¿QUÉ ES UN PRINCIPIO DE RELATIVIDAD? (I)

¡Dios mío, el andén se está moviendo!

Exclamación habitual cuando no percibimos que nuestro tren ha arrancado

Introducción

Suele ser frecuente confundir la relatividad, en el sentido en que este término se usa en Física, con el relativismo, doctrina filosofica según la cual “el conocimiento humano sólo tiene por objeto relaciones, sin llegar nunca al de lo absoluto” y, por ello, pensar que el contenido de la Teoría de la Relatividad refuerza la visión de que “todo es relativo y dependiente del observador” o, llevado al lenguaje más coloquial, “todo es según el color del cristal con que se mira”.

Y, sin embargo, nada hay más alejado de esta visión que el contenido real de la Teoría de la Relatividad.

En efecto, ¿qué es un Principio de relatividad?

La relatividad en Galileo: leyes de la mecánica e invarianza

Este principio aparece enunciado de forma explícita, de ahí su nombre, en la obra del físico italiano Galileo, Díalogos sobre los dos máximos sistemas del mundo, con el objetivo de zanjar la polémica sobre el supuesto movimiento de la Tierra.



Dice así: Y aquí, como ultima muestra de la nula validez de todas las experiencias aducidas, me parece que ya el momento y el lugar de hacer ver el modo de experimentarlas todas de un modo sencillo. Encerraros con algún amigo en la mayor habitación que encontréis bajo la cubierta de una gran nave, y procurad llevar allí con vosotros, moscas, mariposas y otros animales voladores parecidos. Además manténgase en alto un cubo que, gota agota, vaya dejando caer el agua en otro recipiente de boca estrecha, situado debajo. Cuando la nave está quieta, observad atentamente que los animalillos voladores se mueven en todas las direcciones de la estancia con igual velocidad. Veréis que los peces nadan indistintamente hacia todos los lados. Las gotas que caen entrarán todas en la vasija situada debajo. Y vos, al tirar a un amigo, si las distancias son iguales no tendréis que lanzarla con más fuerza hacia una parte que hacia otra, si las distancias son iguales. Y si saltáis, como suele decirse, con los pies juntos, os desplazaréis igual espacio con independencia de la dirección. Una vez que hayáis observado diligentemente todas estas cosas aunque no haya ninguna duda de que mientras el bajel está parado tienen que suceder así, haced mover la nave con la velocidad que sea y veréis que (con tal que el movimiento sea uniforme y no fluctuante hacia aquí y hacia allí) no observaréis el más mínimo cambio en ninguno de los efectos mencionados y que, a partir de ellos, no podréis determinar si la nave avanza o está quieta […].

Expresa, de modo claro, lo que ahora, en esta época en la que son habituales los viajes en barco, avión o tren, es una experiencia cotidiana: podemos realizar en el interior de estos móviles todo tipo de acciones mecánicas con la misma naturalidad y confianza con la que las realizamos en “tierra firme”, de forma que sin mirar afuera, a otro objeto que imaginamos inmóvil, no podemos detectar si nuestro sistema de referencia se desplaza en relación a él o si por el contrario permanece quieto.

Enunciado en términos modernos expresaríamos el resultado anterior así: No existe modo de detectar, mediante experimentos mecánicos, si un sistema de referencia es inmóvil o se halla animado de movimiento rectilíneo uniforme, o dicho más formalmente: Las leyes de la mecánica son invariantes frente a las trasformaciones de Galileo –transformaciones éstas que conectan posiciones y tiempos expresados en uno u otro sistema de referencia– y que, para dos de estos sistemas que se movieran paralelamente uno a otro a lo largo del eje x con una velocidad V y cuyos orígenes coincidieran en el instante inicial, se escribirían así:

x = x´+ Vt

y = y´

z = z´

t = t´

Si repasamos cuanto hemos escrito más arriba observaremos que al hablar de las experiencias realizadas hemos añadido siempre el calificativo de “mecánicas”, ¿por qué?, ¿qué otras experiencias podemos realizar? ¿son las experiencias que hemos realizado únicamente “mecánicas”?. Una reflexión superficial nos indica que en realidad en todas ellas hay procesos que no son exclusivamente mecánicos: basta considerar que en las experiencias hemos hecho intervenir, entre otros, nuestro sentido de la vista. Tampoco estos fenómenos parecen haberse sentido afectados.

Y, sin embargo…

Nos parece que el espacio dedicado al tema y el esfuerzo de reflexión que supone leerlo con atención nos aconsejan dejar el análisis más detallado de estos últimos interrogantes para una posterior ocasión.