La relatividad experimentada en la vida diaria

Los relojes corren más lentos a medida que aumenta la velocidad, y más rápidamente donde la gravedad se debilita. W. Tiller /iStockphoto

Como Einstein predijo, un disco lento o un paso arriba en una escalera es suficiente para crear un "túnel del tiempo".

Las teorías de la relatividad -restringida y general- de Albert Einstein, que predicen que la velocidad relativa y la gravedad afectan el paso del tiempo, nunca han sido fáciles de llevar al hogar del público en general. En la década de 1970, los científicos demostraron la relatividad poniendo sincronizados los relojes atómicos en aviones jumbo que volaban hacia el este y hacia el oeste alrededor de la Tierra. El avión con rumbo al oeste -viajando en contra de la rotación de la Tierra- ganó tiempo en comparación con un reloj de referencia fijo en el suelo. Pero esto no era exactamente un escenario de todos los días.

Chin-wen Chu y sus colegas en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, han demostrado ahora las teorías de Einstein sobre escalas más mundanas. En las pruebas de las teorías especial y general de la relatividad, los investigadores del NIST muestran que el tiempo se acelera si se sube sólo un peldaño de una escalera, y se ralentiza si se viaja a tan sólo 36 kilómetros por hora. Sus resultados se divulgan en Science esta semana.

Holger Müller, un físico de la Universidad de California en Berkeley, dice que el estudio muestra que la relatividad ya no se limita a los experimentos donde se trabaja con velocidades y distancias enormes. "Esto es principalmente una gran hazaña tecnológica, pero tiene un componente casi filosófico", dice. "Esto demuestra que la relatividad es algo tangible."

El estudio de los investigadores del NIST depende de sus relojes, que están entre los más precisos del mundo. Los relojes atómicos estandar, que han existido desde la década de 1950, producen microondas de una frecuencia específica en los átomos, que responden al salto a un nivel de energía superior. La señal de este salto alimenta de nuevo a la fuente de microondas, impidiendo que su frecuencia sufa desviaciones, y manteniendo así las "agujas" del reloj en una precisión de una parte en 10¹⁵ o más.

Chou y su equipo utilizaron un reloj óptico inventado en 2005. Este utiliza luz láser, que tiene una frecuencia 100.000 veces mayor que las microondas. Los relojes ópticos son así decenas o cientos de veces más exactos que los relojes de microondas. NIST pierde menos de un segundo en tres mil millones de años.

Jugando con el tiempo

La relatividad general afirma que el tiempo se acelera para objetos donde la gravedad se debilita. Para demostrar esto, Chou y sus colegas colocaron un reloj óptico 33 centímetros por encima de otro. La gravedad ligeramente inferior a esa altura significa que en comparación con el reloj de referencia, el reloj marcó el tictac con un alza fraccional en la frecuencia de 4 × 10^-17, lo que equivale a una ganancia de 90 mil millonésimas de segundo más en 79 años.

Para demostrar la relatividad especial, que dice que el tiempo se ralentiza para objetos en movimiento, los investigadores hicieron que un átomo en su reloj óptico oscile a una velocidad relativa de menos de 10 metros por segundo, o 36 kilómetros por hora. Esta vez, las agujas del reloj parecían saltar en una frecuencia fraccionaria de casi 6 × 10^-16.

Chou dice que el trabajo de su grupo no se debe comparar con los anteriores experimentos más precisos que han intentado específicamente probar las predicciones de la relatividad. Pero, dice, "recuerda a la gente que los efectos de la relatividad son realmente experimentado en su vida cotidiana, no sólo por los científicos".

La capacidad de detectar pequeños cambios en la gravedad podría tener aplicaciones en geofísica y en hidrología. Según Gerald Gwinner, un físico de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá, esto podría ayudar a los científicos a medir la cantidad de masa -por ejemplo, en forma de agua- que se redistribuye debido al cambio climático. "Se podría construir una red que analice en tiempo real el nivel de gravedad de todo el mundo", dice.

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Fuente:
Relativity comes down to Earth (Jon Cartwright, para Nature news, órgano de información libre de Nature)