Diario a la velocidad de la luz

 ANTECEDENTES

Retrato de Carl Sagan

Vamos a imitar el Viaje por la Imaginación de Carl Saganpero, en este caso, el viaje será mucho más fácil que uno por el cosmos. En realidad, todo se va a desarrollar con normalidad durante un soleado día en Tenerife. El único cambio destacable y con grandes consecuencias es el de la velocidad de la luz de c = 3×108 m/s  a  c=120 km/h. El viaje en coche nos lleva al Observatorio Atmosférico de Izaña con la intención de observar las estrellas con el telescopio.

VIAJE

Son las once de la mañana del veintiuno de abril de 2014. Esta aclaración tan simple es muy solemne porque: ¿quién ha establecido la hora y la fecha? ¿A quién pertenecen el reloj y el calendario? ¿Cuál es la fecha y hora de referencia? El mundo en el que vivimos es tan relativo debido a la lentitud de la velocidad de la luz. Es por ello que el sistema de referencia es importantísimo para nuestra vida diaria ya que necesitamos saber si la persona que nos dice la fecha por la calle se encuentra parada o está andando o si ha estado viajando por un periodo largo de tiempo o no. La fecha y la hora que escuchamos en la radio o en el reloj de la iglesia no son útiles en este nuevo mundo. Necesitamos nuestra propia definición. Podremos afirmar que hemos vivido veintiún años, once horas, veintiún días y cuatro meses, es decir, mediremos el tiempo por nosotros mismos y de acuerdo con nuestro reloj biológico.

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Abandonamos nuestro hogar para ir al Observatorio de Izaña en coche. Al llegar a la carretera, nos encontramos con la primera diferencia: no hay radares, no hay señales de tráfico de límite de velocidad. En un mundo con una «velocidad de la luz lenta» son totalmente innecesarias. El límite nos lo pone la naturaleza ya que nunca iremos a 120 km/h. La Teoría de la relatividad espacial nos dice que el límite es la velocidad de la luz por lo que es imposible superarla. No es la única consecuencia: cuando un coche nos adelanta por la izquierda, no vamos a ver como lo hace con una diferencia de 10 o 20 km/h más que nosotros aunque viajemos a 100 km/h. Ese es el postulado básico de la teoría, la constancia de la velocidad de la luz en un sistema de coordinación de referencia. No podemos medir una velocidad de la luz diferente de 120 km/h en cualquier situación que quepa en nuestra imaginación.

En nuestro viaje, nos parece que el Teide se encuentra más cerca de lo que recordábamos mientras que los compañeros del observatorio nos apremian porque llegamos tarde. Sin embargo, conocemos la razón de esta curiosa situación: es una de las primeras consecuencias de la constancia de la velocidad de la luz. En otras palabras, la famosa dilatación del tiempo y contracción de la longitud que nos acompaña en nuestro quehacer diario en el nuevo mundo y que hemos interiorizado como algo normal. Estos efectos aparecen de forma natural al aplicar la constancia de la velocidad  de la luz en cualquier sistema coordinado. Mientras que el viaje es más corto para nosotros porque observamos una distancia menor entre el origen y el destino, los compañeros miden en distancia natural por lo que queda mucho tiempo para nuestra llegada.

El viaje continúa y el paisaje que nos rodea ahora da mucho miedo. Es imposible disfrutar así de las vistas. Nos damos cuenta que el paisaje se ha deformado: por un lado, nuestra vista lateral se ha enrojecido y oscurecido y, por otro lado, la vista frontal acapara toda la luz. Parece un viaje a través de un túnel del tiempo. La razón de este fenómeno es que los postulados de la teoría no solo implican efectos cinemáticos sino también efectos ópticos. Al viajar a una velocidad relativa, un efecto importante es el retraso temporal del proceso de la luz en diferentes partes de los objetos y es por ello por lo que los objetos que vemos parecen que están girados o curvados. Además, el efecto Doppler, que podemos reconocer fácilmente al escuchar a los vehículos con sirenas, tiene un papel muy importante en el rango visible. Cuando nos acercamos a Izaña, los telescopios parecen estar pintados de azul y morado mientras que los árboles que hemos dejado atrás son de tonos rojizos y casi desaparecen porque la luz que reflejan pertenece al rango infrarrojo por el cambio al color rojo. Por último, debido de nuevo a la constancia de la velocidad de la luz, los fotones se concentran delante de nosotros porque viajan a nuestra misma velocidad, a      120 km/h. No podemos viajar con la referencia del paisaje ya que este viaja aproximadamente a la misma velocidad que nosotros. Es por ello que vemos toda la luz concentrada justo delante de nosotros y el resto del paisaje a oscuras.

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Cuando por fin llegamos al Observatorio de Izaña, los compañeros nos reprochan que llegamos una hora tarde pero que aún tenemos tiempo de observar Júpiter y algunas estrellas más. En ese momento, reflexionamos que la luz que proviene de Júpiter tarda 560 años en llegar a nosotros por loqueobservamos el planeta de hace más de cinco siglos. Observamos también la estrella más próxima al Sol, Proxima Centauri cuya luz ha tardado 36 millones de años en llegar a nosotros. Sin embargo, este efecto no tiene nada que ver con la relatividad especial: se debe a la limitada velocidad de la luz. Como no se puede sobrepasar esta velocidad, el cielo oscuro solo nos muestra una parte de la Vía Láctea, pero no los objetos más alejados del cosmos, como otras galaxias o cuásarares porque los fotones que vienen de esos objetos no han llegado aún a la tierra (necesitarían más años que los del universo).Este efecto también aparece en las comunicaciones cotidianas. Si queremos llamar a nuestra familia, escucharemos el timbre de llamada durante tres años y medio ya que la señal tiene que viajar a un satélite exterior a la tierra y volver a la superficie y este proceso requiere mucho tiempo en estas condiciones.

Imágen de Júpiter.

Nuestro día finaliza con una bella puesta de sol y un viaje de vuelta tan duro como el de ida. Cuando por fin llegamos a casa, hemos pasado dos semanas en la universidad pero era necesario un viaje así para experimentar en primera persona los efectos que predicen las transformaciones de Lorentz al aplicar la constancia de la velocidad de la luz y los principios de relatividad.

CONCLUSIONES

Al usar este experimento mental, esta analogía aplicada a la vida diaria, esperamos que sea más fácil asimilar los efectos de la Teoría de la relatividad especial para el lector. Estos efectos se nos presenta día día con c = 3 x 108  m/s, pero las velocidades de nuestra particular tierra eran mucho menores y, en consecuencia, los efectos serían insignificantes. No obstante, cada efecto se ha medido en la tierra y entra en concordancia con la predicción teórica con exactitud. En conclusión, este tipo de ejercicios mentales nos permite pensar en el contenido de la teoría que se ha estudiado en profundidad. A su vez, hemos resuelto problemas difíciles pero con efectos sublimes que escapan a nuestras creencias cotidianas.

Autor: Rafael Luque Ramírez

Traductor: Paula Roldán Sastre