Einstein no fue el primero en hablar de marcos de referencia y movimiento relativo. Casi 300 años antes ya lo había hecho Galileo, quien también sería pionero en el uso de experimentos mentales, un procedimiento que después Einstein haría famoso. El principio de relatividad de Einstein no es más que una expansión del de Galileo. Si estudiamos éste, que es muy intuitivo, el otro nos parecerá poco menos que trivial.

Galileo lo explicó con estas palabras (en traducción libre nuestra) en un experimento mental que recogió en su obra “Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo Tolemaico, e Coperniciano” de 1632:

Enciérrate con un amigo en la cabina principal bajo cubierta de algún barco grande, y lleva contigo algunas moscas, mariposas y otros animalillos voladores. Lleva también un recipiente grande de agua con unos peces; cuelga una botella que se vacíe gota a gota en un recipiente ancho puesto debajo. Con la nave en reposo, observa cuidadosamente cómo los animalillos vuelan con la misma velocidad a todos los lados de la cabina. Los peces nadan indiferentemente en todas direcciones; las gotas caen en el recipiente que está debajo; y, al arrojar algo a tu amigo, no necesitas lanzarlo con mayor fuerza en una dirección que en otra, si las distancias son iguales; al saltar con los pies juntos, avanzas espacios iguales en todas direcciones. Cuando hayas observado todas estas cosas con cuidado (aunque no hay duda de que cuando la nave está parada, todo debe suceder de esta manera), haz que la nave avance con la velocidad que desees, siempre que el movimiento sea uniforme y no fluctúe de una u otra manera. Descubrirás que no hay el menor cambio en todos los efectos nombrados, ni podrás decir a partir de de ninguno de ellos si se estás en [un barco en] movimiento o parado.

Hoy podemos realizar el mismo experimento con mariposas o pelotas de baloncesto en un barco, en un automóvil, un tren o, mejor aún, en un avión que se muevan a velocidad constante. Hemos visto que cada uno de estos sistemas sería un marco de referencia para nuestras observaciones. El hecho de que los movimientos de las pelotas de baloncesto y las mariposas permanezcan igual, independientemente de si el marco de referencia se mueve o no a velocidad constante, indica que las leyes de movimiento de Newton son las mismas (de hecho, todas las leyes de la mecánica, la ciencia del movimiento) son las mismas para todos los marcos de referencia en reposo o que se mueven con una velocidad uniforme relativa entre sí. Esta conclusión es lo que se llama principio de relatividad galileano. Formalmente se puede expresar así:

Las leyes de la mecánica son exactamente las mismas para cualquier observador en cualquier marco de referencia que está en reposo o se mueve con una velocidad uniforme.

Dado que los objetos se mueven en un marco de referencia que está en reposo o en velocidad uniforme como lo harían en un marco en reposo, de ahí se deducen dos cosas importantes. La primera es que no hay manera de averiguar la velocidad del propio marco de referencia a partir de cualquier experimento mecánico realizado dentro de ese marco. Es decir, si viajamos en un avión a velocidad constante y sin turbulencias, no podemos averiguar a qué velocidad se está moviendo el avión realizando experimentos mecánicos dentro del avión.

Y la segunda es que tampoco podemos elegir un marco de referencia como el marco «verdadero», el que está “absolutamente en reposo”. Por lo tanto, como ya vimos que apuntaba Einstein, Galileo ya sabía que no puede haber tal cosa como la velocidad «absoluta» de un objeto. Todas las velocidades medidas son relativas. Einstein redescubrió este principio eliminando las capas de sedimentos que siglos de física newtoniana y espacios absolutos habían depositado encima.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance