Transformaciones de Lorentz y rotaciones espaciotemporales

Y vamos con un nuevo vídeo del Instituto de Física Teórica (IFT) que personalmente me ha encantado, y que creo es muy didáctico y ameno. En este caso, el director del mismo, tras un saludo por haber alcanzado una cuota de seguidores muy importante, y tras una pregunta que le hacen sobre si el tiempo es la «cuarta dimensión», nos hablará de rotaciones espaciotemporales, y del nombre técnico que está asociado a dicha propiedad: las transformaciones de Lorentz. Todo ello forma parte del corazón fundamental de la teoría especial de la relatividad de Einstein.

Uno de los aspectos más llamativos de la teoría especial de la relatividad, aquella que publicó Albert Einstein en 1905, es que se basa en solo dos premisas básicas:

1. Las leyes de la física son invariantes en todos los sistemas inerciales.
2. La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores independientemente de su velocidad con respecto a la luz.

El punto 1 viene a decir que el universo es el mismo en sus propiedades físicas, aquí y en el otro extremo del universo visible. No se ha observado ninguna discrepancia. Y lo son para todos los sistemas que se mueven, es decir, que las leyes de la cinemática son idénticas en todas partes.

Por su parte, el punto 2 nos dice que la luz en el vacío, atención, en el vacío, es igual a C. Siempre, independientemente de quién sea el observador, y muy importante, su velocidad con respecto a otro observador. Ya hablé del truco de las partículas «hiperlumínicas con masa» que algunos quieren hacer creer superan la velocidad de la luz (radiación Cherenkov, que expliqué en este enlace).

De estas dos premisas, Einstein desarrolló la teoría de la relatividad. Y un aspecto fundamental de este desarrollo tiene como base, precisamente, el vídeo que traigo a colación aquí del IFT.

Entender las transformaciones de Lorentz implica primero conocer los aspectos relacionados con las rotaciones espaciotemporales, que son los diferentes marcos de referencia en los que se encuentran dos observadores. Dicho de otro modo: cada observador, en función de su velocidad relativa respecto a otro observador, se halla en un marco de referencia espaciotemporal único, que implica que observará fenómenos integrados en ese marco de referencia. Pero, como quiera que el otro observador se halla en otro marco de referencia, observará una casuística de hechos distinta a la del primero.

Esta es una paradoja que suele llamar mucho la atención, porque estamos acostumbrados a que todos observemos los mismos fenómenos a la vez. Ocurre porque todos estamos en el mismo marco de referencia. De hecho, los relojes de los satélites retrasan con respecto a los de la Tierra, aunque sea muy poco, porque se encuentran en otro marco de referencia. Si no se tuviese en cuenta esa diferencia, el GPS no funcionaría.

La grandeza de este vídeo del IFT es que explica todos estos términos de una forma sencilla, amena, y clara, y muy directa y didáctica. Y, no lo olvidemos: comprender estos conceptos es la clave fundamental para luego introducirnos en los detalles de la relatividad especial primero, y la relatividad general, después, que integra la gravedad.

El vídeo se divide en dos partes: hasta el minuto diez se da una explicación de las rotaciones espaciotemporales y sus implicaciones, y, a partir del minuto diez, se demuestra cómo ello influye en que un fenómeno sea observado de distintas formas por observadores en distintos marcos de referencia. Y lo hace de una forma sencilla y muy clara, que deja bien claro que el tiempo es un aspecto integrado y dependiente del espacio.

Agradecer al IFT su tarea divulgativa, y felicitarles por su éxito, que está merecidísimo. Seguiremos con más vídeos próximamente, que son realmente apasionantes por su estilo y forma de explicar conceptos de física de una manera muy educativa y sencilla.