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Einstein, desde que tenía dieciséis años, siempre tuvo una imagen en la cabeza y con ella una pregunta: ¿Qué pasaría si viajásemos al lado de un rayo?

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En un coche veloz podemos ir corriendo a la altura de un tren y ver a la gente leyendo el periódico como si estuvieran en el salón de sus casas. A pesar de que se están moviendo a gran velocidad parecen completamente quietos si los miramos desde un coche que va a su misma velocidad.

También podemos imaginarnos un coche de policía alcanzando a un conductor que viaja a excesiva velocidad. A medida que el coche de policía acelera y se coloca junto al coche del infractor, para el agente, el conductor del coche parecerá estar en reposo, a pesar de que los dos coches estén llendo a gran velocidad.

Si pudiéramos movernos junto a un rayo de luz, entonces el rayo de luz estaría en reposo. Esto quiere decir que el rayo de luz, visto por el veloz observador, parecería una onda congelada (la fotografía de una onda). Pero para Einstein la luz era especial. No se podía alcanzar un rayo de luz. La luz congelada no existía.

Por lo tanto si se persigue un rayo de luz a la velocidad c (velocidad de la luz en el vacío), se debería observar dicho rayo en reposo. No obstante, parece que no existe tal cosa, ya sea basándonos en la experiencia o en las ecuaciones de Maxwell.

Volvió al curioso e importante descubrimiento que había hecho cuando estaba en el Politécnico, de que en la teoría de Maxwell la luz siempre tenía la misma velocidad independientemente de cómo se midiera.

Imaginemos de nuevo al agente de policía persiguiente a un conductor. Si conduce lo suficientemente rápido, el agente sabe que acabará alcanzando al coche. Si sustituimos el veloz conductor por un rayo de luz, y un observador presencia toda la persecución, el observador concluirá que el agente se mueve justo detrás del rayo de luz, viajando casi tan rápido como éste. Estamos seguros de que el agente sabe que está viajando codo con codo con el rayo de luz. Pero más tarde, cuando le preguntamos, él nos cuenta que en vez de correr junto al rayo de luz como acabamos de presenciar, éste se alejaba de él. Dice que a pesar de apretar el acelerador e ir cada vez más rápido, el rayo de luz se alejaba de él siempre a la misma velocidad, y jura que no tenía la más mínima posibilidad de alcanzarlo. Por muy rápido que fuese, el rayo de luz siempre se alejaba de él a la velocidad de la luz, como si en vez de viajar a gran velocidad en un coche de policía, estuviera inmóvil.

¿Cómo es posible que un testigo diga que el agente iba codo con codo con el rayo de luz, mientras que el agente jura que ni tan sólo se acercó?

La solución es simple y sutil: el tiempo transcurre a diferentes velocidades a lo largo del universo, dependiendo de la velocidad a la que te muevas. Imaginemos relojes esparcidos por diferences puntos del espacio, cada uno de ellos dando una hora diferente, cada uno avanzando a un ritmo diferente. Un segundo en la Tierra no dura lo mismo que un segundo en la Luna o que un segundo en Júpiter. De hecho, cuando más rápido te mueves, más lentro transcurre el tiempo.

la única manera de reconciliar las dos imágenes es hacer que el cerebro del agente vaya más lento. El tiempo se ralentiza para el agente. Si pudiéramos ver el reloj de pulsera del agente desde la cuneta, veríamos cómo que se paraba casi por completo y sus expresiones faciales se congelaban. Por tanto, nosotros lo veríamos corriendo codo con codo con el rayo de luz, pero su reloj (y su cerebro) estarían casi parados. Cuando preguntamos al agente después, descubrimos que le parecía que el rayo de luz se alejaba velozmente de él tan sólo porque su cerebro y su reloj avanzaban más despacio.

Para completar la teoría, Einstein también incorporó que era el propio espacio lo que se contraía.

Einstein concluyó que la velocidad de la luz era la velocidad más alta posible del universo. Imaginemos, que viajamos en un cohete que se aleja de la Tierra al 90% de la velocidad de la luz. Si disparamos una bala dentro del cohete, según la mecánica newtoniana, la bala debería ir al 180% de la velocidad de la luz, sobrepasándola, Pero Albert demotró que, debido a que los patrones métricos se encogen y el tiempo se ralentiza, la suma de estas dos velocidades está cerca del 99% de la velocidad de la luz. De hecho, demostró que por mucho que se intentara, jamás se podía acelerar más allá de la velocidad de la luz.

Ahora imaginemos que la velocidad de la luz es de tan sólo 30 kilómetros por hora. Si un coche fuera por la calle parecería comprimido hasta tal vez cinco centímetros de longitud, mientras que los pasajeros del coche no verían nada raro, ya que todo dentro del coche, incluido los átomos de sus cuerpos, se comprimirían. A medida que el coche se fuera parando, se expandiría desde cinco centímetros hasta tres metros, y los pasajeros saldrían del coche como si nada hubiera pasado.

Einstein añadió que la masa de un objeto aumenteba con su velocidad. Esto quería decir que la energía cinética (o de movimiento) se estaba transformando en un incremento de la masa del objeto. Por tanto, la materia y la energía son intercambiables. Calculó de forma exacta cuánta energía se convertía en masa y en unas pocas líneas pudo demostrar que E=mc(al cuadrado), la ecuación más famosa de todos los tiempos.

Más tarde Albert llamaría a esta teoría la teoría de la relatividad especial, para diferenciarla de la teoría de la relatividad general que fue mucho más importante que esta, puesto que incluía la gravedad.

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Fuentes:

Libro:  El universo de Einstein (autor: Michio Kaku)