Si mi amigo y yo estamos en el mismo marco, podemos diseñar una cinta métrica entre nosotros. Digamos que la cinta métrica dice que estamos a 1 minuto luz de distancia. Si miro el reloj de mi amigo con un telescopio y dice las 12:00, mientras que en ese momento mi reloj marca las 12:01, puedo decir con toda seguridad que nuestros relojes están sincronizados. Si parpadeo una luz a las 12:05 y luego espero 1 minuto y a través de mi telescopio veo que su reloj da las 12:05 al mismo tiempo que su luz parpadea, entonces puedo concluir que el parpadeo de las dos luces fue simultáneo.
Ahora supongamos que instalamos un dispositivo exactamente entre mi amigo y yo (por la cinta métrica) que parpadea una luz roja cuando la luz de la lámpara de mi amigo llega al dispositivo y una luz azul cuando la luz de la lámpara llega al dispositivo. Repetimos el experimento y, como era de esperar, veo que mis amigos se iluminan, y las luces roja y azul del dispositivo en todo momento, 1 minuto después de que encendí mi luz. Entonces, como se esperaba, la luz de la lámpara llegó al dispositivo en el mismo momento en que la luz de la lámpara de mi amigo lo alcanzó.
Ahora imagine una tercera persona volando a cierta velocidad en una línea desde mi amigo hacia mí. Las lámparas parpadean poco después de que pasa a mi amigo. Desde su perspectiva, está inmóvil y mi amigo se aleja de él, y el dispositivo central y yo nos acercamos a él.
- Si los extraterrestres tuvieran que venir a la Tierra con un viaje a velocidad inferior a la de la luz, ¿no podríamos ver que sus barcos se van?
- ¿Es válido el teorema de energía de trabajo en marcos no inerciales?
- ¿Qué es el enredo cuántico? ¿Cómo pueden las partículas "comunicarse" más rápido que la velocidad de la luz?
- Si reduje un objeto a masa cero, ¿podría viajar más rápido que la luz?
- ¿Alguien ha calculado la masa del universo usando solo la velocidad de la luz (c) y la constante gravitacional (G)?
Aquí es donde entra la Relatividad Especial: cada observador mide la velocidad de la luz como c, sin importar cómo se esté moviendo el observador o la fuente. En nuestro escenario, esto significa que la esfera de luz emitida por las lámparas se expande en cada cuadro de observadores. Eso parece perfectamente normal para mí y mi amigo, ya que las lámparas están en nuestro marco. Esto es lo que nos parece:
Pero es extraño para el tercer observador: es como si las bombillas de nuestras lámparas saltaran a su marco en el momento en que parpadean y para él, los centros de las esferas de luz en expansión permanecen fijos donde estaban en el momento en que los focos parpadeaban, aunque las bombillas continúan moviéndose. Eso significa que para la tercera persona, el dispositivo central se está moviendo hacia la esfera de luz en expansión de mi amigo y lejos de la mía. Entonces esto es lo que él espera:
Entonces, para la tercera persona, seguramente la luz de la lámpara de mis amigos llegará al dispositivo central antes que la mía, y la lámpara roja parpadeará primero. Pero sabemos que eso no sucede: ya sabemos que tanto las lámparas rojas como las verdes parpadean al mismo tiempo. Los observadores pueden estar en desacuerdo sobre los eventos que suceden en diferentes puntos en el espacio-tiempo, pero todos deben ponerse de acuerdo sobre los eventos que suceden en un solo punto en el espacio-tiempo. Dado que la tercera persona puede ver tan bien como cualquiera que con la cinta métrica el dispositivo está en el centro, y si las lámparas roja y azul se encienden al mismo tiempo, las dos esferas de luz deben haberse reunido en el centro, entonces la tercera persona debo concluir que mi reloj está detrás del reloj de mi amigo para que mi esfera de luz tenga una “ventaja” en la carrera hacia el centro si se encuentran allí. Entonces, la tercera persona, los relojes no están sincronizados, y el reloj de mis amigos funciona rápido.
Si la persona 3d golpea los descansos y aterriza en algún lugar de la cinta métrica, ahora estamos todos en el mismo marco y los relojes están sincronizados para todos o ninguno de nosotros. Si repetimos el experimento, cuando explica su ubicación y hace observaciones, ahora concluirá que los relojes ahora están sincronizados. Eso tiene sentido porque los relojes siempre estaban sincronizados en nuestro marco y su golpe en los descansos no podría haber afectado los relojes.
Pero si yo, mi amigo, la cinta métrica y todo nuestro equipo saltan al marco de la tercera persona, cuando repetimos el experimento, ahora los relojes ya no estarán sincronizados entre mi amigo y yo. Esto puede parecer extraño, porque parece que de alguna manera el salto ha afectado los relojes. Pero en realidad los relojes no se ven afectados, porque los relojes siempre estaban desincronizados en el marco de la tercera persona.
Esto demuestra la naturaleza de la sincronización: la sincronización de los relojes no es una propiedad de los relojes, es una propiedad de los marcos desde los cuales se observan los relojes.