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El GPS y la teoría de la relatividad que tienen en común?







Una conversación reciente, me despertó un gran interés en lo referente a la teoría de la relatividad y su importancia en la vida cotidiana. Y es que aunque suene un poco lejano este tema, no lo es tanto. Por ejemplo, la popularización del uso del GPS en los vehículos, sistemas de seguridad, celulares, etc. para determinar la ubicación de una persona u objeto, ha tenido un revés relacionado con la famosa teoría de Einstein.




Einstein, un verdadero genio, sobre el cual, la nasa se preguntó si fue un extraterrestre, pudo predecir y plasmar en papel, hechos que en su momento carecían de sentido común o estaban en duda, pero que luego se comprobaron. Por ejemplo, el habló que el espacio y tiempo son relativos, en mis términos mundanos, porque dependen del observador que los mira y que lo único constante es la velocidad de la luz. A esto le llamo teoría de la relatividad.









Por ejemplo, dentro de la teoría de la relatividad general, Einstein comenta que el espacio y el tiempo se curvan por la presencia de la materia y el movimiento de la misma. Si bien, esto suena un poco complicado o parece inverosímil, quedó confirmado mucho tiempo después, durante el eclipse solar más famoso de la historia, ocurrido el 29 de mayo de 1919. Vamos a graficarlo para hacerlo más interesante.





Desde nuestro punto de observación en la tierra, vemos las estrellas en una posición determinada.




Ocurrido el eclipse solar de 1919, se pudo comprobar (polémicamente) que la posición de las estrellas, no son reales, sino aparentes. ¿A qué se debe esto? A que la luz se desvía al pasar por un campo gravitacional, en este caso, la luz de las estrellas se tuercen un poco al pasar cerca del sol. Sin embargo, para poder estudiar la luz de las estrellas que se encuentran detrás del sol había que esperar un eclipse: al tapar la luna al sol se podrían ver las estrellas.



La relatividad del espacio quedó comprobada, y aunque fue puesto en tela de juicio, los avances modernos lo confirman y la teoría de la relatividad se usa hoy para explicar muchos sucesos, como por ejemplo el origen del universo, los agujeros negros, etc.
















Pero llevando esto a algo más cotidiano, es interesante ver la importancia que tiene la teoría de la relatividad tiempo respecto al actual uso de los GPS.


             

Los GPS son unos satélites que giran alrededor de la Tierra y que proporcionan datos sobre la localización exacta de un punto (cosa) sobre la superficie de la Tierra. Son 24 satélites en total, que le dan la vuelta a la tierra cada 12 horas, a una altitud de 20000 km sobre la superficie de la tierra y a una velocidad de 3.87 km/s (14000 km/h).



Para el correcto funcionamiento del sistema, para que se pueda ubicar correctamente, a los autos, ahora que se piensa implementar en cada uno de ellos, es necesario sincronizar los relojes de los satélites con los relojes que tenemos en la tierra (para medir el tiempo que demora la señal en llegar a la tierra). Sin embargo, a pesar de utilizar, en ambos lados, relojes atómicos muy precisos; en los satélites, la relatividad adelanta los relojes, respecto a los que están aquí.

La diferencia del tiempo entre los relojes ubicados en las distintas posiciones, es coincidente con la fórmula propuesta por Einstein en la teoría de la relatividad (a menor atracción del campo gravitatorio, el tiempo transcurre más deprisa). La relatividad del tiempo esta comproba
da.












Un GPS con kilómetros de error





«Si los GPS no tuvieran en cuenta la relatividad del tiempo, debida a la velocidad de los satélites y a su altura en el campo gravitacional de la Tierra, los relojes atómicos de su interior perderían la calibración», indica Fernández Barbón. «Al cabo de un día, acumularían un error de kilómetros y dejarían de ser útiles».

El motivo es que, el tiempo y el espacio en la superficie de la Tierra y en un satélite están sometidos a distintas velocidades y a distintas intensidades en el campo gravitatorio. Por ello, no son iguales y el GPS se desajusta.








Televisiones viejas que aceleran partículas





«Las televisiones antiguas, que usan tubos de rayos catódicos, son pequeños aceleradores de partículas que hacen que los electrones choquen contra una pantalla. Estos electrones van muy rápido (al 30% de la velocidad de la luz), así que hay que diseñar imanes para dirigirlos que tengan en cuenta las fórmulas de la relatividad», según el científico. Sin Einstein, estas teles no funcionarían.


En las televisiones antiguas, los tubos de rayos catódicos dirigen los electrones hacia una pantalla teniendo en cuenta efectos relativistas

















Oro a prueba de tiempo





«Las propiedades de los átomos pesados como el oro y el mercurio, tienen que ver con que sus electrones están muy cerca del núcleo y se muevan muy rápido», explica el investigador del CSIC. Por ello, la causa de que el oro sea tan puro y no se oxide, está relacionada con un efecto relativista.












Latidos nucleares






«Todo lo que tenga que ver con la energía nuclear, como las bombas atómicas, los reactores nucleares o la radiactividad, está relacionado con la famosa ecuación de Einstein (E=mxc2). Estos procesos implican cambios de masa en los núcleos que se traducen en cambios de energía», sostiene el científico.











Magnético y relativo




«Todo lo que tenga que ver con los campos magnéticos está explicado por un efecto relativista. Estos campos ya se habían descrito antes, pero después entendimos que es la relatividad la que explica el magnetismo en realidad».








Viaje al futuro en la palma de la mano





«En las capas altas de la atmósfera, los rayos cósmicos galácticos generan unas partículas que se llaman muones, son como electrones pero más pesados. Si tuvieras uno en la palma de la mano, verías que se desintegra en un microsegundo. Desde la parte de arriba de la atmósfera tardarían más en llegar al nivel del mar, así en teoría, antes de llegar ya se habrían desintegrado. Y, sin embargo, se detectan muones. La razón es que van tan rápido que su reloj interno dilata el tiempo, así que los muones viajan al futuro».





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