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La simultaneidad explicada
La dilatación del tiempo, la contracción de la longitud y la relatividad de la simultaneidad son algunas de las extrañas conclusiones de la relatividad especial. Esta página utiliza animaciones para explicarlas con más detalle. Hay un poco de matemáticas: se utiliza el teorema de Pitágoras sobre los lados de un triángulo rectángulo, pero nada más.
La siguiente animación muestra las observaciones de Jasper y Zoe sobre los acontecimientos. En el marco de Jasper, Zoe viaja de izquierda a derecha a v = 0,8*c, y el pulso de luz traza las líneas mostradas, cada una de las cuales es la hipotenusa de un triángulo rectángulo. En el fotograma de Zoe, Jasper y su porche se desplazan de derecha a izquierda a una velocidad v = 0,8*c, y el pulso de luz del reloj sólo va de lado, de un lado a otro del coche. El contador rojo situado al lado de Zoe muestra el número de ticks del reloj que reporta; el situado al lado de Jasper cuenta los ticks que observa. Para ambos observadores, cada reflejo de la ventana es un tic del reloj de Zoe. (Puedes utilizar la función “paso” para comprobar que esto ocurre. También puedes comprobar la constancia de la velocidad de la luz para los dos observadores comprobando que el pulso de luz recorre la misma distancia por fotograma).
Observador de la relatividad general
¿Dependen los intervalos de tiempo de quién los observa? Intuitivamente, parece que el tiempo de un proceso, como el tiempo transcurrido de una carrera a pie ((Figura)), debería ser el mismo para todos los observadores. En las experiencias cotidianas, los desacuerdos sobre el tiempo transcurrido tienen que ver con la precisión de la medición del tiempo. Es probable que nadie argumente que el intervalo de tiempo real es diferente para el corredor en movimiento y para el reloj inmóvil que se muestra. Sin embargo, si se considera cuidadosamente cómo se mide el tiempo, se ve que el tiempo transcurrido depende del movimiento relativo de un observador con respecto al proceso que se está midiendo.
El tiempo transcurrido en una carrera a pie es el mismo para todos los observadores, pero a velocidades relativistas, el tiempo transcurrido depende del movimiento del observador con respecto al lugar donde ocurre el proceso que se está midiendo. (Crédito: “Jason Edward Scott Bain”/Flickr)
Consideremos cómo medimos el tiempo transcurrido. Si utilizamos un cronómetro, por ejemplo, ¿cómo sabemos cuándo empezar y parar el reloj? Un método es utilizar la llegada de la luz del evento. Por ejemplo, si estás en un coche en movimiento y observas que la luz que llega de un semáforo cambia de verde a rojo, sabes que es el momento de pisar el pedal del freno. La sincronización es más precisa si se utiliza algún tipo de detección electrónica, evitando los tiempos de reacción humana y otras complicaciones.
Convención de sincronía de Einstein
Entiendo (creo) el experimento mental de Einstein sobre las dos luces que chocan “al mismo tiempo” para un observador que está parado, pero no para otro que se mueve hacia una de las fuentes de luz.
El acontecimiento en sí: 2 luces que chocan contra el suelo, ocurre al mismo tiempo para ambos observadores, pero sólo se trata de su percepción individual de los dos haces de luz que llegan a sus ojos en lo que no pueden estar de acuerdo, ¿verdad?
En otras palabras, observar eventos y decidir si son simultáneos podría ser relativo en ciertos escenarios, pero los eventos mismos, por sí mismos, en sí mismos, a priori pueden ser simultáneos de manera absoluta ¿no?
Porque para que las cosas existan tiene que haber una continuidad de existencia, y si hay una continuidad de existencia entonces debe ser simultánea a/superpuesta con la continuidad de “nuestra” (por ejemplo la del planeta tierra) existencia.
En otras palabras, si la Vía Láctea está “ocurriendo ahora mismo” pero no podemos decir que Alfa Centauri está “ocurriendo ahora mismo” también, al mismo tiempo, entonces eso significaría que Alfa Centauri no existe o peor aún el resto del universo en sí.
Experimento de Einstein
Según la teoría de la relatividad especial, es imposible decir en sentido absoluto si dos acontecimientos distintos ocurren al mismo tiempo si esos acontecimientos están separados en el espacio, como un accidente de coche en Londres y otro en Nueva York. La cuestión de si los sucesos son simultáneos es relativa: en algunos marcos de referencia los dos accidentes pueden ocurrir al mismo tiempo, en otros marcos (en un estado diferente de movimiento relativo a los sucesos) el choque en Londres puede ocurrir primero, y aún en otros marcos, el choque en Nueva York puede ocurrir primero. Si los dos acontecimientos están conectados causalmente (“el acontecimiento A causa el acontecimiento B”), la relatividad de la simultaneidad preserva el orden causal (es decir, “el acontecimiento A causa el acontecimiento B” en todos los marcos de referencia).
Si imaginamos que un marco de referencia asigna exactamente el mismo tiempo a dos sucesos que se encuentran en puntos diferentes del espacio, un marco de referencia que se mueve con respecto al primero asignará generalmente tiempos diferentes a los dos sucesos. Esto se ilustra en la paradoja de la escalera, un experimento mental que utiliza el ejemplo de una escalera que se mueve a gran velocidad por un garaje.