Relatividad: la sorprendente paradoja de los gemelos

Uno de los grandes logros de Albert Einstein fue el descubrimiento de que el tiempo es relativo: el tiempo se ralentiza o se acelera dependiendo de la velocidad relativa respecto a otro observador según la siguiente fórmula:

En dicha fórmula "to"  es el tiempo de un observador que está en reposo relativo frente a otro observador que se mueve  a una velocidad "v" y que mide un tiempo "t".  Respecto a "c", es la velocidad de la luz (300000 Km/s). Pero no nos perdamos en la fórmula. Lo que quiere decirnos Einstein es que el ritmo a que pasa el tiempo depende de la velocidad que llevamos: conforme vamos aumentando la velocidad, el tiempo pasa más despacio !!!!!!!!

Siempre que comento el tema a los "no iniciados", la reacción inmediata es de absoluto rechazo, algo así como esto:

-"¡eso es imposible! un reloj siempre marca lo mismo, y le da igual la velocidad a la que vayamos"

 o a veces como esto:

-"bueno, no sé qué dice el reloj, pero una cosa es que un reloj adelante y atrase, y otra cosa que no me puedo creer es que, por ejemplo,  una persona pueda envejecer más rápido o más lento dependiendo de la velocidad que lleva...¡ridículo!"

Pues bien, no solo no es ridículo sino que se ha demostrado de manera muy precisa en infinidad de ocasiones. Lo que ocurre es que no tenemos intuición de ello, porque para apreciar dicho efecto tenemos que movernos realmente rápido respecto a algo. Y claro, las velocidades relativas  a las que nos movemos normalmente a escala terrestre (incluso cuando vas en un Fórmula 1 o viajas en un avión supersónico) son muy pequeñas frrente a la velocidad de la luz (300000 Km/s),  y al sustituir en la fórmula tenemos que "t" y "to" son aproximadamente iguales. Pero si comenzamos a acercarnos a la velocidad de la luz....la cosa cambia mucho. Os propongo un ejemplo:

Supongamos 2 hermanos gemelos, con una edad de 20 años cada uno: El primero, Juan Intrépido, va a empezar un viaje espacial en un cohete rapidísimo, tan rápido que es capaz de ir a 0,999 c (es decir 0,999 veces la velocidad de la luz). El viaje será de dos años, uno para ir a visitar un bonito planeta extrasolar y otro para volver.  Su hermano gemelo Sergio es mucho más tranquilo,  y decide quedarse en La Tierra esperando. Por fin se realiza el viaje, pasa el tiempo y finalmente  Juan vuelve; cuando  por fin aterriza  sale de su nave espacial,  y muy emocionado se abraza con su querido hermano:  pero...automáticamente se dan cuenta de que algo realmente extraño ha pasado;  su hermano Sergio está muy envejecido, es casi un anciano.   En cambio, Juan Intrépido está hecho un chaval. ¿la explicación? Al ir Juan a 0,999 c, su reloj avanzaba mucho más despacio, de manera que cuando para él habían pasado 2 años, para su hermano Sergio habían pasado ¡44 años!. Es decir, que Sergio tenía ya 64 años (se había casado por cierto, y  tenía ya 2 hijos y 3 nietas guapísimas).

A continuación, un vídeo muy bueno sobre este tema que he visto en YouTube:

Quizás por eso quizás  Einstein dijo en una ocasión: "quien tiene un reloj sabe qué hora es, pero quien tiene dos ya no   está tan seguro"   ¡Espero que os haga pensar!

Relatividad: ¿medimos todos lo mismo con nuestros relojes?

Para los alumnos de 2º de Bachillerato: si leéis este chiste y os produce una sonrisa, significará que habréis entendido las explicaciones de Relatividad  de vuestro profesor.  ¡BIEN!

Según la Relatividad Especial de Einstein, no todos los sujetos miden lo mismo en sus relojes, sino que el tiempo que marca el  reloj  de la liebre depende de la velocidad  que  lleva respecto a las tortugas que están tomándose un refresco tranquilamente sentadas. (!!!!!!!) Este efecto es tanto mayor  cuanto más rápido se mueve  la liebre respecto a las relajadísimas tortugas, y  además sólo es realmente apreciable a velocidades relativas próximas a la  de la luz (300000 Km/s). Por tanto, la liebre resulta un poco "chulita" ya que cree poder correr cerca de dicha velocidad y poder por tanto ralentizar apreciablemente el paso del tiempo en su reloj respecto a los relojes de  las tortugas.

Relatividad: ¿nos puede "explotar" una pelota de tenis?

Según la Relatividad de Einstein, la energía y la materia están relacionadas siguiendo la siguiente ley:

donde "E" es la energía, "m" es la masa de un determinado cuerpo, y "c"  es la velocidad de la luz (300000000 m/s).  Esta ley establece la equivalencia entre Energía y Masa, de manera que  si tengo un objeto cualquiera, pongamos una pelota de tenis,  al menos teóricamente  podríamos convertirla en Energía pura. 

Puede que os preguntéis si eso se puede hacer realmente, y si esa energía que tiene la pelota de tenis es mucha o poca. Empecemos por la segunda pregunta: Una pelota de tenis pesa unos 50 gramos, que si se convirtieran en Energía pura podrían suministrar a 50 millones de personas  electricidad durante 2 días aproximadamente. Y  una mesa plegable de unos 10 Kg podría suministrarles  energía a todos ellos   durante un año completo. ¿no es increíble? ¡la masa tiene realmente muchísima energía!

Y la segunda pregunta: ¿se puede sacar la energía de la pelota de tenis? ¿y de una mesa plegable o cualquier otra cosa? ¡a ver si ahora va a ser peligroso tener una pelota en casa! la respuesta es que quizás no sepamos cómo sacar de manera eficiente la Energía de una pelota, pero sí que conocemos  materiales de los cuales es más fácil su extracción, como por ejemplo el Uranio o el Plutonio: es el principio que hace funcionar las centrales nucleares, y desgraciadamente es la causa de la existencia de las bombas atómicas: pensad que la bomba que cayó en Nagashaki tenía una potencia equivalente a 20.000 toneladas de explosivo, y eso que sólo se convirtió en Energía una masa inferior a 1 gramo de material. La bomba nuclear más letal jamás explotada, "Tsar bomb", liberó una potencia equivalente a  50.000.000 de toneladas de explosivo.  Se alcanzaron temperaturas de más de 1000000 de grados, y se pudo ver el resplandor a una distancia de 1000 kilómetros. A cien kilómetros de distancia pudo producir quemaduras de 3er grado.

Por otra parte, la equivalencia masa-energía es nuestra mayor esperanza para conseguir una fuente de energía limpia e inagotable, llamada fusión nuclear. Y  también es la causa del funcionamiento de  las estrellas, en particular de  nuestro Sol, que nos proporcina la luz y el calor que necesitamos para vivir.