El Tamiz

Iniciamos la serie de Relatividad sin fórmulas en esta entrada. No voy a recordar todas las demás porque, francamente, si llegado a este punto no las has leído, deberías hacer click en el enlace y empezar desde el principio. No tiene sentido que empecemos a discutir aparentes paradojas que se deducen de la Teoría de la Relatividad Especial si no estamos en la misma onda respecto a la teoría.

Vamos a dedicar un par de entradas a dos paradojas muy conocidas, una relativamente sencilla y otra más compleja. Espero que veas que las “paradojas relativistas” lo son por parecer absurdas, pero no son realmente absurdas: parece que hay algo que no encaja, pero todo tiene perfecto sentido si se mira con cuidado. El problema es, como siempre, que nuestra intuición se ha desarrollado en un mundo de cosas que se mueven despacio, de modo que lo que nos parece “evidente” es evidente si las cosas no van muy rápido.

La primera paradoja que discutiremos es la llamada del palo y el granero, de la escalera y el granero, del corredor y con otros nombres, todas ellas básicamente la misma “paradoja”. Por supuesto, nosotros utilizaremos a Alberto y Ana para describir la situación. Veremos si, en primer lugar, ves la paradoja, y si en segundo lugar puedo convencerte de que, realmente, todo encaja.

1. La paradoja del palo y el granero

Supongamos que Alberto y Ana, nuestros observadores relativistas, están en una granja en la que hay un granero de base cuadrada de diez metros de lado. El granero tiene dos puertas, una en una pared y otra en la pared opuesta. Ana se encuentra en reposo junto al granero, que tiene una puerta abierta y la otra cerrada.

Aparece Alberto, que lleva en las manos un palo de diez metros de longitud y corre hacia la puerta abierta del granero a una velocidad de, por ejemplo, 240.000 km/s. ¡Alberto es un pedazo de atleta! Veamos que es lo que observa cada uno de ellos con dibujos. Lo que ve Ana, que está en reposo respecto al granero y ve a Alberto moverse, es que el granero tiene diez metros de largo (normal), y que Alberto lleva en las manos un palo más corto de diez metros, debido a la contracción de la longitud. Pongamos que, en el sistema de referencia de Ana, el palo mide seis metros. Ella vería esto:

Pero Alberto, por supuesto, no ve lo mismo. Su palo, cuando lo mira, mide diez metros, pues está en reposo respecto a él. Es el granero el que es más corto…al estar moviéndose hacia Alberto a 240.000 km/s, de puerta a puerta Alberto no ve 10 metros, sino que ve 6 metros (la misma contracción de longitud que Ana ve en el palo). Esto es lo que ve él:

Pero Ana, que no se cree la Teoría de la Relatividad Especial, opina que la contracción de la longitud es una ilusión óptica. De modo que decide comprobarla: va a encerrar a Alberto en el granero, para ver si realmente cabe dentro. Puesto que lo que ella ve es que el palo mide seis metros y el granero diez, no debería haber ningún problema.

Ana instala un automatismo en las puertas que hace lo siguiente: en cuanto el extremo de atrás del palo de Alberto entre en el granero, la puerta trasera se cerrará (de modo que, en ese instante, ambas puertas están cerradas con Alberto dentro), e inmediatamente la puerta de salida se abrirá, dando tiempo de que el extremo anterior del palo salga del granero sin problemas (el texto es un poco difícil de leer pero sólo repite lo que estamos diciendo fuera de la imagen):

De esta manera, Ana comprobará que, efectivamente, el palo es más pequeño que el granero y cabe dentro, sin que el experimento altere la velocidad de Alberto: el palo pasa por ambas puertas sin encontrar obstáculos.

Pero, ¿qué vería Alberto? La paradoja consiste en lo siguiente: si en el sistema de referencia de Alberto el palo mide 10 metros y el granero 6, cuando las puertas estén cerradas, es imposible que el palo quepa en el granero. En el sistema de referencia de Alberto, debería pegarse un morrazo con la puerta de salida, porque como la parte de atrás del palo no habrá superado la puerta de entrada cuando la parte de delante llegue a la puerta de salida, esta segunda puerta estará cerrada. ¿Cómo es esto posible?

Antes de leer la explicación, piensa un par de minutos. Si has entendido esta serie hasta ahora, no espero que tengas la solución exacta, pero ya deberías oler más o menos por dónde van los tiros. Una vez lo hayas pensado un rato, sigue leyendo.

2. La explicación relativista

Si has entendido los anteriores artículos de la serie, aunque no sepas exactamente qué está pasando, probablemente te hueles que tiene que ver con el tiempo: para empezar, lo que Ana ve simultáneo Alberto puede no verlo a la vez. Si has pensado algo así, enhorabuena, porque entiendes el fundamento de la solución.

En efecto, Ana ve las dos puertas cerradas en un instante de tiempo, porque el granero está en reposo respecto a ella. Pero puesto que Alberto se mueve respecto al granero, el tiempo no pasa igual para él. Si recuerdas la entrada de relatividad de la simultaneidad, entiendes de qué manera.

En el sistema de referencia de Alberto, los sucesos de la pared de delante del granero se producen antes que en el de Ana, porque un rayo de luz que sale de ese lugar va hacia Alberto y Alberto hacia él. Pero, por el contrario, un suceso en la pared por la que Alberto entra en el granero está “retrasado”, porque un rayo de luz que salga de esa pared del granero tiene que perseguir a Alberto, que se aleja de la pared.

De modo que Alberto ve las cosas pasar antes de tiempo en la puerta de salida, y después de tiempo en la puerta de entrada. No vamos a entrar en exactamente cuánto tiempo hay de diferencia, pero fíjate en lo rara que es la conclusión: si Ana ve las dos puertas cerradas al mismo tiempo, y la segunda puerta abrirse inmediatamente después de que se cierre la primera, Alberto verá la puerta de salida abrirse antes de que se cierre la primera. Es decir: Alberto nunca ve las dos puertas cerradas.

Esto es lo que ve Alberto, teniendo en cuenta la relatividad:

De manera que, en su sistema de referencia, todo tiene sentido. Sí, su palo es más largo que el granero, pero no hay problema, porque antes de que el extremo anterior del palo alcance la puerta de salida, ésta se ha abierto. Y cuando la puerta de entrada se cierra, el extremo posterior del palo ya ha superado la puerta hace un tiempo.

Es extraño, pero si recuerdas la entrada sobre la relatividad de la simultaneidad verás que es exactamente lo mismo. ¿Quién tiene razón? Los dos. Desde luego, Ana ha comprobado que la contracción de la longitud no es una ilusión óptica: en un momento determinado, Alberto está completamente dentro del granero y corriendo a casi la velocidad de la luz, sin tocar ninguna pared.

En la próxima entrada, una paradoja aún más rara: la de los gemelos.

El texto de Relatividad sin fórmulas - Paradoja del corredor , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.