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Comprender los efectos de dilatación del tiempo en física

Comprender los efectos de dilatación del tiempo en física

La dilatación del tiempo es el fenómeno en el que dos objetos que se mueven uno con respecto al otro (o incluso con una intensidad de campo gravitacional diferente) experimentan diferentes velocidades de flujo de tiempo.

Dilatación de tiempo de velocidad relativa

La dilatación del tiempo vista debido a la velocidad relativa proviene de la relatividad especial. Si dos observadores, Janet y Jim, se mueven en direcciones opuestas y al pasar uno al lado del otro, notan que el reloj de la otra persona corre más lento que el suyo. Si Judy corriera junto a Janet a la misma velocidad en la misma dirección, sus relojes estarían funcionando a la misma velocidad, mientras que Jim, yendo en la dirección opuesta, ve que ambos tienen relojes que funcionan más lentamente. El tiempo parece pasar más lento para la persona observada que para el observador.

Dilatación del tiempo gravitacional

La dilatación del tiempo debido a estar a diferentes distancias de una masa gravitacional se describe en la teoría general de la relatividad. Cuanto más cerca esté de una masa gravitacional, más lento parecerá su reloj a un observador más alejado de la masa. Cuando una nave espacial se acerca a un agujero negro de masa extrema, los observadores ven que el tiempo se ralentiza para ellos.

Estas dos formas de dilatación del tiempo se combinan para un satélite que orbita un planeta. Por un lado, su velocidad relativa para los observadores en tierra ralentiza el tiempo para el satélite. Pero la mayor distancia del planeta significa que el tiempo pasa más rápido en el satélite que en la superficie del planeta. Estos efectos pueden cancelarse entre sí, pero también pueden significar que un satélite inferior tiene relojes de funcionamiento más lento en relación con la superficie, mientras que los satélites de órbita más alta tienen relojes que funcionan más rápido en relación con la superficie.

Ejemplos de dilatación del tiempo

Los efectos de la dilatación del tiempo se usan a menudo en las historias de ciencia ficción, que se remontan al menos a la década de 1930. Uno de los primeros y más conocidos experimentos mentales para presentar la dilatación del tiempo es la famosa Paradoja Gemela, que demuestra los curiosos efectos de la dilatación del tiempo en su forma más extrema.

La dilatación del tiempo se hace más evidente cuando uno de los objetos se mueve a casi la velocidad de la luz, pero se manifiesta a velocidades aún más lentas. Aquí hay algunas maneras en que sabemos que la dilatación del tiempo realmente tiene lugar:

  • Los relojes en los aviones hacen clic a diferentes velocidades de los relojes en el suelo.
  • Poner un reloj en una montaña (elevando así, pero manteniéndolo estacionario en relación con el reloj terrestre) da como resultado tasas ligeramente diferentes.
  • El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) tiene que ajustarse para la dilatación del tiempo. Los dispositivos terrestres tienen que comunicarse con los satélites. Para funcionar, deben programarse para compensar las diferencias de tiempo en función de sus velocidades e influencias gravitacionales.
  • Ciertas partículas inestables existen por un período de tiempo muy breve antes de descomponerse, pero los científicos pueden observar que duran más porque se mueven tan rápido que la dilatación del tiempo significa que el tiempo que las partículas "experimentan" antes de descomponerse es diferente del tiempo experimentado en el laboratorio en reposo que está haciendo las observaciones.
  • En 2014, un equipo de investigación anunció la confirmación experimental más precisa de este efecto hasta la fecha, como se describe en un Científico americano artículo. Utilizaron un acelerador de partículas para confirmar que el tiempo se mueve más lento para un reloj en movimiento que para uno estacionario.