La teoría especial de la relatividad, también llamada teoría de la relatividad restringida, es una teoría física publicada en 1905 por Albert Einstein. Surge de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales y de sacar todas las consecuencias del principio de relatividad, según el cual cualquier experiencia hecha en un sistema de referencia inercial se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial.

La teoría especial de la relatividad estableció nuevas ecuaciones que permitían pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Las ecuaciones correspondientes conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, siendo uno de los más asombrosos y más famosos la llamada paradoja de los gemelos.

La relatividad especial tuvo también un impacto en la filosofía, eliminando toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absoluto en el conjunto del universo.

Historia

A finales del siglo XIX los físicos pensaban que la mecánica clásica de Newton, basada en la llamada relatividad de Galileo (origen de las ecuaciones matemáticas conocidas como transformaciones de Galileo), describía los conceptos de velocidad y fuerza para todos los observadores (o sistemas de referencia). Sin embargo, Hendrik Lorentz y otros habían comprobado que las ecuaciones de Maxwell, que gobiernan el electromagnetismo, no se comportaban de acuerdo a las leyes de Newton cuando el sistema de referencia varía (por ejemplo, cuando se considera el mismo problema físico desde el punto de vista de dos observadores que se mueven uno respecto del otro). El experimento de Michelson y Morley sirvió para confirmar que la velocidad de la luz permanecía constante, independientemente del sistema de referencia en el cual se medía, contrariamente a lo esperado de aplicar las transformaciones de Galileo.

En 1905 un desconocido físico alemán publicó un artículo que cambió radicalmente la percepción del espacio y el tiempo que se tenía en ese entonces. En su Zur Elektrodynamik bewegter Körper,^[1] Albert Einstein revolucionó al mundo al postular lo que ahora conocemos como Teoría de la Relatividad Especial. Esta teoría se basaba en el Principio de relatividad y en la constancia de la velocidad de la luz en cualquier sistema de referencia inercial. De ello Einstein dedujo las ecuaciones de Lorentz. También reescribió las relaciones del movimiento y de la energía cinética para que estas también se mantuvieran invariantes.

La teoría permitió establecer la equivalencia entre masa y energía y una nueva definición del espacio-tiempo. De ella se derivaron predicciones y surgieron curiosidades. Como ejemplos, un observador atribuye a un cuerpo en movimiento una longitud más corta que la que tiene el cuerpo en reposo y la duración de los eventos que afecten al cuerpo en movimiento son más largos con respecto al mismo evento medido por un observador en el sistema de referencia del cuerpo en reposo.

En 1912, Wilhelm Wien, premio Nobel de Física de 1911, propuso a Lorentz y a Einstein para este galardón por la teoría de la relatividad, expresando

Einstein no recibió el premio Nobel por la relatividad especial pues el comité, en principio, no otorgaba el premio a teorías puras. 

Teoría de la Relatividad

 

Einstein fundó su teoría en dos principios:

 

1º En todos los sistemas de referencia galileanos, (que se mueven con velocidad constante y trayectoria recta) las leyes de la naturaleza tienen una expresión idéntica.

 

2º La velocidad de la luz es observada constante desde cualquier referencial de esa índole.

 

Lo que quiere decir que los fenómenos y leyes que se observan en un referencial, son idénticos a los que se observan desde todos los referenciales, que se mueven en línea recta y velocidad constante, respecto del primero. O sea, que una persona pesa los mismos kilos cuando está subido a una barca que cuando pasea por la orilla. Y un trozo de madera sumergido en un cubo de agua, sube con velocidad igual a la superficie, si realizamos la experiencia en tierra firme, o si estamos subidos en un tren en marcha.

 

Y si queremos simplificar la teoría, la Relatividad restringida de Einstein no es otra cosa que la aplicación del Principio de Relatividad de Newton al fenómeno luz. El que estos principios sean falsos, como es el caso, es otra cuestión.

 

Espacio y tiempo

 

Junto a estos dos axiomas, Einstein precisó lo que significaban, para él, los conceptos de espacio y tiempo. Así, el espacio es coextensivo con el universo. Puede contraerse y expandirse de acuerdo con la formulación de Lorentz, e incluso curvarse en presencia de la materia. Lo cual es un hecho indiscutible porque nadie puede imaginarse qué es lo que esto significa.

 

En cuanto al tiempo, llevó a cabo una drástica simplificación: La variable tiempo limita su acción a la simultaneidad. "Todos nuestros juicios sobre el tiempo se refieren a acontecimientos simultáneos". En definitiva, reproduce nuestra conducta habitual de fijar los acontecimientos, en el tiempo, mediante la hora que señala nuestro reloj.

 

En otras palabras, ignora que el tiempo dinámico es duración, que el termodinámico es orden, dirección, y que el multidinámico tiene una dimensionalidad fractal superior a la unidad. Lo que quiere decir que este último ocupa una superficie.

 

Es fácil comprobar que, por ejemplo, el tiempo biológico, paradigma del multidinámico, avanza sobre un área, en lugar de seguir una línea como el dinámico: En la muerte de un ser vivo, no existe un punto claro final, como ocurre con el tiempo dinámico en el que la llegada de un tren a la estación es un instante único que puede darse con exactitud.

 

En el tiempo biológico, en cambio, hay un momento en el que el encefalograma es plano, otro en el que el corazón deja de latir, otro en el que las células del cabello mueren, etc. Todo va muriendo según un tiempo propio distinto, cubriendo el tiempo de la vida un área que se detiene contorneada por la muerte.

 

Einstein para probar la relatividad de la simultaneidad, propuso bien conocidos ejemplos de trenes, reglas que se deslizan, etc. Pero quizás él mas claro y sencillo es el de una habitación con forma de cubo regular en la que se enciende una luz en el centro. De modo que todas las paredes, junto con el techo y el suelo se iluminan al mismo tiempo, porque la distancia desde el foco es igual para todas. Un observador situado en dicho centro, lo verá así. Pero otro que está, separado del centro, por ejemplo apoyado en una pared, verá que ésta se ilumina antes que la opuesta, ya que el camino recorrido por la luz es, en este último caso, tres veces mas largo. El hecho deja, por tanto, de ser simultaneo para el segundo observador.

 

Si el cubo se desplaza, la iluminación de todas las caras seguirá siendo simultanea para el observador situado en el centro, suponiendo que éste viaja con el cubo. Pero, si no lo hace porque está situado en otro referencial, y ve como el cubo se aleja, desaparece la simultaneidad. Porque aunque realmente todas las caras se iluminan al mismo tiempo, como la distancia desde el observador a cada una de ellas es distinta, la información le llega con diferentes intervalos de tiempo.

 

En resumen, cada observador ve una cosa distinta. Y aquí surge la cuestión fundamental: ¿es real lo que ve cada uno de estos observadores?. Porque partimos de una teoría del conocimiento avalada por la vida diaria que nos asegura que "real es lo que vemos". Entonces, la iluminación simultanea en todas las caras del cubo es un hecho real para el observador que viaja en el centro del cubo. En cambio, para el observador situado en tierra, el hecho real es la no-simultaneidad. Tenemos así un mismo hecho que tiene dos interpretaciones contradictorias.

 

Para algunos los dos hechos son reales, cada uno para el observador correspondiente. Lo que justifican diciendo que el tiempo de cada observador es distinto, ya que no existe un tiempo absoluto, sino que éste es local y ligado a cada sistema de referencia.

 

Para mí, en cambio, aunque admito el tiempo local en cada referencial en movimiento, no hay mas hecho real que él que las seis caras se iluminan simultáneamente, mientras que lo que ve el observador en reposo no es real. Esta afirmación tiene en contra suya, a pesar de ser evidentemente cierta, que resulta muy chocante decir que lo que veo no es real, porque va en contra del criterio antes citado y, universalmente, admitido.

 

Mas adelante explico con detalle las razones, e implicaciones, de este hecho, pero me apresuro a recordar, ahora, que esta percepción real/no-real debida a la simultaneidad no es un caso exótico y aislado, sino que la propia física está llena de ejemplos en los que la realidad discrepa de lo observado. Y por citar, ahora, aunque sólo sea uno: el palo introducido en un cubo de agua se ve quebrado. Pero, lo que se ve no es cierto, pues en cuanto lo sacamos del agua podemos comprobar que el palo es recto.