Relatividad de la Simultaneidad

Volviendo a la relatividad, hemos visto que los conceptos de espacio y tiempo en la relatividad no son los mismos que en el sentido clásico de Newton. Las ecuaciones matemáticas a veces no dejan entrever el significado, por eso les he preparado una animación que espero aclare estos conceptos. Referencias: relatividad, simultaneidad, dilatación temporal, contracción de longitudes, Newton, Einstein.

La transformación de Lorentz introduce una relación entre el espacio y el tiempo que no existe en la transformación de Galileo. Dicho de otro modo, para Newton, cuyas leyes siguen la transformación de Galileo, el tiempo es absoluto. No hay relación directa entre las coordenadas espaciales y las temporales. ¿Cómo hay que imaginarse esto?, pues de la siguiente manera, supongamos que en cada punto del sistema de coordenadas existe un reloj. Según Newton, todos los relojes miden siempre la misma hora para todos los observadores, esto significa tiempo absoluto.

Según el tiempo absoluto de Newton dos sucesos separados en el espacio y que ocurren al mismo tiempo, son observados al mismo tiempo por todos los observadores. Por ejemplo, si un extraterrestre observa que dos explosiones estelares (supernovas) ocurren al mismo tiempo, entonces cualquier observador del universo observara las explosiones al mismo tiempo, es decir son simultáneas.

Pero desde el punto de vista de Einstein el tiempo es relativo, según la dilatación temporal vista anteriormente. En este caso los relojes situados en cada punto del sistema de coordenadas marcaran horas distintas según el observador. ¿Qué significa esto? Para entenderlo tenemos que volver a los observadores Jan e Ivette. Sucesos que ocurren al mismo tiempo en dos lugares separados vistos por Jan, no ocurren al mismo tiempo al ser observador por Ivette. Si Jan observa que la explosión de las supernovas son simultaneas, para Ivette no son simultaneas, primero explosiona una y después la otra. A esto se le llama relatividad de la simultaneidad.

Para entenderlo les he preparado una pequeña animación. Supongamos que Jan se encuentra dentro de un vagón de tren. El tren se mueve muy rápido pero siempre a velocidad constante. Jan se sitúa en el centro del vagón y lanza una señal luminosa. Puesto que se encuentra en el centro del vagón la luz de la señal luminosa llega a las paredes del vagón en el mismo tiempo. Para Jan son sucesos simultáneos, ocurren en lugares distintos (cada señal en una pared distinta) pero al mismo tiempo. Es lo que se observa en la siguiente animación.

Supongamos ahora que Ivette se encuentra sentada en la estación cuando tiene lugar el lanzamiento de la señal luminosa. Ivette observa dos movimientos, el de la luz y el del tren. Hay que recordar una de las hipótesis más sorprendentes de la relatividad, la velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia. Por esto, para Ivette el rayo de luz que viaja en el mismo sentido que el tren tiene la misma velocidad que el rayo de luz que viaja en sentido contrario. Podemos decir que la velocidad de la luz es absoluta para todos los observadores.

Que observa Ivette, el rayo de luz que se dirige en sentido contrario al movimiento alcanza la pared del vagón antes que el rayo que se mueve en el sentido de la marcha. Véanlo en la siguiente animación.

Los sucesos que son simultáneos para Jan no lo son para Ivette. Con esto podemos decir que la observación depende del sistema de referencia y puesto que todo suceso físico depende de la observación nos encontramos que la relatividad revoluciona a toda la física. La realidad de lo observado depende del observador. Hay una realidad distinta para cada observador, esto quiere decir que la realidad no existe, puesto que no es absoluta.

Cuidado, las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, son los resultados de estas leyes las que se diferencian entre un observador y otro. Entramos en un tema delicado, que dejo para más adelante.