Albert Einstein (14 de març de 1879 – 18 d’abril de 1955) va ser un científic nascut a Ulm, Alemanya, que va canviar per complet la manera com entenem l’univers gràcies a les seves teories de la relativitat especial i general.
Christopher Nolan (30 de juliol de 1970), director de cinema nascut a Londres, és conegut per fer pel·lícules que barregen ciència i emoció, com Interstellar, on mostra idees complicades de manera espectacular i fàcil d’entendre.
Primer de tot, què és la relativitat especial?
Segons la teoria de la relativitat especial d’Einstein, conceptes com l’espai, el temps, la massa, l’energia, la quantitat de moviment i totes les magnituds relacionades amb aquests no són absoluts, sinó que varien segons l’observador. Això vol dir que si jo mesuro que un objecte fa 1 metre, una altra persona el pot percebre com de 2 metres. Si per a mi un esdeveniment dura 10 segons, per a un altre en pot durar 20. I si jo determino que una massa és d’1 kg, algú més pot mesurar-la com de 2 kg. Sembla estrany, però és així de simple.
Aquestes diferències entre les mesures que fan dos observadors es deuen al fet que es mouen a velocitats diferents entre ells. Si tots dos estan en repòs l’un respecte de l’altre, no hi haurà cap diferència en les seves mesures. Però si es desplacen a velocitats molt altes l’un respecte de l’altre, començaran a aparèixer aquestes discrepàncies.
Per entendre millor aquest fenomen, cal parlar de la velocitat de la llum, un element clau en la teoria d’Einstein. Imagina’t que l’espai és com una autopista sense límit de velocitat, i que la llum és el cotxe més ràpid que pot circular-hi. És igual com sigui de potent el motor: cap objecte pot superar la velocitat de la llum, que és de gairebé 300.000 quilòmetres per segon. Per fer-nos-en una idea, aquesta velocitat equival a donar gairebé set voltes a la Terra en només un segon.
Ara bé, aquestes alteracions en el temps, l’espai o la massa només es fan evidents quan la velocitat entre observadors s’aproxima a la de la llum. És per això que, en la nostra vida quotidiana, no notem aquests efectes relativistes: ens movem a velocitats molt més baixes, i les diferències entre observadors són pràcticament inapreciables.
Quins efectes té la teoria de la relativitat en situacions extremes, com els viatges espacials?
En aquestes condicions extremes, emergeix una conseqüència fonamental de la relativitat especial: la dilatació temporal a causa del moviment.
Aquest fenomen es pot observar a la pel·lícula. Cooper li dona un rellotge a la seva filla abans de partir cap a una altra galàxia fent servir aproximadament la velocitat de la llum. Al seu retorn a la Terra, s’observa que ella ha envellit i està a punt de morir, mentre que per a Cooper només han transcorregut unes setmanes. A més, en comparar els rellotges hi ha una diferència visible en la posició de les agulles i el tic-tac és diferent. Això reforça la idea que el temps és relatiu i depèn del moviment: un viatge a alta velocitat allarga efectivament la vida pròpia del viatger respecte als qui queden enrere.
L’espai-temps i la gravetat: la relativitat general
D’altra banda, aquests exemples també es basen en els principis teòrics de la relativitat general. Aquesta teoria defensa que la gravetat està íntimament unida a l’espai i al temps. Concretament, en presència d’una massa, l’espai-temps es deforma, i qualsevol altra massa nota aquesta distorsió i es veu obligada a seguir trajectòries diferents.
Einstein va plasmar aquests conceptes amb la fórmula:
E=mc2 (1)
Aquesta relació uneix l’energia d’un cos (E) amb la seva massa (m) i la velocitat de la llum (c). A més, aquesta fórmula ens mostra que la massa no és una propietat fixa: quan un objecte s’acosta a la velocitat de la llum, la seva massa augmenta. D’aquí se’n deriva que assolir la velocitat de la llum és impossible, ja que caldria una energia infinita i, per tant, una massa infinita.
Exemple a la pel·lícula
Quan Cooper i el seu equip arriben a un planeta proper a un forat negre de gran massa, la intensa curvatura de l’espai-temps fa que el temps allà transcorri molt més lentament. Així, uns minuts al planeta esdevenen anys per als qui romanen lluny del forat negre.
Conclusions
En aquest article hem descobert com les teories de la relativitat especial i general d’Albert Einstein transformen la nostra manera d’entendre l’espai i el temps. La relativitat especial ens ensenya que conceptes com el temps, la massa i la distància no són valors absoluts, sinó que depenen del moviment de l’observador. Això queda clarament il·lustrat a Interstellar, quan Cooper viatja a gran velocitat i experimenta el temps de manera diferent a la seva filla.
A més, hem vist que aquesta teoria es basa en la velocitat de la llum, una constant universal que marca el límit màxim de qualsevol viatge. Cap objecte amb massa pot superar aquesta velocitat, ja que això requeriria una energia infinita, com mostra la fórmula (1).
Finalment, la relativitat general ens ha revelat que l’espai i el temps són entitats flexibles, que es poden deformar en presència de massa i energia. Aquesta deformació afecta el pas del temps, com es veu quan Cooper visita el planeta pròxim a un forat negre, on el temps passa molt més lentament per a ell en comparació amb la resta de l’univers.
Gràcies a Interstellar, aquestes idees, que semblen complexes, es converteixen en imatges impactants que ens ajuden a comprendre que el temps i l’espai són molt més dinàmics i sorprenents del que imaginem.
