Algo De Luz…


Científicamente hay dos maneras de analizar estos conceptos, desde el punto de vista de la mecánica clásica en donde podríamos ver a estos dos componentes como entidades independientes y separadas como nos lo demuestran las transformaciones de Galileo, y desde el punto de vista de la teoría de la relatividad en donde se considera la constancia de la velocidad de la luz y deja de tratarse al tiempo como coordenada independiente. Comenzamos a hablar en este punto de espacio-tiempo (como a mí me gusta…).
Nuestro modo cotidiano y casual de observar la naturaleza nos lleva a considerar al espacio como algo diferente al tiempo pero, como veremos más adelante, esta forma no es del todo acertada.
Observamos el mundo siguiendo lo que dictan las las bases Newtonianas y las transformaciones de Galileo. De qué se trata esto?, pues de una simple ecuación que transcribo a continuación:

x’=x+vt

y’=y

z’=z

t’=t

Esto, traducido un tanto chapuceramente, significa que la ecuación rige el paso de un sistema de referencia de Galileo a otro que se mueve con un movimiento rectilíneo y uniforme con una velocidad v. respecto al primero.
La relatividad de Galileo consiste en sumar velocidades usando el signo (+) o (-) según sea el sentido de las mismas.
Tomemos algún ejemplo simple.
Supongamos que estamos subidos en un colectivo (micro, bus o como quieran llamarle). En un determinado momento vemos pasar otro bus en sentido contrario al nuestro. Ahora bien, fuimos nosotros quienes nos movimos o el otro micro era el que se movía…? Quizás fueron ambos medios los que estaban en movimiento. A qué velocidad se produjo este desplazamiento?… Y la distancia? Como determinar estas variables? Simple. Establecemos un Sistema de Referencia.
Si decimos que nos movemos a 40 kms por hora esto es con respecto al elemento al que tomamos como referencia, en este caso al suelo. Si además caminamos por el pasillo del colectivo a digamos, 5 kms por hora en la misma dirección que nuestro vehículo nos estaremos moviendo en realidad a 45 kms por hora ya que deberemos sumar a nuestra velocidad la velocidad del micro sobre el cual estamos y siempre en relación al suelo.
De este modo podemos saber con exactitud (al menos en lo cotidiano) si nos movemos o no, a qué velocidad e incluso cuál es la distancia que recorremos.
Otra característica que posee el sistema de Galileo es que el tiempo se mantiene invariable, es decir… si medimos el traslado del colectivo durante 80 kms. este habrá durado invariablemente 2 hs. (es sólo un ejemplo) sin importar si nosotros hacemos la medición subidos en el colectivo o parados al costado de la ruta.
A los fines prácticos de nuestra vida diaria con esto nos basta y sobra y podemos cubrir todas nuestras necesidades cotidianas sin demasiados problemas.
Ahora bien, cuando comenzamos a hilar fino, cuando comenzamos a hablar de nanosegundos, y a medir las distancias en micrones, nos damos conque existen incongruencias a las que no podemos dar solución desde la mecánica clásica.
Aquí hacen su aparición una camada de científicos que intentaban dar con una respuesta coherente y clara a incontables problemas en cuanto a mediciones precisas de tiempo y espacio (aquí deberíamos hablar de cuestiones como el efecto fotoeléctrico, la formula de la radiación de un cuerpo caliente o lo inherente a las rayas en los espectros de emisión del Hidrógeno entre otras cosas, algo que no haremos dada mi profunda ignorancia para encarar y esclarecerles estos temas).
Volvamos al colectivo. Seguimos en viaje y vamos a unos 90 kms. por hora. La noche se deja caer sobre nosotros. El chófer enciende las luces para ver la carretera y y evitar cualquier accidente en alguna curva poco visible.
Al observar esto y sabiendo que la luz se desplaza a mas o menos 300.000 kms. por segundo podríamos concluir que la luz que emiten los faros debería moverse en esos momentos a unos 300.000,025 kms por segundo, ya que sumamos la velocidad de la luz más la velocidad de desplazamiento de nuestro colectivo como lo haríamos en un sistema Newtoniano. Estaremos en lo correcto?
Pues no. Luego de análisis, ecuaciones, estudios y experimentos se concluyó que la luz se mueve siempre a la misma velocidad independientemente de la velocidad a la que se desplace su fuente de origen. Uno de los postulados de la teoría especial de la relatividad general de Albert Einstein sostiene justamente esto:
-La luz se mueve siempre a velocidad constante de 300.000 Km/seg, independiente de la velocidad de la fuente emisora.
Y…
-No existe ningún experimento posible en una nave que nos permita saber si nos estamos moviendo.
Con esto Einstein niega la teoría Galileana y las bases de Newton, tomando como referencia el primer postulado al que se hizo referencia.
Un ejemplo que me gustó y que encontre en Portal Planeta Sedna dice:
“Si la velocidad de la luz dependiera de la velocidad del emisor, se tendría una forma de determinar el movimiento uniforme, experiencia que negaría al segundo postulado. Por ejemplo, si hacemos un ejercicio mental, que tanto le gustaba a Albert, suponte que vas sobre una nave que va aumentando rápidamente su velocidad y tú tienes un espejo en la mano donde te puedes ver reflejado. Resulta que cuando viajes a una velocidad superior a la de la luz, tu cara desaparecerá del espejo por que ya la luz que tu rostro irradia no lo alcanzara…”
También les recomiendo como “de lectura obligada” el capitulo 8 de la fantástica serie Cosmos del maestro Carl Sagan.
Otro postulado de esta teoría de Einstein es que a velocidades muy altas o cercanas a la de la luz el tiempo comienza a ralentizarse, a ir más despacio.
Como demostrarle esto a, por ejemplo, mi vecina Josefa que me mira como desconfiando de lo que digo?… mmmm… a ver… a mi no se me ocurrió un ejemplo cotidiano que pudiera usar para hacer la demostración, salvo el de los GPS´s, pero que no quiero utilizar porque abarca otros temas que aún no voy a tratar como el de la fuerza de gravedad, pero leyendo en la misma web de portal Planeta encontré el siguiente que me gustó:
…”En la atmósfera a unos 10.000 m. aproximadamente de altura aparecen partículas elementales llamada muones que se desplazan a una velocidad muy cercana a la de luz, a unos 0.998 de c. Esa partículas son muy inestables y en reposo tienen un tiempo de vida de 0,00000002 s. (2×10-8), es decir sumamente corto. Bien si se calcula sin tener en cuenta la física relativista, se observara que al multiplicar el tiempo de vida por su velocidad, los muones solo recorrerían unos 600 metros, antes de desaparecer, por lo que ninguno podría llegar a la superficie de la Tierra. Experiencias realizadas en tierra, han confirmado la aparición de millones de ellos, contrariando a los cálculos físicos aplicados.
Justamente ahí surge el error, porque en el sistema del muon a esa velocidad el tiempo en el sistema Tierra es de unos 15 veces superior, y ese es el tiempo que hay tomar para efectuar los cálculos (15 x 2 microsegundos=30). Con ese nuevo tiempo los 600 m iniciales se transformarían en 9000 m. y explicaría porque llegan a la superficie. Esos 9000 en el sistema Tierra, se reducen a 600 m. en el sistema muon, porque ahora se debe usar el tiempo del muon…
En resumen… a bajas velocidades la mecánica Newtoniana funciona sin inconvenientes, de hecho muchas misiones espaciales toman como referencia a Newton para algunas mediciones de trayectorias y órbitas. Sin embargo la mecánica de Newton forma parte de un concepto mucho más amplio que es la teoría de la relatividad de Albert Einstein.
Homework:
A) Leer el articulo de Portalplaneta en donde se profundiza más sobre este tema.
B) Mirar inmediatamente el capitulo nro. 8 de la serie Cosmos.
c) Mientras tomamos un capuchino, buscar en la red enlaces para ver el documental nro 2 (creo que era ese) de Stephen Hawking en donde habla también de la velocidad de la luz y la alteración del tiempo.

SEE YOU…

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