Supongo que se refiere a la contracción de la longitud en el contexto de la relatividad especial y no a algo como la contracción debido al enfriamiento. Primero déjame decirte qué longitud de contracción no es. No es una compresión de un objeto en la dirección de su movimiento debido a algún tipo de tensión producida por ese movimiento. No es un efecto óptico o una apariencia.
Para comprender qué es la contracción de la longitud, uno debe tener claro lo que significa medir la longitud de algo. La forma más directa de medir la longitud de un objeto en reposo es usar algún tipo de varilla de medición estándar, digamos un medidor. Determine cuántas barras de medidor y cualquier fracción de las mismas se necesitan para cubrir el tramo del objeto. Este proceso se llama medir la longitud adecuada o la longitud de descanso del objeto. Pero, ¿qué pasa si el objeto se está moviendo más allá de ti a una velocidad constante en una dirección dada (Esto es lo que queremos decir con velocidad constante)? Claramente, uno no puede usar el método de longitud adecuada para determinar la longitud del objeto en este caso.
Entonces, ¿qué queremos decir cuando nos referimos a la longitud de un objeto en movimiento? ¿Qué medida nos da esa longitud? Si sabemos que el objeto tiene una velocidad constante, existen al menos dos métodos distintos de baja tecnología que se pueden usar. Una es usar un reloj u otro dispositivo de cronometraje para determinar cuánto tarda el objeto en pasar por un punto fijo. Simplemente multiplicamos el tiempo de tránsito por la velocidad del objeto para obtener nuestra medida de longitud. Otro método es acordar lo que llamamos el extremo frontal y el extremo posterior del objeto y, con la ayuda de un amigo, ubicar simultáneamente el frente y la parte posterior. Luego hacemos una medición adecuada de la distancia entre esos lugares con una varilla de medición estándar. Por supuesto, debemos asegurarnos de que nuestro reloj y el reloj de un amigo estén sincronizados y sean dispositivos de sincronización confiables.
- ¿Es físicamente posible caminar cuesta arriba a la escuela en ambos sentidos, usando la misma ruta?
- ¿Por qué no se voltean los cohetes?
- ¿Por qué la rotación del polarizador superior en la pantalla de una calculadora antigua da como resultado pantallas negativas?
- ¿Qué es la teoría de flujo convencional?
- ¿Qué es el locus planckiano?
Esperamos que los dos métodos para medir la longitud del objeto en movimiento den el mismo resultado, y de hecho lo hacen. Entonces, ahora podemos tener claro lo que queremos decir con una medición de longitud para un objeto que se mueve a nuestra velocidad constante. Simplemente queremos decir una medición utilizando cualquiera de los métodos del párrafo anterior.
Ahora estamos listos para discutir el fenómeno de la contracción de la longitud en la relatividad especial.
La idea fundamental en la relatividad especial es que dos observadores que se muevan uno con respecto al otro a velocidad constante y que realicen mediciones de manera idéntica deberían obtener resultados idénticos. Eso significa, entre otras cosas, que realizar mediciones de longitud adecuadas en objetos idénticos en cualquier marco de referencia debería dar resultados idénticos. No significa que una medida de longitud adecuada de un objeto en un cuadro debe coincidir con una medida de ese objeto por parte del otro observador a medida que se mueve. (Recuerde que una medición de longitud adecuada se realiza de manera diferente a una medición en un objeto en movimiento, como se discutió anteriormente).
Una de las leyes fundamentales de la naturaleza, como lo respaldan los experimentos, es que la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores que se mueven a velocidades constantes entre sí. Esto es contrario a la intuición y no parece estar de acuerdo con nuestras experiencias con los cuerpos en movimiento. Si dos autos pasan a otro auto estacionado al costado de la carretera que va a 80 kilómetros por hora y 100 kilómetros por hora, respectivamente, y en la misma dirección, entonces esperamos que el conductor de 80 kilómetros por hora solo encuentre al conductor de 100 kilómetros alejándose de él a 20 kilómetros por hora. Pero si el conductor de 100 kilómetros por hora es reemplazado por un rayo láser enviado por el automóvil estacionado cuando el conductor del automóvil de 80 kilómetros por hora lo pasa, el automóvil de 80 kilómetros por hora descubre que el rayo láser lo pasa a la misma velocidad que el auto estacionado mide.
Hay suposiciones de las que quizás no nos demos cuenta que nos llevan a creer que la velocidad del rayo láser debería ser menor según lo medido por el automóvil de 80 kilómetros por hora. Para medir la velocidad de un objeto, ya sea un automóvil o un rayo láser, se deben medir dos cantidades, qué tan lejos se mueve el objeto y cuánto tarda. En el caso de los dos automóviles en movimiento, uno supondría naturalmente que, tanto el automóvil estacionado como el automóvil de 80 kilómetros por hora, encontrarían que el automóvil de 100 kilómetros está 20 kilómetros por delante del automóvil de 80 kilómetros por hora después de una hora. Pero lo que suponemos es que el ocupante del automóvil estacionado y el ocupante del automóvil de 80 kilómetros por hora medirán una hora. También estamos suponiendo que 20 kilómetros de distancia adecuada medida en el marco de referencia del automóvil estacionado también son 20 kilómetros de distancia medida por el automóvil de 80 kilómetros por hora.
A las velocidades del ejemplo, esta es una suposición muy precisa, lo que significa que es fiel a un alto grado de precisión. Sin embargo, para construir una explicación coherente de los resultados de los experimentos de velocidad de la luz, aludidos anteriormente, debemos abandonar el supuesto de que todos los observadores con velocidad relativa constante miden los mismos intervalos de tiempo y distancias espaciales entre dos eventos. Se puede construir una teoría matemáticamente consistente que relacione las mediciones de ambos observadores, lo que también es consistente con la evidencia experimental de que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores con velocidades relativas constantes. Esa teoría es la relatividad especial. Usando la relatividad especial, una medición de longitud adecuada en un marco de referencia proporciona una medición de longitud mayor que el tiempo de medición de tránsito realizado a medida que pasa un objeto. Esta comparación de la medición de longitud adecuada y la medición del tiempo de tránsito de la longitud es lo que llamamos contracción de longitud.
Si desea un desarrollo matemático de las fórmulas de la relatividad especial, vea la respuesta de Dale Gray a ¿Qué es la relatividad especial?