#HablemosDeCiencia con Fefo

Si avanzo 50 metros durante 10 segundos en dirección Oeste, decimos que llevo una “velocidad” de “5 metros por segundo.” En realidad deberíamos decir “5 metros entre segundo” o «5 metros cada segundo,» pero como que se acomoda mejor la lengua al decir “por.” Es más, para ser verdaderamente cuidadosos y precisos tendríamos que decir “5 metros entre segundo en dirección Oeste con respecto al árbol que se encuentra enfrente de mi casa,” en otras palabras, para hablar de “velocidad” se requiere lo siguiente: unidades – en qué se mide la velocidad, que en nuestro ejemplo son “metros entre segundo” (podrían ser kilómetros entre hora, pulgadas entre minuto, etc.). Se requiere también especificar la dirección en la que se mueve y esto conlleva a tener que especificar un “sistema de referencia,” en nuestro caso el árbol enfrente de mi casa.

Claro que cuando no es importante ser tan precisos, solamente decimos – ayer regresé por carretera y venía como a 140 – todos entenderemos que se refiere a kilómetros entre hora (y diremos kilómetros por hora) y que la dirección era hacia nosotros, es decir hacia Colima. Para no hacernos bolas ni aburrirnos, utilizaremos esa descripción menos precisa en lo que resta de este escrito.

Si voy en un coche a 50 km/hr y me dirijo derechito al árbol que se encuentra plantado enfrente de mi casa, y no freno, seguramente tendré algunos problemas. Ignoremos las obvias consecuencias de dicho encontronazo y pensemos en lo siguiente: desde la perspectiva de un pasajero de nuestro coche, el árbol se acerca a 50 km/hr, en otras palabras es posible verlo de esa manera. Si le pregunto a un insecto parado en árbol, el insecto también puede decir que el coche va a 50 hacia él o que el árbol (junto con él) va a 50 hacia el coche. Es equivalente.

Un choque más emocionante: si en lugar de que nuestro coche vaya en una trayectoria hacia un árbol va hacia otro coche, entonces la cosa es más emocionante (y peligrosa). Supongamos por ejemplo que con respecto a la banqueta nuestro coche va a 50 km/hr hacia la derecha y que el coche de nuestros desafortunados amigos va a 50 km/hr pero rumbo a la izquierda. Repitiendo el ejercicio de arriba, si deseamos podemos decir que el coche enemigo viene hacia nosotros a 100 km/hr y viceversa. La velocidad es precisamente relativa y depende del sistema o marco de referencia con respecto al cual se mida. Así, si yo mido la velocidad del coche enemigo con respecto al volante de mi coche, aquel se acerca hacia mi volante con una velocidad de 100 km/hr. Si la medimos con respecto a la banqueta, uno lleva 50 a la derecha y el otro 50 a la izquierda. Creo que la mayoría de nosotros estaremos de acuerdo con lo que acabo de decir, y es además es efectivamente correcto, bueno, a medias.

Resulta que hace un poco más de 100 años Albert Einstein llegó a la conclusión de que lo que acabamos de describir es verdad, o casi verdad, solo cuando las velocidades involucradas son pequeñas con respecto a la velocidad de la luz, la cual es de aproximadamente 300,000 km/seg. Una vez que las velocidades sean comparables a la de la luz, encontraremos fenómenos físicos muy diferentes a lo que nuestra intuición y experiencia nos dice. Claro está que en nuestra vida cotidiana esos efectos no son apreciables ya que nos movemos con velocidades extremadamente pequeñas (comparadas con la de la luz), sin embargo existen muchos fenómenos naturales, incluyendo algunos que nosotros generamos, en los que sí se manifiestan los cambios.

Para describir un poco de qué se trata consideremos lo siguiente. Como vimos arriba, la velocidad está relacionada con un desplazamiento espacial (avanzar una cierta distancia) realizado durante un cierto intervalo de tiempo. Si voy a 10 m/s quiere decir que me desplacé de un lugar a otro, separado por 10 metros, y que lo hize durante un segundo. Si efectivamente confirmo ese enunciado quiere decir que pude medir (o alguien lo hizo por mi) una distancia (10 metros) y un intervalo temporal (un segundo). Pues bien, lo que Einstein descubrió es que la velocidad de la luz es siempre la misma y es independiente del estado de movimiento de quien la observe. ¿Qué quiere decir esto? Quiere decir que si yo enciendo una luz en cierta dirección, un observador registrará que la luz llega a 300,000 km/seg independientemente de si yo me muevo o no. No importa si yo voy en un coche que viaje a la mitad de la velocidad de la luz y luego le “aviente” la luz de una linterna, el observador no verá la luz a 450,000 km/seg, la verá exactamente a 300,000 km/seg. De hecho, si en el ejemplo de arriba los coches fueran a 200,000 km/seg (comparable a la de la luz) en lugar de 50 km/hr, no determinarían 400,000, sino algo menor a 300,000.

¿Cómo es posible? ¿Qué sucede que haga esto posible? La consecuencia de la constancia de la velocidad de la luz es que cuando viajamos a velocidades tan grandes, el espacio y el tiempo se distorsionan de tal forma que la luz, independientemente de cómo nos movamos, mantiene su velocidad. A esto se le conoce como la relatividad especial que descubrió Albert Einstein, y al contrario de lo que comúnmente se le atribuye (de que todo es relativo y no podemos determinar nada), la relatividad especial está fundamentada en dos postulados bastante no-relativos: i) Las leyes de la naturaleza son iguales en todos lados y ii) la velocidad de la luz es constante e independiente del sistema de referencia.