Relatividade sen fórmulas (X): A relatividade na realidade

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 21 de xuño de 2007 Relatividad sin fórmulas – La relatividad en la realidad, de Pedro Gómez-Esteban González, que pode lerse nesta ligazón.]

[O artigo previo da serie é Relatividade sen fórmulas (IX): Paradoxo dos xemelgos.]

Agora que xa percorremos o camiño que nos levou desde o Limiar da Teoría Especial da Relatividade ata o Paradoxo dos xemelgos, pasando polos efectos relativistas máis coñecidos, imos concluír a parte principal desta serie falando dalgúns experimentos que demostran que a Teoría Especial non é unha «ilusión» nin un invento matemático: a relatividade existe.

albert_einstein_1947

Por certo, lembra que nesta serie falamos da Teoría da Relatividade Especial, non Xeral, de xeito que non imos falar neste artigo da curvatura da luz ao pasar preto do Sol nin cousa semellante.

En primeiro lugar, o punto máis feble de calquera teoría son os seus puntos de partida: neste caso, os dous postulados de Einstein (se non os lembras, podes refrescar a túa memoria aquí). Os físicos realizaron moitísimos experimentos tentando asegurarse, por unha banda, de que é imposible distinguir dous sistemas inerciais, e, pola outra banda, de que a velocidade da luz é sempre a mesma.

Todos os experimentos realizados son congruentes cos postulados de Einstein: por unha banda, non apareceu ningún experimento físico que permita diferenciar dous sistemas inerciais. Pola outra banda, con relación á constancia da velocidade da luz, fíxose unha miríade de experimentos (o primeiro de todos, o de Michelson e Morley que mencionamos ao comezarmos a serie): mediuse a velocidade da luz que nos chega de estrelas que se achegan a nós, que se afastan de nós e que non se moven demasiado en calquera sentido. Mediuse a luz dunha fonte que se move a gran velocidade, desde un observador que se move cara á fonte e que se afasta dela… en todos os casos, a velocidade da luz resultou ser a mesma (dentro do erro inherente ás medidas dos experimentos, pero é un erro moi pequeno). De xeito que semella que os postulados se cumpren.

Con relación aos efectos antiintuitivos dos que xa falamos, observáronse experimentalmente case todos. Por exemplo, os muóns teñen unha vida media duns 2 microsegundos. Á velocidade coa que baixan das capas altas da atmosfera, deberían percorrer, máis ou menos, 600 metros; porén, percorren máis de 10 quilómetros e tardan en desintegrarse unhas vinte veces máis do que deberían. Secasí, se temos en conta a dilatación do tempo (os muóns baixan moi, moi rapidamente), os números encaixan perfectamente cos datos observados. Por suposto, se temos muóns que se moven moi lentamente, desintégranse no tempo esperado (os seus dous microsegundos).

Tamén se comprobou con reloxos estacionarios e en movemento. Desde logo, non podemos acelerar reloxos ás velocidades que levan, por exemplo, os muóns, así que o reloxo que se move non marca un tempo 20 veces máis lento; pero empregando reloxos atómicos moi precisos si se observan diferenzas da orde dos nanosegundos: o reloxo que se move vai máis lentamente. Por suposto, introducindo a velocidade relativa de ambos os reloxos, os números encaixan nas fórmulas de Einstein.

A contracción da lonxitude, que saiba eu, non se mediu, porque os obxectos que se aceleraron a grandes velocidades adoitan ser partículas subatómicas. Porén, cando se mira, por exemplo, o experimento dos muóns, se aceptamos que a súa vida media no seu propio sistema de referencia é de 2 microsegundos e que ven que a Terra se achega á mesma velocidade que vemos nós que eles se achegan ao chan, a distancia que percorren no seu propio sistema de referencia debe necesariamente ser máis curta ca a que medimos nós. Desde logo, isto non é unha proba directa senón unha dedución.

Con relación ao aumento da masa, é moi evidente a grandes velocidades: cando, nos aceleradores de partículas, os físicos levan (por exemplo) un electrón a unha velocidade próxima á da luz e despois miden a súa masa (facendo que colida con algo), as predicións da teoría de Einstein cúmprense perfectamente: o electrón empurra as cousas cun momento lineal moito maior ca o que prediría Newton. A masa aumenta.

Non soamente iso. Nos aceleradores de partículas é posible levar dúas partículas de 1 unidade de masa (é un exemplo, tanto dá a masa que teñan) a unha velocidade enorme e facelas chocar. O resultado é (por exemplo) outra partícula máis pesada ca as dúas anteriores. Ata aquí, todo encaixa. Porén, resulta que a masa da partícula que se obtén non é 2, senón meirande… por exemplo, 2,1. Como diaño pode explicarse iso coa mecánica newtoniana? Non obstante, a teoría relativista explícao perfectamente mediante a equivalencia entre a masa e a enerxía. Unha parte da enorme enerxía cinética das dúas partículas iniciais converteuse en masa da partícula resultante.

Tamén se comproba o caso oposto todos os días nas centrais nucleares de fisión: cando se produce a desintegración radioactiva dos isótopos do uranio, a masa total das partículas que se obteñen é máis pequena ca a das orixinais… pero se temos en conta a enerxía desprendida en forma de radiación e empregamos a famosa fórmula de equivalencia E = mc2, todo encaixa á perfección.

Resumidamente, talvez a Teoría da Relatividade Especial resulte antiintuitiva. Hai moita xente que se resiste a aceptar que é unha realidade e que se aferra a cousas como que «semella que o tempo é diferente» ou que «é unha ilusión». Emporiso, non é un invento filosófico ou matemático, senón unha necesidade teórica para explicar fenómenos, como os descritos neste artigo, que se observan no Universo. Todos estes experimentos son coherentes: o tempo non é absoluto, a velocidade da luz si o é, a masa e a lonxitude varían coa velocidade, a masa e a enerxía convértense a unha na outra… a relatividade é unha realidade.

Isto non quere dicir que sexa a realidade última: poida que, no futuro, a refinemos e se converta nun caso especial dunha teoría máis ampla (coma sucede coa Especial dentro da Relatividade Xeral), pero do que estamos tan seguros como podemos estar é de que non é unha ilusión e de que os efectos que describe son reais. Ademais, as fórmulas que se derivan dos postulados producen resultados totalmente coherentes cos experimentos, así que… que máis lle podemos pedir a unha teoría física?

Por outra banda, aínda que hoxe en día teñamos toda esta equipaxe experimental para apoiar a teoría, espero que sexas consciente de que Albert Einstein deduciu todos estes efectos e fórmulas sen un só experimento: soamente pensando cun papel e un lapis. E, naquel momento, el non podía dicir (como facemos nós aquí): «Ben, seica non te convence o meu argumento, pero é que o que estou a dicir non é unha opinión, xa se comprobou que a masa e a enerxía son equivalentes!». Nós témolo moi fácil hoxe…

Con este artigo conclúe esta serie. Oxalá, despois de lérela, teñas unha idea máis clara de qué é a Teoría Especial da Relatividade e de por que é lóxica.


Sobre o autor: Pedro Gómez-Esteban González é físico, profesor de Educación Secundaria e autor do blog El Tamiz.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair / Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair / Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair / Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair / Cambiar )

Conectando a %s