La teoría de la invariancia es una de las más comprobadas experimentalmente en física. Por lo tanto experimentos hay muchos, como debe ser, ya que la idea un solo experimento crucial es novelesca. No obstante recogemos en esta entrega y en la próxima algunos ilustrativos de las conclusiones de la teoría. Empezamos por el primer postulado de Einstein, que también debe probarse.

La velocidad de la luz en el vacío es constante.

Se ha obtenido una confirmación directa de la constancia de la velocidad de la luz a partir del estudio de las estrellas dobles, que son estrellas que orbitan una alrededor de la otra. Si la órbita de una estrella está en la línea de visión desde la Tierra, entonces en un lado de la órbita se está moviendo hacia la Tierra, en el otro lado se está alejando. Los estudios precisos de la velocidad de la luz emitida por estas estrellas cuando se acercan o alejan de nosotros a alta velocidad no muestran diferencia en la velocidad de la luz, lo que confirma que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente. Estos experimentos los propuso Willem de Sitter en 1913, y después se han comrpobado reiteradamente cada vez con mayor precisión.

Aún más espectacular es otro experimento que tiene que ver con una partícula a muy alta velocidad en un acelerador. Mientras la partícula se mueve cerca de la velocidad de la luz, emite radiación electromagnética en direcciones opuestas, hacia adelante y hacia atrás. Hay instrumentos sensibles que detectan la radiación y miden su velocidad. Por asombroso que pueda parecer para los no iniciados, la velocidad de la radiación emitida en ambas direcciones resulta ser exactamente la velocidad de la luz, a pesar de que la propia partícula se mueve cerca de la velocidad de la luz, una confirmación del postulado de la constancia de la velocidad de la luz.

Las pruebas experimentales son de tal calibre que la constancia universal de la velocidad de la luz es una ley física fundamental.

La relatividad del tiempo

La teoría de la relatividad predice que un reloj en movimiento, tal y como lo ve un observador estacionario, funcionará más lentamente que un reloj estacionario. Ya hemos mencionado que este efecto ha sido probado y confirmado utilizando relojes atómicos dentro de aviones y satélites.

Una confirmación de la relatividad del tiempo se encontró con la solución a un curioso rompecabezas. Los rayos cósmicos son protones, núcleos y otras partículas de alta velocidad que fluyen a través del espacio desde el Sol y la galaxia en su conjunto. Cuando chocan con las moléculas de la atmósfera de la Tierra su energía y su masa se convierten en otras partículas elementales, una confirmación en sí misma de la equivalencia energía-masa. Una de las partículas que se producen en la atmósfera es el llamado mesón mu, o simplemente el muón. Cuando se producen en el laboratorio, los muones lentos tienen una vida corta. En promedio, solo duran alrededor de 2,2·10^-6 s, momento en el cual hay una probabilidad del 50 % de que cada uno se descomponga en otras partículas elementales.

El enigma está en que los muones que se crean en la atmósfera superior y que se mueven a gran velocidad se ha medido que «viven» más tiempo antes de desintegrarse que aquellos generados en el laboratorio. Duran tanto que sobreviven al largo viaje hasta los detectores en el suelo muchos más lo que debería ser posible. Teniendo en cuenta la velocidad con la que viajan y la distancia que deben recorrer desde la atmósfera superior hasta el nivel del mar (unos 30 km), su vida media de 2,2·10^-6 s medida para muones lentos no debería ser suficiente para que sobrevivan al viaje. La mayoría de ellos debería desintegrarse antes de tocar el suelo; pero, el hecho cierto es que la mayoría llega al suelo. ¿Cómo es esto posible?

La respuesta es la dilatación temporal predicha por la teoría de la relatividad. En relación con los detectores en el suelo, los muones se mueven a una velocidad tan alta que su «reloj» parece ralentizado, lo que les permite sobrevivir el tiempo suficiente para alcanzar el suelo. La cantidad de ralentización, según lo indicado por el número de muones que llegan al suelo, se encuentra que es exactamente la cantidad predicha por la teoría de la invariancia.

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