera del autobús observará que el pasajero se mueve con una velocidad menor a la que se mueve el autobús: sería la resta de la velocidad del autobús menos la del pasajero en movimiento.

Los dos resultados anteriores se predicen y se demuestran experimentalmente mediante las leyes de movimiento de Galilei y Newton desde hace más de 3 siglos. Sin embargo, las cosas serán diferentes si consideramos ahora el movimiento de los cuerpos a velocidades cercanas a la de la luz.

Para ello consideremos que dentro del autobús esta un pasajero de pie, estático, en el pasillo central y que enciende una lámpara de luz de mano en dirección del movimiento del autobús y que luego gira y apunta la lámpara en dirección opuesta a la dirección del movimiento del autobús.

Las leyes de movimiento de Galilei y Newton predicen que en el primer caso el observador fuera del autobús mediría una velocidad mayor a la velocidad de la luz; mientras que para el segundo caso medirá una velocidad menor a la de la luz. Sin embargo, la teoría de la relatividad especial señala y demuestra que ¡la velocidad de la luz medida por el observador externo será la misma velocidad c = 299 792 458 metros por segundo (m/s) en los dos casos! La teoría de la relatividad de Einstein señala que la velocidad de la luz es invariante, independiente del movimiento del observador o cuerpo en movimiento; siempre y cuando no exístan fuerzas externas actuando. En este ejemplo no importa si el autobús es sustituido por un avión o nave espacial, el observador externo medirá siempre c.

La descripción del movimiento de los cuerpos cuando lo hacen a velocidades comparables a la de la luz es muy diferente a la establecida por las leyes clásicas de la física desarrolladas por los científicos antes de Einstein. La teoría de la relatividad especial señala que no puede haber objeto material alguno que viaje a una velocidad superior a c; este resultado incluye a cualquier otro tipo de información que se quiera enviar de un lugar a otro. En este sentido, si por ejemplo el Sol desapareciera por alguna razón divina, nosotros en la tierra podríamos seguir nuestra vida cotidiana por 8 minutos posteriores a la desaparición de esa estrella; y será hasta ese entonces que “sentiríamos” el efecto de no tener al Sol (la fuerza de gravitación que ejerce el Sol sobre la Tierra se propagaría a la velocidad c y 8 minutos sería el tiempo que tarda la luz en recorrer la distancia entre el Sol y la Tierra).

También la teoría de la relatividad especial predice que si un cuerpo viaja con una velocidad cercana a la de la luz en cierta dirección, entonces un observador estático medirá una longitud más corta en la dimensión del cuerpo en la dirección en que se aleja el cuerpo. Este resultado se denomina contracción de longitud, ver figura 1. Adicionalmente, la teoría predice que para ese cuerpo viajero el tiempo transcurrirá más lentamente que para el observador estático; en otras palabras, un viajero moviéndose a velocidad cercanas a la de la luz vivirá más tiempo que el observador estático. Este resultado se conoce como la dilatación del tiempo.

Otro resultado de esta teoría de Einstein es quizá la ecuación más famosa de la física: E = mc2. E es enería, m es masa y c es la velocidad de la luz.

El significado es claro: ¡la energía y la masa son equivalentes y transmutables! Con esta sencilla ecuación se puede explicar con toda facilidad la pregunta que cientos de científicos se hicieron antes de Einstein: ¿de qué está constituído el Sol? En tiempos muy remotos se consideró que el Sol debería estar formado por algún material concido en la Tierra (madera, carbón, … ), sin embargo diversos cálculos demostraron que no podía ser así puesto que el Sol ya se hubiese exinguido.

Lo que ocurre en nuestro Sol es una transformación de masa en energía; sólo así se puede explicar la razón por la que cualquier estrella vive millones de años: exíste una constante transformación del hidrógeno a los demás elementos químicos que identificamos en la Tierra; sin embargo, algunos de ellos provienen de colisiones entre cuerpos celestes y la tierra como el oro o platino.

Esa famosa ecuación de Einstein también explica el poderio de una bomba atómica: la masa se transforma en energía. Es claro que una cantidad insignicante de masa genera una enorme cantidad de energía. En esa famosa ecuación de Einstein la velocidad de la luz esta presente (y es invariable) y solo la masa y la energía son las únicas variables, si una aumenta, la otra también y viceversa.

Figura 1. Contracción de longitud que predice la teoríade la relatividad de Einstein. Al moverse esta capsula espacial y alcansar velocidades cercanas a la velocidad de la luz, su longitud en dirección del movimiento medida por un observador estático externo, sería más corta
comparada a cuando estaba estático con el observador. Otra predicción de esa
teoría es que para el astronauta que viaja en esa nave el tiempo transcurrirá
más lentamente que para el observador estático externo.

Columna del CIO
El Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) es uno de los Centros públicos de investigación pertenecientes al Conacyt. Se especializa en óptica y fotónica (estudio de la luz y su interacción con la materia) www.cio.mx

Más noticias

Comentarios

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí

spot_img