Relatividad de la simultaneidad

En esta tercera entrega de la serie Relatividad sin fórmulas, después del Preludio, los Postulados de Einstein y la dilatación del tiempo, nos centraremos en otro aspecto interesante de la teoría: lo que suele llamarse relatividad de la simultaneidad.

Si has entendido los artículos anteriores, ya eres consciente de que, si aceptamos los postulados de Einstein, el tiempo no es absoluto: lo que un observador mide es su tiempo, y otros observadores pueden medir tiempos diferentes del suyo si se mueven respecto a él. Pero una consecuencia interesante de la teoría es que no es ya la duración de un intervalo lo que varía de observador a observador: también lo hace el concepto de sucesos simultáneos.

Dicho de otra manera: no tiene sentido decir que dos cosas “ocurren a la vez”. Podemos decir que yo veo dos sucesos ocurrir a la vez, pero no ir más allá. Tal vez yo sea el único que los vea ocurrir a la vez, y todos los demás observadores vean una cosa suceder antes que la otra.

¿Suena raro? Veamos cómo es, una vez más, una consecuencia lógica e inevitable de los postulados de Einstein (que supongo has leído y entendido; si no, vuelve a ese artículo antes de seguir leyendo).

Supongamos que Alberto y Ana, nuestros “observadores ficticios” se encuentran, como siempre, en el espacio y lejos de cualquier punto de referencia, y se mueven uno respecto al otro. Supongamos que Alberto está dentro de un cubo de cristal que se mueve con él por el espacio: Alberto se encuentra justo en el centro del cubo de cristal y tiene una bombilla en la mano. Y supongamos que en las dos paredes del cubo que están “delante” y “detrás” según el movimiento del cubo (visto desde Ana) hay dos espejos iguales.

Justo en el instante en el que el cubo (con Alberto en su centro) pasa por delante de Ana, Alberto enciende la bombilla. Pensemos en lo que cada uno de los dos ve que está pasando:

Alberto enciende la bombilla y ve la luz alejarse de ella en todas direcciones. Como Alberto ve el cubo en reposo, observa cómo la luz alcanza las paredes del cubo a la vez: los dos espejos, en un momento dado, brillan al reflejar la luz de la bombilla. Dibujo aclaratorio:

Pero ¿qué ve Ana? Recordemos que, en su sistema de referencia, Alberto y su cubo se mueven y pasan por delante de ella. En un momento dado, Alberto enciende la bombilla. Pero fijémonos en los dos rayos de luz que van, visto desde Ana, hacia “delante” y “atrás” en el movimiento del cubo:

El rayo que sale hacia delante tiene que “perseguir” a la pared y el espejo, que se están alejando de él. Pero el rayo que sale hacia atrás se encuentra con que la pared hacia la que se dirige se mueve hacia él. ¿Ves cómo no tienen que recorrer la misma distancia? Pero, por el segundo postulado de Einstein, ambos rayos se mueven respecto a Ana a la misma y exacta velocidad de 300.000 km/s, con lo que inevitablemente no tardan lo mismo en llegar a sus espejos.

Dicho de otra manera, en el sistema de referencia de Alberto ambos espejos reciben la luz al mismo tiempo, pero en el de Ana el espejo de “atrás” recibe la luz antes que el de “delante”. Lo que es simultáneo en un sistema de referencia no lo es en el otro.

Sin embargo, como exploraremos más adelante, lo que siempre se cumple en todos los sistemas de referencia es la causalidad: es decir, si algo es la causa de otra cosa en un sistema de referencia (por ejemplo, Alberto enciende la bombilla y eso causa que los espejos brillen), ese algo siempre ocurre antes que su consecuencia en todos los sistemas de referencia. Fíjate que los brillos de los dos espejos no son uno causa del otro, de modo que pueden ocurrir a la vez en un sistema de referencia y no en otro.

Espero que la explicación no haya sido demasiado larga – como siempre, he tratado de razonar sin usar una sola fórmula matemática, lo cual hace los argumentos un poco más extensos. Si has disfrutado con esta entrada, no te pierdas la siguiente en la que obtendremos, una vez más simplemente usando la lógica, otra consecuencia interesante de la Teoría de la Relatividad Especial: la contracción de la longitud.