El GPS y la teoría de la relatividad

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 comprobada.

Enlaces recomendados:

• Animación que explica muy claramente la teoría de la relatividad (en especial lo referente al espacio)
• El ejemplo del tren, esto lo leí hace muchísimos años y es el mejor ejemplo, en lo referente al tiempo
• La expedición de Eddington, que comprobó la teoría de la relatividad de Einstein, en el eclipse solar de 1919
• Detalles sobre el GPS y la relatividad