Teoría de la relatividad especial 2

Consecuencias Teoría de la Relatividad Especial

Las transformaciones de Lorentz nos permiten calcular los intervalos espaciotemporales observables al alcanzar cualquier velocidad próxima a la de la luz. La longitud de una vara, por ejemplo, es un caso de intervalo espacial. Empleando las transformaciones de Lorentz, hallamos que cuando una vara se acerca en su movimiento a la velocidad de la luz, la longitud de la vara disminuye comparada con la de otra vara inmóvil. (De hecho, la longitud a una velocidad v se deduce de , siendo c la velocidad de la luz y la longitud en reposo. La velocidad v puede ser la de la vara en relación con el observador, o viceversa).

Como es de esperar en una teoría que pone el tiempo y el espacio sobre la misma base, existe un efecto de Lorentz similar en los relojes en movimiento: el tiempo medido por un reloj, que se mueve a una velocidad v en relación con un reloj inmóvil, transcurre más despacio en un factor de . Un ejemplo de reloj en movimiento es una partícula elemental inestable, que se degrada transcurrida determinada «longevidad» (medida de acuerdo con su marco de referencia). Los experimentos hechos han demostrado que las partículas inestables que se mueven a velocidades cercanas a la luz tienen una vida media mayor que sus semejantes inmóviles, exactamente en la cantidad prevista por la relatividad especial.

Por lo tanto, los postulados de la relatividad especial nos llevan a la conclusión de que la masa de un objeto en movimiento aumenta en relación con otra igual que no se mueve: a una velocidad v la masa es , siendo la masa en reposo. Ese fenómeno nos lleva, a su vez, a una de las más importantes conclusiones de la relatividad especial: ningún cuerpo material puede moverse a velocidades iguales a la de la luz. Sólo entidades con masa en reposo igual a cero -los fotones, por ejemplo- pueden alcanzar esas velocidades. En todos los demás casos la masa se acerca al infinito al aproximarse a la velocidad de la luz. Según eso, haría falta una cantidad infinita de energía para alcanzar la velocidad de la luz.

Podemos deducir, por último, de esos postulados, que incluso cuando una partícula no se mueve, posee cierta cantidad de energía, teniendo en cuenta la famosa ecuación , siendo m la masa en reposo de la partícula, y c la velocidad de la luz. La importancia de esta ecuación reside en su implicación de que la materia y la energía son equivalentes. Además, la aparición en la ecuación del cuadrado de la velocidad de la luz nos hace esperar que se podría liberar gran cantidad de energía si toda la materia, incluso de un objeto muy pequeño, pudiera transformarse en energía. En teoría, la conversión total en energía de sólo tres toneladas de materia podría abastecer todas las necesidades de energía del mundo durante un año. Es un hecho, sin embargo, que los
convertidores prácticos distan de rendir al ciento por ciento. En el Sol, por ejemplo, se fusionan átomos de hidrógeno para formar helio, proceso que incluye la conversión directa de materia en energía.

Esa conversión rinde sólo un uno por ciento, pero cada segundo se fusionan incontables billones de átomos, por lo que la cantidad total de energía producida es enorme. La producción constante y controlada de una central nuclear y la fuerza destructora de una explosión atómica, son también producto de la conversión parcial de masa en energía.

Dos de las consecuencias de la relatividad especial son que la masa de un objeto aumenta, disminuyendo en cambio su longitud (en comparación con los valores medidos en el objeto en reposo) al aumentar la velocidad. El dibujo (derecha) ilustra esos fenómenos, mostrando cómo un cubo, de 100 cm de lado y 1 kg de masa en reposo, cambia de masa y dimensiones al acelerarse hasta casi alcanzar la velocidad de la luz, y nos indica que hay relativamente pocos cambios hasta que la velocidad se aproxima a la de la luz: al acelerarse desde e! reposo (velocidad, v = 0) hasta un 0,6 de la velocidad de la luz (v = 0,6 c), la longitud (l) de cada uno de sus lados disminuye sólo en un cuarto, y su masa (m) aumenta en la misma proporción; en cambio, al pasar de 0,6 c a 0,99 c, I disminuye más de cinco veces y m aumenta más de cinco veces.