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.
El texto de Relatividad sin fórmulas - La relatividad en la realidad , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 27 } Comentarios
Un artículo genial, como siempre. Lástima que sea el “último” de la serie ya que es mi favorita
.
Tendré que releerla entera a ver si se me ha quedado algo suelto por ahí.
Un saludo.
Libro de la Relatividad sin formulas ya!! Seria un regalo genial!!
No me equivoco al decir que eres uno de los mejores divulgadores que he leido, un diez por ti!!
Espero que venga pronto esa Relatividad General, ha sido mi preferida.
“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. ” Cada vez que leo algo nuevo sobre el no puedo sino maravillarme de su genialidad. Y eso hace que valore mas lo increiblemente buena persona que era.
Un saludo
Daniel,
Te prometo que para Navidad habrá algún libro cocinado, pero no te prometo de qué. Estoy seguro de que quiero uno específico de “Conoce tus elementos” y otro de “Esas maravillosas partículas”, pero el de la Relatividad sin Fórmulas necesita más contenido, o sería muy corto. Puede que incluya la serie en un compendio más general de artículos.
Pero libros, tarde o temprano, los habrá
que tal.. “Física moderna sin formulas”.. y de paso nos escribes sobre cuántica.. .. sobre el articulo: siempre es bueno ver que las teorías se apuntan a la realidad a través de experimentos. Con este articulo queda uno bien servido..
Un excelente artículo, como toda la serie.
Espero con ansias locas los libros y la ampliación a la TRG. 
(Un detalle, como siempre me sucede: en el párrafo 12 dice “Esto no quiere decir que se la realidad última”… creo que falta la a para “sea la realidad última”.)
Gracias, Miguel, ¡corregido!
¿Pregunta, si la masa y la energia al final son lo mismo porque un foton no tiene energia infinita al viajar a la velocidad de la luz?
Ángel,
Una partícula con masa tendría una energía infinita al viajar a la velocidad de la luz…pero los fotones no tienen masa (por eso pueden viajar a la velocidad de la luz). De hecho, un fotón no puede moverse más lento que la velocidad de la luz, sólo justo a esa velocidad.
Chapeau!!
Hace una pila de años leí “El ABC de la Relatividad” de Sir Bertrand Russel… y no entendí casi nada.
Ahora casi casi lo he entendido… ¡Milagro!
Enhorabuena
Macluskey,
¡Gracias mil! Compararme con gente así hace que mi ego se hinche como un globo
Probablemente en algún momento, después de que publiquemos otra serie parecida, “cuántica sin fórmulas”, volvamos a la relatividad: por un lado, a la general, y por otro revisitar la especial pero con algunas fórmulas.
¡De modo que estate al tanto, si te interesa el asunto!
Hola
Una duda surgida de un comentario tuyo
“De hecho, un fotón no puede moverse más lento que la velocidad de la luz, sólo justo a esa velocidad.”
Partiendo de eso, que hay entonces de verdad en unos experimentos que decían que habían conseguido reducir la velocidad de un fotón a muy poca cosa o incluso decían detenerlo.
Como funciona eso si es que es posible…
P.D Los artículos simplemente geniales
estoy a medias con los de las partículas que vi el de la relatividad y no pude dejarlo a medias.
Dani,
No sé a qué experimentos te refieres. Lo único que se me ocurre es que hayan conseguido hacer que se mueva muy lentamente porque esté en un medio que no es el vacío - la luz va a 300.000 km/s en el vacío, pero puede ir mucho más lenta en otros medios y sigue cumpliéndose la teoría de la relatividad (con el valor que sea en vez de 300.000 km/s).
Y ¡gracias por el piropo! Espero que sigas disfrutando, tienes bastante por leer.
Increible. Siempre me ha interesado la relatividad, y la estudie en la universidad, pero nunca habia visto explicarla de manera tan sencilla. Genial la serie.
Con respecto a la relatividad, si tenemos que un as de luz no debería (entiendase debería) tener masa, por que tenemos el caso de la prueba realizada por astronomos que : ” provando esa verdad, se estudio la salida por detras del sol de una estrella, y esta solo aparecio tiempo despues de lo que en realidad deberia haber salido, demostrando que la luz, si tiene masa, y fue demostrado porque fue modificada y manipulada por la atraccion gravitacional del sol. Esto como caso 1, tambien teniendo la causa de los agujeros negros que capturan hasta la luz caso 2, por consiguiente, eso de poder viajar a la velocidad de la Luz, transformando toda la masa en energia seria algo RELATIVO…” dejen comentarios…
Raúl,
No entiendo bien a qué te refieres con “dejen comentarios”…¿comentarios sobre ese texto?
Para empezar, el fragmento que citas tiene faltas de ortografía, de modo que no me fiaría mucho de la fuente de la que lo has sacado. No tiene pinta de ser muy fiable.
Además realiza afirmaciones falsas, por ejemplo “la luz, si tiene masa”. Lo que sucede en el experimento que se describe es que la estrella curva el espacio-tiempo a su alrededor, haciendo que la luz tarde más tiempo (y, a veces, que realice una trayectoria curva) al pasar cerca de ella. No tiene que ver con la masa del objeto que sufre el campo gravitatorio.
Por cierto, ese efecto no tiene que ver mucho con esta serie, sino con la teoría general de la relatividad, de la que aún no hemos hablado en El Tamiz.
Una serie excelente. Tienes un don para explicar las cosas.
Mis mas grandes felicitaciones, es exelente la forma que haz resumido un tema tan complejo como la TRE, espero ansioso la TRG.
Por otra parte con respecto a lo que comenta Raul, creo que le seria de utilidad tomar en cuenta que no solo la materia curva el espacio-tiempo, si no tambien la energia, que es de lo que se compone el foton.
Me quito el sombrero y hasta el peluquín.
Si fuera esto lo primero que leo sobre la TRE no te reconocería gran mérito: pensaría que ni es tan difícil de entender ni de explicar, “yo mismo podría haberlo hecho igual de bien”. Pero algo especial tiene que tener esta serie de artículos para que sea donde mejor se explica todo con gran diferencia.
Y si encima contamos la paciencia que has tenido para responder las dudas de la que planteaba la gente que no se había coscado del tema ya es para ponerte una estatua en la plaza del pueblo. Por no hablar de la educación con la que has contestado a algún iluminado que pretendía rebatir las explicaciones de la paradoja de los dos gemelos como si se te hubiera ocurrido un domingo por la mañana antes de que te echaran de la discoteca y él fuera premio Novel de física.
Por menos hicieron santo a Job.
JIU,
Aparte de darte las gracias por hinchar mi ego, una recomendación: si te ha gustado esta serie creo que puedes disfrutar “Cuántica sin fórmulas”. Aunque no está terminada ni tiene la estructura simple y corta de ésta (pero es que es más difícil hacerlo corto), es de un estilo parecido.
Respecto a los comentarios de ese tipo, sólo me supone un problema contestarlos cuando recibo varios seguidos y me siento como si estuviera “defendiendo el fuerte” yo solo. En esos momentos lo agradezco mucho cuando algún habitual de la página que sabe del asunto contesta a alguno y me da la sensación de que no estoy solo
Gracias por la recomendación, pero es lo primero que hice al terminar esta serie.
[MODE ESPERANDO MÁS ENTRADAS: ON]
Hola Pedro,
Siento si esto no va en el lugar adecuado, pero no encontraba una dirección de contacto así que he decidido plantear mi duda aquí. Ahora que tengo unos ahorrillos me había decidido a comprar el libro de esta serie, y quería saber si se puede comprar desde otra página que no sea lulú.com. Parece ser que con los gastos de envío mínimos (5 eurelios) si el paquete se extravía no se hacen responsables, y la verdad 10 euros de gastos de envío para asegurarme de que llegue a mis manos me parece un poco excesivo. En caso contrario pues más que nada saber si alguien ha tenido algún problema, o si me valdría más elegir el “Express” for if the flys. Eso era
Y nada, a ver cuándo sale el de cuántica sin fórmulas! Siento poner esto aquí que no viene mucho a cuento, si te parece oportuno borra la entrada.
Saludos
Por si te hace falta alguna otra vez, puedes encontrar la dirección de contacto en “Acerca de…”, pero creo que este comentario mejor lo ve más gente, por si te pueden ayudar.
No se puede comprar el libro a través de nada más, hasta que alguna editorial lo publique (cosa que parece ir para largo), ya que lo bueno de lulu es que no pagamos nada con antelación, sino que se quedan con parte del beneficio según imprimen y mandan el libro.
A mí me han llegado todos sin problemas y los he encargado siempre con el mínimo gasto de envío, pero eso también depende de correos y no de ellos, y a veces tardan más que otras. Creo recordar que a alguien no le llegó el libro, escribió a Lulu y lo enviaron de nuevo, pero mejor te lo confirman si leen esto.
Gracias por molestarte en contestar tan pronto, y más estando de vacaciones :). Pues me quedo más tranquila, y hacía un tiempo que me quería hacer con él, pero eso de “con este tipo de gastos de envío no nos hacemos responsables de lo que le pase a tu compra…” mmmfff me inspiraba poca confianza :D.
Saludos
Muy buen articulo! Por lo que dices de que para viajar a la velocidad de la luz se necesita una energía infinita. Me hace pensar. ¿La luz es el limite de velocidad, porque al menos para el foton su propia velocidad es infinita? Osea, =aun cuando nosotros no lo veamos desplazarse a una velocidad infinita para el fotón si lo es.?
@ dnL,
Que sea el límite de velocidad no quiere decir que sea infinita, simplemente que no podemos llegar. No tiene mucho sentido hablar de la velocidad propia de un fotón (porque para él el resto del Universo no cambia nunca ni pasa el tiempo, y el Universo entero es “plano” sin longitud, como sabes si has leído el resto de la serie), pero de hacerlo sigue siendo c, no infinita…
Gracias, es entro la idea, porque en un universo plano, puede llegar a cualquier lugar al instante. Osea al menos para el foton, sería innecesario ser más rápido ya que para el de todos modos no cambiaría nada.
termine gracias genial… aunque me sale humo de mi cabeza primitiva….
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