Si mi hermano gemelo viaja a la velocidad de la luz a una estrella, cuando vuelva ¿soy más viejo que él?

En realidad, no es necesario que uno de los gemelos viaje a la velocidad de luz, puede hacerlo a cualquier velocidad, pero sólo se puede medir el efecto a velocidades llamadas relativistas, es decir, cercanas o al menos comparables a la de la luz.

Según la mecánica clásica, toda aceleración se traduce en un aumento de velocidad. Aplicando una aceleración constante, y con tiempo suficiente, se podrían alcanzar velocidades infinitas. Sin embargo, según la teoría de la Relatividad, la máxima velocidad que puede alcanzar un cuerpo con masa es la de la luz, que ronda los 300.000 km/s (es un poco menor). Pero más importante que esto es que la luz, en vacío, siempre viaja a esa velocidad. Eso plantea el siguiente problema: supongamos que viajamos en una nave espacial a la mitad de la velocidad de la luz y encendemos una linterna; la luz viaja a 300.000 km/s respecto del astronauta que va en la nave, pero para alguien que está fuera de la nave, en reposo, debería viajar a 300.000 km/s más la velocidad que lleva la nave, es decir, los fotones deberían ir a 450.000 km/s. Sin embargo, la Teoría de la Relatividad prohíbe expresamente esto: para ambos observadores, la luz viaja a 300.000 km/s.

Esto sólo puede explicarse admitiendo que el tiempo y el espacio no son absolutos, sino que dependen del observador. A bajas velocidades apenas habría diferencia en cuanto a la percepción del tiempo y el espacio, pero a velocidades diferentes ya es otro tema. Einstein demostró que el tiempo transcurre más lentamente para alguien que viaje a velocidades cercanas a la de la luz. El astronauta, que se encuentra en esta situación, no lo nota, piensa que su tiempo transcurre bien, pero para ello toma como referencia el reloj que lleva consigo. Si contamos el tiempo con el reloj del gemelo en tierra, sus movimientos son mucho más lentos que los de su gemelo en reposo. Por su parte, según el reloj del gemelo en la nave espacial, los habitantes de la Tierra se mueven con demasiada rapidez.

Consecuencia: un año en la Tierra equivale a menos de un año en la nave espacial. Así, desde el punto de vista de la Tierra, pueden pasar cinco años desde que la nave salió hasta que regresó, mientras que para el astronauta sólo han pasado cuatro años. Este no es un efecto óptico ni un proceso de rejuvenecimiento, sino algo real: el tiempo ha transcurrido de manera diferente para ambos observadores.

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