La constant velocitat de la llum

En el transcurs d’aquest blog, per a poder parlar sobre determinats temes, hem hagut d’introduir el terme “constant” precedit per “velocitat de la llum”. Al afirmar que la llum es mou a 300.000 km/s no hem sigut sincers del tot, no tan sols perquè aquesta xifra és una aproximació, sinó ja que aquesta increïble velocitat tan sols es dóna en el buit; un medi inexistent en el nostre univers.

En el planeta Terra aquesta velocitat és menor, posat que la llum, al propagar-se per l’aire, ja rep per part d’aquest una infinitesimal resistència que provoca una disminució en la seva rapidesa (si més no l’aire està compost per diversos gasos). I fins i tot en l’espai exterior s’estima que com a mínim hi ha un nombre mínim d’àtoms per centímetre cúbic, fet que també provoca una reducció de la seva velocitat.

El fet està en que, sigui quin sigui el medi en el qual la llum es propagui, la seva velocitat sempre serà constant.

Si parlem de velocitat de la llum (c), el terme constant resulta enganyós per aquell que no estigui familiaritzat amb les obres d’Einstein. Així ho comprovarem amb una sèrie d’exemples.

Constant en dos sentits

Suposem que un tren surt d’un punt A i es dirigeix a un punt B a una velocitat constant de 100km/h. Això significa que per a qualsevol persona en repòs, el tren mai variarà de rapidesa. No obstant, si agafem el cotxe i ens col·loquem en paral·lel al tren a una velocitat de 99 km/h, la diferència entre la velocitat del tren i la del nostre automòbil serà tan sols d’1km/h. Suposant que, tant el tren com nosaltres descrivim un trajecte recte i regular a una velocitat constant, nosaltres (els de l’interior del vehicle) tindrem el dret de considerar la velocitat del tren com de tan sols 1km/h, i no pas dels 100 que ens havien promès. Arribat aquest punt ens preguntem; És realment constant la velocitat del tren?.

Quan parlem de velocitats constants, ja sigui en medis de transport com en persones, inconscientment considerem el punt de medició respecte del, per exemple, vehicle que es mou a x velocitat constant, immòbil. Ja que si no és així, ja hem observat com la circumstància de constància queda vulnerada.

No obstant, aquest fet no succeeix en la llum:

Imaginem que ara ens trobem en el buit. La velocitat de la llum serà, per tant, d’uns 300.000km/s (la màxima velocitat que aquesta pot arribar). Considerem altra vegada el tren de velocitat constant i el nostre automòbil, tot i que aquest cop, el tren es mourà a la velocitat de la llum, que la reduirem a 100km/h. Per tant, aquesta vegada, a diferència de l’anterior, podrem igualar la xifra dels 100km/h però mai superar-la.

El tren comença a moure’s i nosaltres també ho fem. Recordem que estem parlant d’un trajecte uniforme, sense irregularitats.

Per a una persona situada a l’andana, i que per tant està en “repòs absolut”, el tren es mourà a 100km/h, és a dir, aquella que hem considerat velocitat de la llum. Suposant que nosaltres, col·locats en paral·lel al tren, viatgem a 99km/h, serà de deducció òbvia que calcularem una velocitat per al tren, respecte a nosaltres, de tan sols 1km/h. Però no és així, sinó que també nosaltres, tot i estar 1km/h per sota del tren, calculem que la velocitat d’aquest és de 100km/h. Però això no és tot, fins i tot, trencant la lògica, observem com el tren sempre està a 100km/h endavant de nosaltres tot i estar el nostre vehicle a 99km/h.

El més probable és que al plantejar-nos aquesta situació al principi, haguéssim estipulat que per a nosaltres el tren es mouria a 1km/h i que estaria a tan sols 1km/h de nosaltres (les diferències entre 100km/h i 99km/h).No?

Però el que en un principi semblava obvi posteriorment hem vist com no era el que esperàvem. Què ha passat? Doncs que la velocitat de la llum és constant en tots els seus sentits. Estiguem en repòs o no, la llum sempre es trobarà a 300.000km/s de nosaltres en el buit, i a altres velocitats menors en altres medis.

D’aquí fou d’on Albert Einstein afirmà que:

La velocitat de la llum és la mateixa en tots els sistemes de moviment uniforme

Aquesta declaració, a simple vista tan innocent, és considerada un dels majors èxits de la ment humana.

Però com pot ser certa?

És a dir, com pot ser que la velocitat de la llum sigui la mateixa per a algú que es troba en repòs que per un altre que estigui en moviment?

Per respondre a aquesta qüestió ens haurem de remuntar al tema dels viatges en el temps, tractat anteriorment en aquest blog. Allà vam parlar de que quan més ràpid ens movíem en l’espai més lent ho fèiem en el temps (relació espai-temps). Doncs bàsicament la raó és aquesta; La llum es mou tan ràpida que no nota el pas del temps. Un observador en repòs que no es mou, evidentment que notarà que la velocitat de la llum serà de 300.000 km/s (la diferència entre aquesta xifra i els 0km/h del individu immòbil). No obstant, qualsevol que es mogui estarà compensant la seva velocitat amb la lentitud del pas del seu temps. Quan més ràpid es mogui més lent passarà el seu temps, i al costat de la velocitat de la llum, sempre es trobarà a 300.000 km/s, ja que, com hem dit, aquesta no sofreix alteracions del temps.

Aquest concepte tan abstracte és el fonament de la teoria de la relativitat especial, que l’any 1915 conduí a Albert Einstein a publicar la versió que inclou la gravetat; la teoria de la relativitat general.