Comprendre la relativitat del temps.
Veure que no es tracta de ciència-ficció,
sinó d’una cosa que és real i experimental.
En Joan i l’Ester
són una parella de - Si hem recorregut |
![]() |
Ella i el seu
fill havien aconseguit viatjar a
Mentre deia això, un cotxe es va parar. Van saber
que es trobaven molt prop de la ciutat on vivien. |
![]() |
La teoria de la relativitat d’Einstein postula que la velocitat de la llum en el buit és una constant universal que no es pot sobrepassar. És com un límit de velocitats, totalment independent del sistema de referència: no podem ni sumar-la ni restar-la a cap altra velocitat. Això implica forçosament que el temps deixa de ser un concepte absolut. Com transcorre el temps depèn del nostre estat de moviment. Això no ho notem respecte a nosaltres mateixos, és clar. Però sí que es nota en comparar els temps transcorreguts.
Considerem dues persones, una en repòs i l'altra que
viatja a velocitat de mòdul constant respecte
de la primera. A cada una de les persones els passa el temps, el seu temps.
Si no es tornen a trobar mai més, no tindrà sentit que comparem
els temps que els passa a l’una i l'altra, però sí si la
que viatja torna. Notem que pot tornar mantenint el mòdul de la velocitat
constant, però necessariament haurà d'accelerar en fer el viratge!
Un observador inercial és una persona que està en repòs
o viatja a velocitat (mòdul, direcció i sentit) constant. Només
la persona que resta en repòs es pot considerar que és un observador
inercial; no la que viatja.
és el temps
transcorregut que mesura la persona en moviment, la que viatja a una certa velocitat
i després torna.
S'anomena temps propi.
és el temps
transcorregut que mesura la persona en repòs. És també
el seu temps propi.
Segons la relativitat, podem escriure que
on és
la correcció relativista
on és el mòdul
constant de la velocitat a què es viatja i
és la velocitat de la llum en el buit
.
En el cas del nostre conte,
Fent els càlculs, tenim que (
farem servir el valor aproximat
).
Això vol dir que si la persona que viatja torna al cap de
anys (mesurats segons els seus rellotges), el temps que hauria transcorregut
segons els rellotges de la persona que resta en repòs seria de
anys!.
En el conte, l’Ester, de anys
i en Roger, d’
any, han estat viatjant, segons ells mateixos,
anys a aquesta velocitat
.
Per tant, en retornar a la Terra l’Ester té
anys i en Roger en té
.
Però quan l'Ester i en Roger arriben del viatge, el temps transcorregut
per a l'Alba i en Joan, en repòs a la Terra, respecte de la qual la nau
ha viatjat a la velocitat,
serà
. El Joan
que tenia
anys, ara
en tindria
més,
, i ja és mort.
La seva filla Alba, d’
any, ara en té
.
Pel que fa al fet d’anar a l’estrella Alfa, és evident que
van arribar vegades
més lluny a causa que els temps de durada del viatge estaven calculats
segons els temps transcorreguts a la Terra. Per tant, es tracta de temps
; però a la nau el temps que es mesura és el temps propi
.
Haurien d’haver comptat amb la relativitat del temps. Si ho haguessin
fet, tenint el compte la teoria de la relativitat, haurien arribat a Alfa, segons
els rellotges de la nau, en
anys,
és a dir, en
dies. El seu viatge d’anada i tornada només hauria durat, segons
els rellotges de la nau,
dies. Quan haguessin tornat a la Terra, l’Ester encara no hauria tingut
els
i en Roger encara
no hauria tingut els
anys. El seu marit Joan hauria tingut
anys.I la germana bessona, l’Alba, n’hauria tingut, encara,
.
Primera qüestió:
Per allunyar-se de la Terra i vèncer el camp gravitatori fa falta una
velocitat de , coneguda
com a velocitat d’escapament. Quan es viatja a aquesta velocitat, es produeix
algun canvi en els rellotges? És a dir, es produeix alguna dilatació
del temps? Si viatgéssim a aquesta velocitat, quant de temps trigaríem
a arribar a Alfa Centauri ?
Segona
qüestió:
Imaginem un enorme tren (de milers de quilòmetres de llarg) que es mou
a la mateixa velocitat de la nau de l’Ester, que hi va a dintre. Imaginem
que en Joan veu passar el tren davant seu i pot observar el que hi passa a dintre.
L’Ester enfoca una llanterna al sostre del tren, on hi ha un mirall. Ella
veu que la llum hi arriba i en torna verticalment. En Joan veu que la llum segueix
el camí d’un triangle isòsceles i tarda
a arribar al mirall i
més a tornar al terra.
Calculeu:
a) L’alçada del tren, tenint en compte que en
Joan veu que la llum viatja durant
i que el tren va a
.
Per fer-ho, apliqueu-hi raonaments geomètrics. L’alçada
del vagó del tren és tremenda. Penseu que és un tren imaginari!
b) El temps que l’Ester, a dalt del vagó, veurà
la llum viatjant.
c) L’Ester i en Joan no es posen d’acord amb la
trajectòria que segueix la llum. Qui té raó? Pel que fa
al temps que tarda la llum a fer el recorregut, també depèn de
l’observador. Es compleix la teoria de la relativitat?
Autor d'aquesta pągina: Josep M. Valls, professor emèrit de física i química de l’Escola Pia de Nostra Senyora de Barcelona, i Marta Segura, professora de física i química i cap de departament de ciències experimentals de la mateixa escola.
Aquesta
obra estą subjecta a una
Llicčncia
de Creative Commons