TERTULIAS DE LA ASOCIACIÓN DE CATEDRÁTICOS DE INSTITUTO DE ANDALUCÍA

"ANTONIO MACHADO"- ANCABA

La Teoría de la Relatividad

(Actividad subvencionada por la Consejería de Educación de la Junta de Andalucía)

Granada, 6 de abril, 2005


La Asociación de Catedráticos de Instituto de Andalucía “Antonio Machado”–ANCABA ha celebrado el día seis de abril de 2005 la quinta tertulia del curso 2004-05, donde ha acudido invitado el profesor Dr. D. Ramón Román Roldán, catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Granada. El tema sobre el que versó la tertulia fue la teoría de la relatividad. Los puntos fundamentales que trató fueron los postulados fundamentales y las consecuencias que se derivan:

La importancia de la Teoría de la Relatividad no pasa desapercibida para el común de las personas, sean o no expertas en Física Avanzada. No obstante, lo que ha trascendido de esta a la cultura popular son expresiones reduccionistas, cuando no erróneas, de la misma. Aseveraciones derivadas de la teoría, como que “todo es relativo”, no son ciertas.

En realidad lo que viene a decir Einstein es que se debe revisar de manera radical lo que se venia considerando absoluto y relativo hasta ahora. Einstein desarrolló sus teorías en dos trabajos: “Relatividad Especial o Restringida” (1905), en el que solo incluye los sistemas de referencia inerciales (i.e., aquellos en el que se cumple el principio de inercia de Galileo de que si no actúa fuerza alguna sobre un objeto este seguirá su movimiento rectilíneo uniforme), y “Relatividad General” (1916), en el que incluye los sistemas de referencia no inerciales. En este resumen nos limitaremos a exponer los postulados en los que se basa el primero de sus trabajos.

El 1º de estos postulados (Principio de Relatividad) es: “Las leyes de la Física son las mismas para todos los observadores”. Como observadores entendemos sistemas de referencia y como leyes de la Física todas las conocidas incluidas las del Electromagnetismo. Esta ley, cuyo aparato matemático serán las ecuaciones de cambio de un sistema de referencia a otro (Ecuaciones de transformación de Galileo), es natural, impositiva (en el sentido de que las leyes “tendrán” que ver con el fenómeno y no con el observador para que sean consideradas “leyes”) e intuitiva. Es en realidad un principio de objetividad. Las leyes de la Física son, pues, invariantes (i.e, iguales) respecto al cambio del punto de observación. Una primera conclusión obvia es que no existen sistemas de referencia absolutos. A lo largo de la historia hemos visto como se han querido imponer sistemas de referencia absolutos, desde las teorías geocéntricas sobre el sistema solar a la teoría heliocéntrica de Copérnico. Pero en realidad ninguna de estas teorías esta en lo cierto, es una elevación a lo absoluto de nuestro punto de vista. El hecho de que consideremos en la actualidad que el sol es el centro del universo y los planetas giran en torno a el, es únicamente debido a que hemos adoptado un punto de vista común para todo el mundo para explicar mas cómodamente los fenómenos físicos.

El 2º postulado (Principio de Invarianza de la velocidad de la luz) dice: “La velocidad de la luz es la misma para todos los observadores independientemente de cómo se estén moviendo”. Este principio ya no es intuitivo como el primero e incluso parece entrar en contradicción con el Principio de Relatividad. Pero experimentalmente se ha comprobado que es así, la velocidad de la luz es constante y es la máxima velocidad que puede tener toda onda o partícula en el universo (además ninguna entidad física puede alcanzarla excepto las señales de interacción de campos).

Estos dos principios simples traen consigo una seria de consecuencias de vital importancia para cambiar el modo en que miramos el universo. Ahí reside la grandeza de Einstein.

En primer lugar convendremos en que existen magnitudes físicas que dependerán del sistema de referencia (coordenadas, hora de reloj...) y otras que no (distancias, duraciones, ángulos...). Se dice que estas últimas son invariantes. Por otro lado el postulado de Einstein de invarianza de la velocidad de la luz acaba con falsas teorías (como las de la existencia del éter y el experimento de Michelson-Morley) que intentaban encontrar un sistema de referencia absoluto. Por tanto volviendo a magnitudes no invariantes como la distancia (es función de las coordenadas) o el tiempo (se puede obtener en función de las horas que marque un reloj), nos encontramos con realidades como que la longitud de un objeto o el tiempo de un fenómeno no son invariantes, no son absolutos y dependen del sistema de referencia (y de la velocidad a la que se mueva dicho observador) desde el que se midan. Las ecuaciones que relacionan tiempo y espacio que todos conocemos serán invariantes pero los resultados de las medidas de espacio y tiempo no. De esta forma un sistema de referencia en reposo con un objeto medirá la longitud propia de este objeto, pero si el sistema de referencia se esta moviendo respecto al objeto la longitud de dicho objeto será mas corta, y mas corta cuanto mayor sea la velocidad del observador. Por lo tanto, el procedimiento de medida pasa a ser importante en esta teoría. El que el objeto tenga una longitud variable es debido a que el universo es así, no es debido al tipo de procedimiento de medida que usemos. De igual modo, un sistema de referencia en movimiento respecto de un fenómeno medirá un tiempo para ese fenómeno que será mayor que el propio del fenómeno (esto es, el tiempo transcurre más lentamente). De ello se infiere que dos sucesos simultáneos para un observador en reposo no lo serán para un observador en movimiento. El que el tiempo y el espacio no sean absolutos sino que dependan de quien los mida nos puede parecer incomprensible ahora (igual que las tres leyes de Newton que explican la interacción de todos los objetos del cielo y la tierra podían parecer ilógicas a sus coetáneos) pero quizás a los habitantes de la tierra dentro de 100 años les parezcan intuitivas y el universo les parezca mas armónico así. La teoría de que la tierra era redonda costo mucho aceptarla, al igual que ahora nos pasa con la teoría de la Relatividad.

En definitiva, la tendencia a lo absoluto podría actuar como prejuicio para los neófitos en la materia a la hora de entender a Einstein. La forma en que vemos el universo en la actualidad proviene directamente de él. Ahora bien, ¿hasta cuando esto será así?, ¿aparecerán nuevas teorías y experiencias que las confirmen que cambien de nuevo la visión de lo que nos rodea?. Al fin y al cabo todo es relativo, ¿o no?.


José Mª Nacarino Mejías