La Relatividad, para inexpertos. Parte 2: electromagnetismo y velocidad de la luz

Como todos los grandes científicos, y también los pequeños, Einstein continuó los estudios de otros anteriores para elaborar sus trabajos. Esto es así al menos desde los tiempos de Copérnico, a partir de cuya obra siguieron, por mencionar a algunos, Galileo y Kepler, posteriormente llegó Newton, y así hasta nuestros días. A veces un científico demuestra que los anteriores estaban equivocados, al menos en parte, y esa es otra de las maneras en que la ciencia avanza.

Antes de los tiempos de Copérnico, hubo unos mil años en los que los avances en física fueron nulos y, si no lo fueron, no han llegado a nuestros días, por lo que para el caso es lo mismo. Se suele poner como ejemplo paradigmático del fin de la “ciencia antigua” la destrucción de la Biblioteca de Alejandría, aunque lo cierto es que no se sabe exactamente el año en que esto ocurrió, por lo que las fechas exactas son un poco difusas. No obstante, la cifra de mil años puede servirnos para hacernos una idea.

Tanto fue así, que Copérnico, cuando explicó que la Tierra gira alrededor del Sol, no estaba diciendo nada nuevo, pero el trabajo de Aristarco de Samos sobre ese mismo asunto, se había perdido con aquella Biblioteca y sólo quedaban lejanas referencias de terceros. No sabemos cuanta sabiduría más cayó en el olvido y hubo que redescubrir mil años o más después.

Todo esto viene a cuento porque Einstein partió de los trabajos del escocés James Clerk Maxwell para elaborar la Teoría Especial de la Relatividad.

Maxwell

EL ELECTROMAGNETISMO DE MAXWELL Y LA VELOCIDAD DE LA LUZ

Maxwell desarrolló las ecuaciones que describían el electromagnetismo (una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza), en las cuales figura una constante llamada “C”, que se refiere a la velocidad de una onda electromagnética en el vacío. Fabricó en 1873 un dispositivo eléctrico con el que fue capaz de medir esa velocidad y le resultó un valor aproximado de trescientos mil kilómetros por segundo.

Él ya conocía la velocidad a la que la luz viajaba en el vacío. En 1676 el danés Olaus Roemer había estudiado el movimiento de los satélites de Júpiter, y se le ocurrió que orbitaban alrededor del planeta como si fueran un reloj. Este “reloj” adelantaba unos ocho minutos cuando la Tierra, en su viaje anual alrededor del Sol, se hallaba más cerca de Júpiter, y atrasaba esos mismos ocho minutos cuando se encontraba más lejos.

En esta imagen pueden apreciarse algunos de los satélites de Júpiter

Esto es debido a que la luz tarda más en llegar a la Tierra desde Júpiter en un caso que en el otro, por hallarse a mayor o menos distancia. Roemer calculó que la velocidad de la luz era de doscientos setenta mil kilómetros por segundo. Posteriormente, en 1878, el inglés James Bradley mejoró esa medida y la situó en trescientos mil kilómetros por segundo. Sabemos hoy que el valor exacto es de 299.792, pero nos seguimos refiriendo a ese valor como trescientos mil por ser lo bastante aproximado y más cómodo para hablar de ello.

Maxwell, al ver la coincidencia de la velocidad de las ondas elctromagnéticas con la de la luz, propuso que la luz no era otra cosa que una onda electromagnética. Nosotros ya sabemos, mediante la Mecánica Cuántica,  que además de esto también está formada por corpúsculos, pero ese es otro asunto que no viene al caso.

De este modo, Maxwell explicó cómo las ondas se manifestaban de distinta manera dependiendo de su longitud. Entre las más cortas encontramos los rayos X o los ultravioleta, y entre las más largas, las microondas y las ondas de radio y TV. En el centro más o menos, tendiendo un poco más a longitud corta que a larga, se encuentra la luz que nosotros vemos.

Durante la juventud de Einstein, las teorías de Maxwell eran las más estimulantes de la física, y se hallaba fascinado por ellas. Además, hubo otro estudio del que se sirvió para elaborar la Relatividad Especial.

EL EXPERIMENTO DE MICHELSON Y MORLEY

Los norteamericanos Albert Michelson y Edward Morley, en 1887, dividieron un rayo de luz, de forma que una parte viajaba hacia el norte y la otra hacia el este, en ambos casos la misma distancia. Un aparato medía el tiempo que tardaba en llegar la luz a su destino en cada uno de los casos.

Aquí se llevó a cabo el experimento

Su hipótesis era que si la luz viajaba en la misma dirección que la Tierra alrededor del sol (hacia el Este en éste caso) la velocidad de ambas se sumaría y tardaría menos en llegar a su destino que si se movía de manera perpendicular.

Sin embargo, ambas medidas dieron un resultado idéntico. Tras repetir el experimento y asegurarse de la validez de las mediciones, llegaron a la conclusión de que su hipótesis era falsa, es decir, que no entendían lo que estaba ocurriendo.

Con esta base, Einstein presentó en 1905 la Teoría Especial de la Relatividad, que se podría resumir de manera muy simple en dos principios:

1- La luz se mueve siempre a una velocidad constante de 300000 Kilómetros por segundo en el vacío, independiente de la velocidad de la fuente que la emita.

2- No existe ningún experimento posible en un vehículo cerrado que nos permita saber si nos estamos moviendo a velocidad constante y en línea recta.

Esto supuso una revolución para la física, y nos extenderemos sobre ello pronto.

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