Einstein demostró que el tiempo es relativo. Pero, ¿por qué sucede esto?
El fascinante concepto de la dilatación del tiempo surge de una suposición aparentemente inofensiva: que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores.
La dilatación temporal es un concepto fascinante que surge de una suposición que a simple vista parece inofensiva: la velocidad de la luz es constante para todos los observadores. Imaginemos que conduces un automóvil a la mitad de la velocidad de la luz, mientras enciendes los faros. ¿A qué velocidad verías moverse la luz? ¿Y una persona que se encuentra al borde de la carretera? ¿Ellos observarían el haz de luz desplazándose a 1.5 veces la velocidad de la luz? Esto parece imposible, ya que nada puede superar la velocidad de la luz.
La confusión proviene de que nuestras concepciones del mundo se basan en la experiencia, y muy pocos de nosotros hemos experimentado velocidades tan extremas. La velocidad de la luz es de aproximadamente 3 x 10^8 metros por segundo, lo que equivale a alrededor de 670 millones de millas por hora. A estas velocidades, las cosas se tornan extrañas.
Interesantemente, tanto el conductor como el peatón medirían la luz viajando a la misma velocidad, c. La velocidad del fuente de luz (el automóvil) y el movimiento relativo de los observadores no afectan la medida. Este concepto fue predicho por Albert Einstein en 1905, y constituye uno de los dos postulados fundamentales de su teoría de la relatividad especial. Si la velocidad de la luz es una constante universal, entonces el tiempo es relativo. Cuanto más rápido te mueves a través del espacio, más lento avanzas en el tiempo. Por lo tanto, un reloj en una nave espacial que viaja a gran velocidad marcaría un tiempo más lento, lo que implica que quien esté en esa nave envejecería más despacio que sus amigos en la Tierra. Esto se conoce como dilatación temporal.
Aunque el principio de que todos ven la luz viajando a la misma velocidad puede parecer de sentido común, hay situaciones cotidianas que indican lo contrario. Por ejemplo, si viajas a 10 metros por segundo y lanzas una pelota de tenis hacia adelante a 20 m/s, un observador externo con un radar mediría la velocidad de la pelota a 30 m/s (10 + 20). Esto resalta que la interpretación de los movimientos se ve afectada por los diferentes marcos de referencia: uno en movimiento y otro en reposo. Sin embargo, el tiempo de impacto sería el mismo según ambos, lo que refuerza el segundo postulado de la relatividad especial: las leyes de la física son las mismas para todos los marcos de referencia inerciales.
La noción de que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores parece extraña, pero tiene sus fundamentos en la naturaleza del mismo luz. A finales del siglo XIX, muchos científicos creían que existía un medio llamado "éter luminífero" a través del cual la luz se propaga. Albert Michelson y Edward Morley realizaron un experimento en 1887 para detectar este éter usando un interferómetro, que dividió un rayo de luz en dos y los envió por caminos de igual longitud. Si el éter existiera, habría cambios en la velocidad de la luz dependiendo de la dirección del movimiento de la Tierra. No obstante, sus experimentos mostraron que no había ningún cambio en la velocidad, lo que llevó a descartar la idea del éter y a aceptar que la luz puede viajar a través del vacío.
La razón por la que esto es posible se encuentra en las ecuaciones de Maxwell, que describen la relación entre los campos eléctricos y magnéticos. Estas ecuaciones indican que la velocidad de una onda electromagnética, como la luz, es constante en todos los marcos de referencia inerciales.
Imaginemos ahora un dispositivo temporal más avanzado, un reloj de luz hecho de dos espejos paralelos. Si el reloj está en una nave espacial que se mueve a la mitad de la velocidad de la luz, el observador en un planeta cercano vería que la luz, al reflejarse, tiene que recorrer una distancia mayor debido al movimiento de la nave. Como la luz viaja a la velocidad c, esto significa que el reloj en la nave espacial marcaría un tiempo más lento en comparación con el observador en el planeta. Sin embargo, para las personas dentro de la nave, su experiencia del tiempo se mantiene normal.
Estos efectos, aunque suenen extraños, son realidad cuando se viaja a velocidades cercanas a la de la luz. A velocidades comunes, como al usar un automóvil, también ocurre una dilatación temporal, pero el impacto es tan sutil que es casi imperceptible.