5.2 Relatividad de la simultaneidad

¿Los intervalos de tiempo dependen de quién los observa? Intuitivamente, parece que el tiempo de un proceso, como el tiempo transcurrido de una carrera a pie (Figura 5.2), debería ser el mismo para todos los observadores. En las experiencias cotidianas, los desacuerdos sobre el tiempo transcurrido tienen que ver con la exactitud de la medición del tiempo. Nadie podría argumentar que el intervalo de tiempo real era diferente para el corredor en movimiento y para el reloj estacionario que se muestra. Sin embargo, si se considera cuidadosamente cómo se mide el tiempo, se observa que el tiempo transcurrido depende del movimiento relativo de un observador con respecto al proceso que se mide.

Considere cómo medimos el tiempo transcurrido. Si utilizamos un cronómetro, por ejemplo, ¿cómo sabemos cuándo hay que poner en marcha y parar el reloj? Uno de los métodos consiste en utilizar la llegada de la luz del evento. Por ejemplo, si está en un automóvil en movimiento y observa que la luz de un semáforo de una señal de tráfico cambia de verde a rojo, sabe que es el momento de pisar el pedal del freno. La sincronización es más precisa si se utiliza algún tipo de detección electrónica, lo que evita los tiempos de reacción humanos y otras complicaciones.

Supongamos ahora que dos observadores utilizan este método para medir el intervalo de tiempo entre dos destellos de luz procedentes de lámparas de destello que están a una distancia (Figura 5.3). Una observadora A está sentada en medio de un vagón con dos lámparas de destello en lados opuestos equidistantes de ella. Un pulso de luz es emitido por cada lámpara de destello y se mueve hacia la observadora A, que se muestra en el cuadro (a) de la figura. El vagón se mueve rápidamente en la dirección que indica el vector de velocidad en el diagrama. Un observador B, de pie en el andén, está de cara al vagón cuando este pasa y observa que ambos destellos de luz le llegan simultáneamente, como se muestra en el fotograma (c). Mide las distancias desde donde vio originarse los pulsos, las encuentra iguales y concluye que los pulsos se emitieron simultáneamente.

Sin embargo, debido al movimiento de la observadora A, el pulso de la derecha del vagón, en la dirección en que se mueve el vagón, le llega a la observadora antes que el pulso de la izquierda, como se muestra en el fotograma (b). También mide las distancias desde su marco de referencia, las encuentra iguales y concluye que los pulsos no se emitieron simultáneamente.

Los dos observadores llegan a conclusiones contradictorias sobre si los dos acontecimientos en lugares muy separados fueron simultáneos. Ambos marcos de referencia son válidos, y ambas conclusiones son válidas. La simultaneidad de dos sucesos en lugares distintos depende del movimiento del observador con respecto a los lugares de los sucesos.

En este caso, la velocidad relativa entre los observadores influye en el hecho de que se observe la simultaneidad de dos acontecimientos que se encuentran a cierta distancia. La simultaneidad no es absoluta. Podríamos haber supuesto (incorrectamente) que, si la luz se emite simultáneamente, entonces dos observadores situados a medio camino entre las fuentes verían los destellos simultáneamente. Pero un análisis cuidadoso muestra que esto no puede ser así si la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos inerciales.

Este tipo de experimento mental (en alemán, “Gedankenexperiment”) muestra que las conclusiones aparentemente obvias deben cambiarse para que concuerden con los postulados de la relatividad. La validez de los experimentos mentales solo puede determinarse mediante la observación real, y los experimentos cuidadosos han confirmado repetidamente la teoría de la relatividad de Einstein.