16/enero/2018.

Esta semana el Club de Lectura de la Biblioteca Municipal de Almendralejo nos invitaba a participar en un pequeño debate sobre la ciencia en la que se basan muchas de las ideas de ciencia ficción que aparecen en la literatura o en el cine. A continuación tenemos algunos ejemplos de las teorías y descubrimientos en que se basan.

CONTRACCIÓN DEL TIEMPO

Ejemplo: película 'Interstellar'.

El protagonista realiza un viaje de 2 o 3 años de duración. Cuando regresa a la tierra, para su hija y el resto de los humanos han transcurrido más de 50 años.

Einstein concluye que si un cuerpo se desplaza a una velocidad próxima a la de la luz, el transcurso del tiempo será menor que para un observador que se mantenga en reposo.

Esta es una de las conclusiones de su teoría general de la relatividad.

De momento se cree que es imposible que un objeto material se pueda mover a una velocidad tan alta, solamente lo pueden hacer ondas como la luz. Por tanto esto no es posible para astronautas, naves espaciales y similares.

La teoría de la relatividad es un avance de Einstein sobre la mecánica clásica que había sido definida por Isaac Newton.

Einstein saca conclusiones a partir de dos hechos que ampliaban la visión de Newton:

• Nada puede moverse más rápido que la luz al atravesar el vacío, velocidad próxima a 300.000 Km/s. A este valor se le llama c.
• La luz y las ondas electromagnéticas deben ser observadas de la misma manera por cualquier observador que se encuentre en cualquier sistema inercial -sistema que se mueve a velocidad constante.

Estas conclusiones de Einstein contradecían nuestra experiencia cotidiana:

• Un niño lanza una piedra. La piedra avanza con una determinada velocidad.
• Si el niño está en un tren y lanza la piedra en la dirección de avance del tren, la piedra avanzará más rápido que en el primer caso, sumando las dos velocidades.
• Según Einstein, esto debe cumplirse también con las ondas. Podemos observarlo cuando nos adelanta una ambulancia: el sonido de la ambulancia cuando se acerca a nosotros es más grave que cuando la ambulancia se aleja, más agudo: la velocidad de propagación del sonido al acercarse se suma con la de la ambulancia. Al alejarse se restan: efecto dopler.
• Esto que sucede con las ondas de sonido debe suceder también con campos electromagnéticos y con la luz.

Sin embargo, la luz no se moverá más rápido a pesar de que la fuente de luz parta de un objeto que esté en movimiento.

CURVATURA DEL ESPACIO

Otra forma de explicar este fenómeno es considerar el espacio y el tiempo como algo complementario, no magnitudes independientes. Una de las explicaciones más utilizadas es la curvatura del espacio-tiempo que hace que, a ciertas velocidades, el espacio se acorte.

El origen de esta explicación de la curvatura del espacio-tiempo está en la perturbación que provoca un campo gravitatorio enorme: la luz no tiene masa, se trata de una onda electromagnética que viaja a una gran velocidad. Por no tener masa, no puede ser atraída por la Tierra o cualquier otro objeto material. Sin embargo, se ha observado que es atraída al pasar cerca de masas enormes, como la del Sol. La explicación habitual que se da a este hecho no es que la luz tenga masa, puesto que de momento parece evidente que no la tiene, sino que el sol o cualquier otra masa gigantesca, consigue curvar el espacio que hay en su proximidad, por lo que el rayo de luz, a pesar de viajar en línea recta, acaba describiendo la misma trayectoria curva del espacio que atraviesa.

AGUJEROS DE GUSANO

¿Es posible un viaje en el tiempo? ¿Se puede encontrar un atajo para viajar al futuro? Esto es lo que sucede en la película citada: el protagonista realiza un viaje de dos o 3 años, pero, cuando regresa a la Tierra, comprueba que para su hija han pasado más de 50.

Otra conclusión derivada de la relatividad de Einstein es que podría aparecer en el fondo de un agujero negro una conexión con un punto muy lejano o con tiempo en el futuro. La imagen para explicarnos este fenómeno es el de una garganta o un agujero realizado por un gusano: la descomunal fuerza de gravedad del agujero negro, absorverá la materia y energía que se aproxime a él, y quizá la lance a un punto muy alejado en el espacio o a un momento del futuro. Otra forma de explicar este fenómeno es la curvatura del espacio-tiempo. En esta imagen de Wikipedia se representa este fenómeno de manera artística:

E=mc²

Esta es quizá la fórmula o ecuación más famosa de la historia, y es otra deducción de Einstein a partir de la teoría de la Relatividad.

Hasta ese momento, la energía de una partícula en movimiento se calculaba con la fórmula de la Energía Cinética que se explica en los institutos:

Energía Cinética = ½ m.v²

Según esta fórmula, si un objeto está en reposo, no posee energía cinética.

Ahora, con la ecuación de Einstein, se puede calcular la Energía que posee un cuerpo aún estando en reposo. Esta afirmación explicaría la energía que se podría obtener si se pudiese transformar parte de la materia de un objeto en energía -hasta Einstein, materia y energía eran realidades diferentes en nuestra observación de la naturaleza.

Sin embargo, la ecuación coincide con los hechos que se observan en una central nuclear: tras el proceso de fisión del uranio, se ha demostrado que la disminución en la cantidad de masa coincide con la enorme cantidad de energía generada según la ecuación de Einstein.

Otra consecuencia del uso de esta ecuación es que cuando un objeto viaja próximo a la velocidad de la luz, su masa crece.

Según nuestra experiencia, cuanta más energía aportamos a un objeto, más rápido se mueve: si le pegamos más fuerte la patada al balón, se moverá más rápido.

Sin embargo, si el 'balón' se moviese a una velocidad próxima a luz, esto no sucedería, llegaría un momento que la velocidad crecería muy poco aún aportándole una enorme cantidad de energía. Esto significaría que su masa ha aumentado.