Contracción de Lorentz para niños

La contracción de Lorentz es un efecto muy interesante que ocurre cuando los objetos se mueven a velocidades extremadamente altas, ¡casi tan rápido como la luz! Imagina que un objeto se hace más corto en la dirección en la que se mueve. Este efecto fue propuesto por primera vez por el científico Hendrik Antoon Lorentz y luego fue explicado en detalle por Albert Einstein como parte de su Teoría de la Relatividad Especial.

¿Qué es la contracción de Lorentz?

La contracción de Lorentz es un fenómeno de la física que nos dice que la longitud de un objeto se ve más corta cuando se mueve a una velocidad muy alta, especialmente si esa velocidad se acerca a la de la luz. Pero ojo, esta contracción solo ocurre en la dirección del movimiento. Si el objeto se mueve hacia adelante, se encoge de adelante hacia atrás, ¡no de arriba a abajo!

¿Cómo se mide la longitud de un objeto en movimiento?

Para entender esto, piensa en cómo medimos algo. Si un objeto está quieto, simplemente usamos una regla. Esa es su "longitud propia". Pero si el objeto se mueve muy rápido, la cosa cambia.

Imagina que tienes una fila de relojes perfectamente sincronizados. Cuando el objeto pasa, cada reloj anota la hora exacta en que sus extremos (el principio y el final) pasan por él. Si miras dos relojes que registraron los extremos del objeto al mismo tiempo, la distancia entre esos relojes sería la longitud del objeto en movimiento.

En la física normal (la que usamos todos los días), la longitud sería la misma, esté el objeto quieto o en movimiento. Pero en la relatividad especial, la velocidad de la luz es siempre la misma para todos los observadores, y esto cambia cómo percibimos el espacio y el tiempo. Por eso, la longitud de un objeto en movimiento se ve más corta.

La fórmula de la contracción

La forma en que se calcula esta contracción es con una fórmula:

Aquí:

• L₁ es la longitud que mide un observador que ve el objeto en movimiento.
• L₀ es la longitud del objeto cuando está quieto (su longitud propia).
• v es la velocidad a la que se mueve el objeto.
• c es la velocidad de la luz, que es una velocidad constante y muy grande (aproximadamente 300,000 kilómetros por segundo).

Como la velocidad v siempre es menor que la velocidad de la luz c, la parte de la fórmula con la raíz cuadrada siempre será un número menor que 1. Esto significa que L₁ siempre será más pequeña que L₀. ¡El objeto se encoge!

¿Cuándo notamos este efecto?

En nuestra vida diaria, los objetos se mueven a velocidades muy bajas comparadas con la luz. Por eso, la contracción de Lorentz es tan pequeña que no la notamos. Por ejemplo, si un coche va a 100 km/h, su contracción es casi cero. Pero si un objeto se mueve al 90% de la velocidad de la luz, ¡su longitud se reduciría a la mitad!

Historia de un descubrimiento sorprendente

La idea de que los objetos se encogen al moverse rápido no surgió de la nada.

El experimento de Michelson y Morley

A finales del siglo XIX, los científicos Michelson y Morley hicieron un famoso experimento para intentar detectar algo llamado "éter", que se creía que era el medio por el que viajaba la luz. Su experimento no encontró el éter, lo que fue un resultado muy sorprendente.

Para explicar por qué no encontraron el éter, George Francis FitzGerald y Hendrik Antoon Lorentz propusieron que los objetos se contraían en la dirección de su movimiento. Al principio, esto parecía una idea un poco extraña, una "hipótesis ad hoc" (es decir, una explicación hecha solo para un caso específico).

La explicación de Einstein

Fue Albert Einstein quien, en 1905, dio una explicación mucho más completa y elegante. En su Teoría de la Relatividad Especial, Einstein demostró que la contracción de la longitud no era una idea "ad hoc", sino una consecuencia natural de que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, sin importar cómo se muevan. Esto cambió por completo nuestra forma de entender el espacio y el tiempo.

¿Es real la contracción de longitud?

Algunas personas se preguntaban si la contracción de la longitud era "real" o solo una "apariencia". Einstein explicó que es real en el sentido de que puede ser medida y demostrada con experimentos físicos por un observador que no se mueve con el objeto. Sin embargo, para un observador que se mueve junto con el objeto, este no notaría ninguna contracción, porque para él, el objeto está en reposo.

¿Dónde vemos la contracción de Lorentz?

Aunque no podemos verla directamente en objetos grandes, hay pruebas indirectas de que la contracción de Lorentz es real:

• Muones en la atmósfera: Los muones son partículas muy pequeñas que se forman en la atmósfera de la Tierra a gran altura. Tienen una vida muy corta. Si no hubiera contracción de longitud, no deberían llegar a la superficie de la Tierra antes de desaparecer. Pero sí llegan. Desde el punto de vista del muón, la atmósfera se encoge, haciendo que su viaje sea más corto y permitiéndole llegar al suelo.
• Colisiones de partículas: Cuando los científicos hacen chocar iones pesados a velocidades cercanas a la luz, estos iones se deforman y se vuelven como "panqueques" o discos planos. Los resultados de estas colisiones solo se entienden si se considera que los iones se han contraído.
• Fuerzas magnéticas: ¡Incluso las fuerzas magnéticas que usamos en imanes y motores tienen que ver con la contracción de Lorentz! Cuando los electrones se mueven en un cable, su densidad aparente cambia debido a la contracción, y esto crea las fuerzas magnéticas que atraen o repelen otros cables con corriente.

Efectos visuales: ¿Se ve el objeto encogido?

Es importante saber que la contracción de longitud se refiere a lo que se mide, no necesariamente a lo que se ve. Si pudieras tomar una foto de un objeto moviéndose a una velocidad cercana a la luz, no lo verías simplemente encogido. Debido a cómo la luz viaja y llega a tus ojos, el objeto podría parecer rotado o distorsionado de otras maneras. Este efecto visual se conoce como la rotación de Penrose-Terrell.

Esquema sobre la contracción de Lorentz. (X′,cT′) representan las coordenadas de un observador en reposo a una barra, mientras que (X,cT) son las coordenadas de otro observador en movimiento con respecto a dicha barra. Por la naturaleza pseudoeuclídea del espacio-tiempo aun cuando el primer observador mide una longitud l, el segundo mide una longitud menor l/γ < l.

En la relatividad especial, el observador mide los eventos respecto a una red infinita de relojes sincronizados.

Contracción de longitud: Tres barras azules están en reposo en S, y tres barras rojas lo están en S'. En el instante en que los extremos izquierdos de A y D alcanzan la misma posición en el eje x, se compararán las longitudes de las barras. En S, las posiciones simultáneas del lado izquierdo de A y el lado derecho de C son más distantes que las de D y F. Mientras que en S' las posiciones simultáneas del lado izquierdo de D y el lado derecho de F son más distantes que los de A y C.

Diagrama de Minkowski del experimento mental de Einstein sobre la contracción de la longitud (1911). Dos barras con longitud en reposo se están moviendo a 0,6c en direcciones opuestas, resultando que .

Fórmula en una pared de Leiden

Galería de imágenes

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  Cuboides en el espacio-tiempo euclideo y de Minkowski

Véase también

En inglés: Lorentz contraction Facts for Kids