2014ko ekaina

Biki bidaiariak

Galdera honi erantzuteko asmoz, ikertzaile ezberdinek proposatutako hainbat esperimenturen artean 10 aukeratu ditu NASAk (ikus www.space.com); besteak beste, espazioko grabitate ezak eragindako aldaketa biomolekularrak aztertzea, DNAk eta RNAk jasandako aldaketak aztertzea, gorputz barruko hainbat bakteriaren propietateak ikertzea... Gauza konplikatuak denak.

Deigarria da, ordea, esperimentu honen ideia lehenengoz planteatu zuen pertsonak helburu sinple bat zuela buruan: espazioan egondako bikia lurrean geratutakoa baina gazteagoa ote zen ikustea. Galderak, sinplea izateaz gain, nahiko zentzugabea dirudi; ez gaitu harrituko, beraz, galderaren egilea Albert Einstein fisikari ospetsua izan zela jakiteak. Hemen, NASAk aukeratutako galdera konplikatuen ordez Einsteinen gogoeta sinplea aztertuko dugu, bere erlatibitatearen teoria delakoaz baliatuz.

Erlatibitatea

“Dena da erlatiboa”. Askotan erabiltzen den esaldia da, ia edozer justifikatzeko balio baitu; azterketa gaizki egin duzula? Hori erlatiboa da, ondokoak okerrago egin baitu. Nolabaiteko kutxu zientifikoa emateko, gainera, esaldi hori Einsteinek esan omen zuela argudiatu ohi da, bere erlatibitatearen teorian edo. Einsteinek esan bazuen, arrazoia edukiko du...

Antzeko zerbait esan bazuen ere, esaldiari zerbait falta zaio zuzena izateko: “dena da erlatiboa, argiaren abiadura izan ezik”. Einstein, beti bezela gauzak nahasten. Beraz, erlatibitatearen teoriaren arabera, argiaren abiadura absolutua da, “c” letraz deskribatu ohi da eta gutxigorabehera 300 milio metro segunduko (c=3*10^{8} m/s) da bere balioa, beti.  Honek zer esan nahi du praktikan? Bada berdin duela argia tximista batetik etorri, mugimenduan dagoen kotxe baten fokoetatik etorri edo gure gelan geldi dagoen bonbila batetik etorri, kasu guztietan bere abiadura berdina izango dela. Are gehiago, gure egoera edozein dela ere (geldirik edo mugimenduan egon), argiaren abiadurak berdina izaten jarraituko du edozein ikuspuntutatik. Propietate hau oso gauza berezi bat da, beste ezein objetuk betetzen ez duena. Honen ondorioak aztertzeko pare bat adibide ikusiko ditugu.

Bidoia botatzen

Lehenik eta behin, kontsidera dezagun txirrindulari bat Tourreko etapa batean. Errepide ertzean zaletu bat dago txirrindulariari animoak ematen. Txirrindularia gaur sasoiko dabil eta batazbeste bost metro aurreratzen ditu segunduro, hau da, bere abiadura 5 m/s da. Halako batean, txirrindulariak ur-bidoia hartu eta aurrerantz bota du. Zein da bidoiaren abiadura? Erlatiboa da. Alde batetik, txirrindulariari iruditzen zaio bidoiak bere eskutik atera deneko abiadura duela, demagun 10 m/s. Bestaldetik, zaletuaren ikuspuntutik bidoia azkarrago doa, txirrindulariak eskuarekin emandako abiadura horri txirrindulariaren abiadura bera gehitu behar baitzaio; zehazki, 10 m/s + 5 m/s = 15 m/s da zaletuaren ikuspuntutik neurtzen den bidoiaren abiadura. Adibide sinple honek erakutsi digu bidoiaren abiadura ezberdina izan daitekeela ikuspuntuaren arabera.

Zentzuzkoa al da hau? Ikus dezagun; txirrindulariaren ikuspuntutik, bidoia jaurti eta segundu batera bidoia beregandik 10 metrora dago. Zaletuaren ikuspuntutik, ordea, bidoiak segundu batean 10 ez baizik 15 metro egingo ditu aurrera; baina aldi berean segundu hortan txirrindulariak ere 5 metro egin ditu aurrera, beraz, zaletuaren ikuspuntutik ere bidoia txirrindulariarengandik 15 - 5 = 10 metrotara egongo da segundu baten ondoren. Hau da, naiz eta abiadura erlatiboa izan, azken finean bi ikuspuntuek emaitza bera neurtu dute, behar den bezala.

Argia pizten

Zer ikusi eduki ote lezake txirrindularia eta bidoiaren istorio honek NASAko bikien esperimentuarekin? Ba handia, argia tartean bada. Kontsidera dezagun 5 m/s-ko abiadura duen txirrindulariaren eta geldi dagoen zaletuaren kasua berriz ere. Oraingoan ordea, txirrindulariak ez du bidoirik botatzen, baizik eta bizikletak daraman linternatxo bat pizten du; hau da, bidoiaren ordez “argia botatzen du aurrera” nolabait. Galdera: zein da linternako argiaren abiadura? Txirrindulariaren ikuspuntutik argi dago linternako argiaren abiadurak c izan behar duela, baina... eta geldi dagoen zalearen ikuspuntutik? Ba zalearen ikuspuntutik ere bai. Gogoratu, erlatibitatearen teorian ikusi dugu argia beti dijoala c abiaduran, edozein ikuspuntutatik. Bidoiaren adibidean, zalearen ikuspuntutik txirrindulariak botatako bidoiaren abiadura bi zatitan banatu da: txirrindulariaren abiadura alde batetik eta eskuarekin bidoiari emandako abiadura beste aldetik, gehitu egin dira. Kasu hontan, ordea, ezin diogu bizikletako linternako argiaren abiadurari txirrindulariaren abiadura gehitu, erlatibitatearen teoriak ez baitigu uzten. Beraz, gauzak ezberdinak dira argia kontuan hartzerakoan.

Hau argiago ikusteko, kontsidera dezagun bidoiaren kasuan aztertutako ariketa berbera, hau da, segundu baten ondoren zenbat urrundu den argia  txirrindulariarengandik. Hasteko, txirrindulariaren ikuspuntutik, argia segundu batean 300 milioi metro urrundu da berarengandik. Bestalde, geldi dagoen zalearen ikuspuntutik argiak segundu batean 300 milioi metro egin du aurrera, baina, aldi berean, txirrindulariak ere segundu batean 5 metro egin ditu aurrera. Beraz, zalearen ikuspuntutik argia txirrindulariarengandik 300.000.000 – 5 = 299.999.995 metro urrundu da segundu batean. Nahiz eta ezberdintasuna oso txikia izan (ehuneko 0.00000001), bi ikuspuntutatik neurtutako distantzia ez da berdina.

Adibide honen ondorioak muturrera eramango ditugu; hortarako, imagina dezagun txirrindularia Albert Einstein jauna dela. Einsteinek bizikleta berezi bat dauka, argiaren abiaduraren inguruan ibiltzen den bizikleta bat! Demagun argiaren abiaduraren erdia daramala Einsteinek, hau da c/2, ia ia 150 milio metro segunduko. Zaleak badu nahiko lan Einsten antzematen... Honakoan Einsteinek ere linternatxoa piztu du; zenbat urrundu da argia beregandik segundu batean? Aurreko kontu berberak eginez, Einsteinen ikuspuntutik 300 milioi metro; zaletuaren ikuspuntutik ordea, 300 – 150 = 150 milioi metro, hau da Einsteinen ikuspuntutik urrundu denaren erdia. Beste era batera esanda, geldi dagoen zaletuak Einsteinek neurtzen duen distantziaren erdia neurtzen du.

Esanahia

Nola liteke linternako argiaren adibideetan zaletuak eta txirrindulariak distantzia ezberdinak neurtzea? Gakoa denboran dago. Ikusitako adibideetan suposatu dugu geldi dagoen zalearentzako eta txirrindulariarentzako denbora berdin pasatzen dela, hau da, segundu bat segundu bat dela bi ikuspuntuetan. Ordea, erlatibitatearen teorian argiaren abiaduraz aparte dena da erlatiboa, denbora barne. Honek esan nahi du segundu bat ez dela zertan berdin neurtu behar ikuspuntu ezberdinetatik. Nahiz eta zentzugabea iruditu, denbora erlatiboa izateak aurreko adibideetan gertatutakoa ulertzen lagun diezaguke. Buelta gaitezen Einsteinen bizikletaren kasura eta imagina dezagun momentu batez honakoa: geldi dagoen zaletuaren ikuspuntutik segundu bat pasa den bitartean Einsteinen ikuspuntutik segundu erdia soilik pasa dela. Hori kontuan izanda, Einsteinen ikuspuntutik argia segundu erdian 300.000.000 / 2 = 150 milioi metro urrundu da beregandik, zaletuaren segunduan egindako neurketekin bat eginez.

Funtsean, hau da erlatibitatearen teoriak dakarren ondorio nagusia; eguneroko bizitza normalean absolututzat ditugun kontzeptuak, denbora kasu, erlatiboak bilakatzen dira; ez zentzu mistiko batean baizik eta zentzu praktiko eta neurgarri batean: denbora ezberdin neurtzen da ikuspuntu ezberdinetatik, eta orokorrean esan daiteke mugitzen ari den ikuspuntuan denbora mantsoago pasatzen dela geldirik dagoen ikuspuntuarekin konparatuta. Izatez, zenbat eta azkarrago mugitu, are eta mantsoago pasatzen da denbora. Baina, zergatik ez dugu denboraren erlatibitate hau eguneroko bizitzan nabaritzen? Bada orokorrean bere efektuak soilik abiadura handietan direlako nabarmenak, argiaren abiaduraren inguruan. Imagina dezakegun kotxe, abioi edo espaziuntzi azkarrena ez da iristen argiaren abiaduraren %1 izatera ere; kasu horietan erlatibitatearen efektuak ez dira nabarmenak, eta denbora absolututzat hartu dezakegu, ohikoa den bezela.

Dena den, gaur egun erabiltzen ditugun objektu elektroniko askok ez lukete funtzionatuko erlatibitatearen teoria kontuan izango ez balute, Global Positioning System (GPS) delakoa kasu. Jakina denez, GPS-ak zehaztasun ikaragarriarekin esan diezaguke lurreko ze latitude eta altitudetan aurkitzen garen, 15 bat metroko errorearekin. Gure posizioa horren zehazki eman ahal izateko, GPS-ak lurra orbitatzen duten satelite batzuetatik jasotzen ditu seinaleak. Funtsean, seinaleek satelite ezberdinetatik gure GPS aparatura iristeko behar duten denbora kalkulatzen du, datu horiek edukita gure kokapena kalkulatzeko gai baita aparatua. Satelite horien orbitatze-abiadura, ordea, 4000 m/s-koa da gutxigorabehera. Erlatibitatearen teoriaren ondorioz, satelitean dagoen erloju batek denbora mantsoago neurtzen du lur azalean dagoen erloju batekin konparatuta; zehazki, 7 mikrosegundu atzeratzen da egunero. GPSak ez balu denboraren efektu erlatibista hau kontuan hartuko, akats haundiak egingo lituzke gure kokapena kalkulatzerakoan. Izatez, akats hauek pilatzen joango lirateke denbora aurrera joan ahala, eta, egun baten ostean GPSak 10 km-ko errorea pilatuko lukegure kokapena zehazterakoan! Beraz, erlatibitatearen teoriak baditu ondorio praktiko batzuk gure eguneroko bizitzan.

Azkenik, biki bidaiariak

Heldu gara azkenik bikien bidaia azaldu ahal izatera, Mark eta Scott Kelly berriz ere adibidetzat hartuta. Erlatibitatearen teoriaren arabera, Scottentzat, espazioan Lurra orbitatzen egongo den bikiarentzat, denbora mantsoago pasako da Markentzat baino, lurrean geldituko dena. Beste era batera esanda, Scott mantsoago zahartuko da Mark baino. Dena den, gaur egungo espaziuntziek dauzkaten abiadurekin, bi bikien arteko ezberdintasunak ez dira oso handiak izango, gehienez ere Scott segundu bat gazteago izango baita bidaia bukatzerakoan. Baina etorkizunean, espaziuntziak noizbait argiaren inguruko abiaduran ibiltzeko gai izatera iristen badira, ezberdintasunak oso nabariak izan daitezke. Bitxia da, baina bikiak jaioberriak izanez gero eta bietako bat espaziuntzian bidaiatzen jarriz gero, baliteke handik denbora batera lurrera bueltatzerakoan, bikietako bat 90 urteko aitona bat izatea eta bestea ume bat besterik ez izatea oraindik.