Una vez hemos recorrido el camino que nos llevó desde el Preludio de la Teoría Especial de la Relatividad hasta la Paradoja de los gemelos, pasando por los efectos relativistas más conocidos, vamos a concluir la parte principal de esta serie hablando de algunos experimentos que demuestran que la Teoría Especial no es una “ilusión” ni un invento matemático – la relatividad existe.
Por cierto, recuerda que esta serie habla acerca de la Teoría de la Relatividad Especial, no General, de modo que no vamos a hablar en este artículo de la curvatura de la luz al pasar cerca del Sol ni nada parecido.
En primer lugar, el punto más débil de toda teoría son sus puntos de partida: en este caso, los dos postulados de Einstein (si no los recuerdas puedes refrescar la memoria aquí). Los físicos han realizado muchísimos experimentos tratando de cerciorarse de que, por un lado, es imposible distinguir un sistema inercial de otro y, por otro lado, la velocidad de la luz es siempre la misma.
Todos los experimentos realizados son congruentes con los postulados de Einstein: por un lado, no se ha descubierto ningún experimento físico que pueda diferenciar un sistema inercial de otro. Respecto a la constancia de la velocidad de la luz, se han hecho una miríada de experimentos (el primero de todos, el de Michelson y Morley que mencionamos al iniciar la serie): se ha medido la velocidad de la luz que nos llega de estrellas que se acercan a nosotros, que se alejan de nosotros y que no se mueven demasiado ni en un sentido ni en otro. Se ha medido la luz de una fuente que se mueve a gran velocidad, desde un observador que se mueve hacia la fuente y que se aleja de ella…en todos los casos, la velocidad de la luz ha resultado ser la misma (dentro del error inherente a las medidas de los experimentos, pero es un error muy pequeño). De modo que parece que los postulados se cumplen.
Respecto a los efectos anti-intuitivos de los que hemos hablado, se han observado experimentalmente casi todos. Por ejemplo, en el artículo reciente sobre el muón ya mencionamos una de las pruebas más evidentes: los muones tienen una vida media de unos 2 microsegundos. A la velocidad a la que bajan de las capas altas de la atmósfera, deberían recorrer más o menos 600 metros y, sin embargo, recorren más de 10 kilómetros y tardan unas veinte veces más en desintegrarse de lo que deberían. Sin embargo, si se tiene en cuenta la dilatación del tiempo (los muones bajan muy, muy rápido) los números encajan perfectamente con los datos observados. Por supuesto, si se tienen muones que se mueven muy despacio, se desintegran en el tiempo esperado (sus dos microsegundos).
También se ha comprobado con relojes estacionarios y en movimiento. Desde luego, no podemos acelerar relojes a las velocidades que llevan, por ejemplo, los muones, de modo que el reloj que se mueve no marca un tiempo 20 veces más lento, pero utilizando relojes atómicos muy precisos sí se observan diferencias de tiempo del orden de nanosegundos: el reloj que se mueve va más lento. Desde luego, introduciendo la velocidad relativa de ambos relojes los números encajan en las fórmulas einstenianas.
La contracción de la longitud, que yo sepa, no se ha medido, pues los objetos que se han acelerado a grandes velocidades suelen ser partículas subatómicas. Sin embargo, cuando se mira, por ejemplo, el experimento de los muones, si se acepta que su vida media en su propio sistema de referencia es de 2 microsegundos y que ven a la Tierra acercarse a la misma velocidad que nosotros los vemos a ellos acercarse al suelo, la distancia que recorren en su propio sistema de referencia debe necesariamente ser más corta que la que medimos nosotros. Desde luego, esto no es una prueba directa sino una deducción.
Respecto al aumento aparente de masa, es muy evidente a grandes velocidades: cuando, en los aceleradores de partículas, los físicos llevan (por ejemplo) un electrón a una velocidad próxima a la de la luz y luego miden su masa (haciendo que choque con algo), las predicciones de la teoría de Einstein se cumplen a la perfección: el electrón empuja las cosas con un momento lineal mucho más grande del que Newton hubiera predicho. La masa aumenta.
No sólo eso – en los aceleradores de partículas pueden llevarse dos partículas de masa 1 unidad (es un ejemplo, da igual la masa que tengan) a una velocidad enorme y hacerlas chocar. El resultado es (por ejemplo) otra partícula más pesada que las dos anteriores. Hasta ahí, todo encaja. Sin embargo, resulta que la masa de la partícula que se obtiene no es 2 sino más grande…por ejemplo, 2,1. ¿Cómo diablos puede explicarse eso con la mecánica newtoniana? Sin embargo, la teoría relativista lo explica perfectamente mediante la equivalencia entre masa y energía. Parte de la enorme energía cinética de las dos partículas iniciales se ha convertido en masa de la partícula resultante.
También se comprueba el caso contrario todos los días en las centrales nucleares de fisión: cuando se produce la desintegración radiactiva de los isótopos del uranio, la masa total de las partículas que se obtienen es más pequeña que la de las originales…pero si se tiene en cuenta la energía desprendida en forma de radiación y se usa la famosa fórmula de equivalencia (E = m·c2), todo encaja a la perfección.
En resumen – puede que la Teoría de la Relatividad Especial resulte anti-intuitiva. Hay mucha gente que se resiste con uñas y dientes a aceptar que es una realidad, y se agarra a cosas como que “parece que el tiempo es diferente” o que “es una ilusión”. Sin embargo, no es un invento filosófico o matemático, sino una necesidad teórica para explicar fenómenos, como los descritos en este artículo, que se observan en el Universo. Todos esos experimentos son coherentes: el tiempo no es absoluto, la velocidad de la luz sí lo es, la masa y la longitud varían con la velocidad, la masa y la energía se convierten la una en la otra…la relatividad es una realidad.
Esto no quiere decir que sea la realidad última: puede que, en el futuro, la refinemos y se convierta en un caso especial de una teoría más amplia (como sucede con la Especial dentro de la Relatividad General), pero de lo que estamos tan seguros como podemos estar es de que no es una ilusión y que los efectos que describe son reales. Además, las fórmulas que se derivan de los postulados producen resultados totalmente coherentes con los experimentos, de modo que ¿qué más se le puede pedir a una teoría física?
Por otro lado, aunque hoy en día tengamos todo este equipaje experimental para apoyar la teoría, espero que seas consciente de que Albert Einstein dedujo todos esos efectos y fórmulas sin un solo experimento – sólo pensando con un papel y un lápiz. Y que, en su momento, él no podía decir (como hago yo aquí) “Bien, puede no convencerte mi argumento, pero es que lo que estoy diciendo no es una opinión, ¡se ha comprobado que la masa y la energía son equivalentes!” Hoy lo tenemos muy fácil…
Con este artículo finaliza la parte principal de esta serie (que ampliaremos algún día a la Relatividad General). Espero que hayas disfrutado tanto leyendo la serie como yo escribiéndola – aunque tengo que decir que es la que más esfuerzo me ha supuesto de todo lo escrito en El Tamiz hasta ahora -, y que después de leerla tengas una idea más clara de qué es y por qué es lógica la Teoría Especial de la Relatividad.
Si hay interés, podemos dedicar un artículo (o dos) a responder “preguntas frecuentes”. De modo que, si tienes flecos o preguntas pendientes sobre el asunto, escribe un correo electrónico (recuerda, pedro@eltamiz.com). Elegiré los más representativos e interesantes y, si hay suficientes, artículo al canto (si no hay muchos o no son suficientemente interesantes, los trataré de contestar por correo). Prefiero dejar los comentarios de este artículo para hablar sobre este artículo en concreto, no de la serie, de ahí que os pida que lo hagáis por correo. También podéis hacerlo en el foro, ya que he abierto un hilo específico para la serie.
Por cierto, he creado una categoría (Relatividad sin fórmulas) para tener todos los artículos agrupados de forma que sean una referencia más fácil de encontrar.
