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¿Se puede superar la velocidad de la luz? Un acercamiento ameno a la Teoría de la Relatividad de Einstein agosto 25, 2007

Posted by ourbox in Ciencia, Curiosidades.
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Entiendo que el título asuste bastante (“menudo tostón” estarán pensando)… pero les prometo que será más entretenido de lo que imaginan (o eso espero) ! Cuando acaben tendrán un nuevo conocimiento con el que hacerse el interesa
nte delante de sus amigotes !

Para comenzar nada mejor que hacerlo con un acertijo.

Seguro que recuerdan como de pequeños le enseñaron las leyes del movimiento de Newton. El típico problema que nos planteaban era algo así: Supongamos que estamos parados en la calle, y que un autobus cruza por delante nuestra a 50 kilómetros/hora. Uno de sus pasajeros arroja en su interior una pelota a 20 km/h en la misma dirección que se desplaza el vehículo. Para el individuo, que se mueve junto con el bus, la pelota se mueve a 20 km/h. Pero ¿y para nosotros (que estamos fuera)? Sencillo, el movimiento del bus y el de la pelota se suman, de modo que la pelota va a una velocidad de 70 km/h. Esto es correcto.

Y aquí empieza lo interesante. Imaginen que ahora el autobus lo cambiamos por una nave espacial. Y que esta se desplaza no a 50 km/h, sino a casi la velocidad de la luz (a partir de ahora, por simplificar, a esta constante la llamaremos c)… digamos que se mueve a c – 5 km/h. ¿Qué ocurriría si a esa velocidad se dispara una bala en la misma dirección que se desplaza la nave? ¿Para el que observa parado desde fuera, ese proyectil sobrepasaría la velocidad de la luz?

No sigan leyendo. Aventuren un resultado (si quieren vayan a los comentarios y respondan). Luego vuelvan y continuen leyendo.

Según lo que aprendimos en la escuela así debería ser… pues sería la suma de las velocidades (u + v)… pero algo en nuestro interior nos alerta de que debe haber algún tipo de truco. Al fin y al cabo Einstein venía a decirnos que NADA es más rápido que la luz (cuando terminen el artículo entenderán el porqué de esta afirmación).

Pero entonces ¿Qué es lo que falla exactamente? Fácil… que lo que siempre hemos llamado “suma de velocidades” es en realidad otra fórmula más compleja:

w = ( u + v ) / ( 1 +  uv / c^2 )

A velocidades “típicas”, el término uv/c^2 es prácticamente cero (ya que c^2 es un número enorme), por lo que la ecuación se simplifica, quedándose en nuestro conocido w = u + v (la aritmética elemental de las leyes de Newton nos vale).

Sin embargo, si estamos viajando a, digamos 0.9c (nueve décimas partes la velocidad de la luz), y disparamos una bala que también se desplaza a 0.9c, descubrimos entonces, según la fórmula citada anteriormente, que el proyectil no logra una velocidad global de 1.8c (que estaría por encima de la velocidad de la luz), sino que se quedaría en un modestísimo…

(0.9c + 0.9c) /(1 + (0.9c*0.9c) / (1c^2)) = 1.8c / 1.81c = 0.994c

¿Quiere esto decir que la bala saldría leeeeeentamente -estilo matrix- del cañón? No ! Para el que se encuentra dentro de la nave todo se vería absolutamente normal.

Sin embargo, el que se encuentra parado observando desde fuera la escena, percibiría una serie de efectos extraordinarios: (1) que tanto la nave como sus tripulantes se comprimirían como un acordeón, a lo largo de su eje de desplazamiento (hasta llegar finalmente a una longitud nula en el límite de la velocidad de la luz); (2) que la masa de los objetos en movimiento aumentaría con la velocidad (hasta hacerse infinita en el límite de la velocidad de la luz); (3) que el tiempo iría más despacio para los que están dentro de la nave, pero sin que ellos se percataran (llegando incluso a pararse por completo en dicho límite)

Y esto que acabamos de explicar es basicamente La teoría especial de la relatividad de Einstein, elaborada en 1905 (y que luego amplió en 1915). El genio la desarrolló cuando se percató que la fórmula que funcionaba con autobuses y pelotas, no valía para la luz. Cuando se medía la velocidad de la misma en el vacío siempre resultaba el mismo valor (unos 299.793 kilómetros por segundo), en cualesquiera que fueran las circunstancias. Y las leyes del universo que se conocían en su época no podían explicar porque esto era así. Einstein encontró que dicha constancia solo era posible si se aceptaban como ciertas una serie de fenómenos extraordinarios… los 3 que hemos visto antes: que los objetos se ven afectados por la velocidad (en longitud, masa y tiempo) (siempre había sido así, pero nunca lo habiamos visto porque a velocidades “lentas” el efecto no es perceptible). Lo suyo eran sólo predicciones teóricas, que luego en la prácica se han demostrado muy exactas (si la teoría de la relatividad de Einstein fuese incorrecta los aceleradores de partículas no podrían funcionar o las bombas atómicas no explotarían).

¿A qué no ha sido tan aburrido? Toda la vida escuchando sobre esto, y hasta hace bien poco nunca me había interesado en leer del tema.

Actualizado. He consultado al gran Remo de Curioso Pero Inutil, una eminencia en la materia (jeje), por si detectaba alguna gran metida de pata en el artículo. Este es su veredicto:

Te propongo un pequeñíiiiisimo cambio. Hay una frase en la que dices que si la teoría de la relatividad de Einstein fuese incorrecta los aceleradores de partículas no podrían funcionar o las bombas atómicas no explotarían.

Yo lo diría de un modo levemente distinto: La teoría de la Relatividad de Einstein puede comprobarse rutinariamente en los aceleradores de partículas y cuando (cada vez menos, por suerte) estallan las bombas atómicas.

Está pequeña corrección viene porque sabemos que la Relatividad y la Cuántica, los dos pilares de la Física, no pueden ser ciertas ambas a la vez. Y las de perder las lleva la Relatividad, porque no es una teoría cuántica, es decir, no funciona bien a escala subatómica. O sea que podemos decir que la relatividad es una muy buena aproximación, la mejor que tenemos hasta la fecha, igual que la mecánica de Newton es una muy buena aproximación cuando las masas y las velocidades son “pequeñas”. Los cálculos de naves espaciales de la NASA usan a Newton, no a Einstein, porque Newton es mucho más fácil de calcular y no hay diferencias apreciables con Einstein (las diferencias están a partir de no sé qué decimal).

[ Fuentes y lecturas recomendadas: The Straight Dope | AstroMía | El escéptico digital ]

Via | JaviMoya

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