Foto Pexels-Ingo Joseph
Una constatación palpable de la relatividad viene dada por una aplicación tecnológica de uso generalizado y diario en nuestra sociedad, como es el uso de la navegación y posicionamiento por satélite, el famoso sistema GPS (Acrónimo de Global Positioning System, o Sistema de Posicionamiento Global).
Para poder dar un servicio de tiempo y posición lo más exacto posible, el reloj atómico a bordo de los satélites GPS debe tener una precisión exquisita de 20-30 nanosegundos (o 20-30 milmillonésimas de segundo). Sin embargo, debido a que los satélites están en constante movimiento con relación a los observadores en la Tierra, los efectos predichos por las teorías especial y general de la relatividad se deben tener en cuenta para lograr la precisión deseada. Debido a que un observador en tierra ve a los satélites en rápido movimiento con respecto a él (a muchos miles de kilómetros por hora), la relatividad especial señala que deberíamos ver sus relojes moviéndose más lentamente que los emplazados en tierra, en concreto unos 7 microsegundos por día debido al efecto de esta dilatación temporal.
Además, los satélites de GPS orbitan a unos 20 000 km por encima de la Tierra, donde la curvatura del espacio-tiempo debido a la masa de nuestro planeta es menor de lo que está en su superficie. Así, una predicción de la relatividad general es que los relojes más cerca de un objeto masivo parecen moverse más lentamente que los situados más lejos. Un cálculo utilizando la relatividad general predice que los relojes de cada satélite GPS deben ir por delante de los relojes basados en tierra unos 45 microsegundos por día.
La combinación de estos dos efectos, el del retraso del tiempo por la relatividad especial (-7 microsegundos), y el adelanto por la relatividad general (+45 microsegundos), significa que los relojes a bordo de cada satélite deberían marcar más rápido que los relojes idénticos en tierra unos 38 microsegundos por día (45-7 = 38). Esto parece muy poco, pero como se ha mencionado, la alta precisión necesaria para el sistema GPS exige una exactitud de 20-30 nanosegundos, y 38 microsegundos son nada menos que 38 000 nanosegundos, mil veces más que la precisión requerida.
De hecho, si no se efectuara esta corrección relativista, los errores de posición y tiempo se acumularían, y de un día para otro superarían los dos minutos de tiempo y varios kilómetros de posición (!). Sin Einstein, los GPS simplemente no funcionarían, y sería imposible llegar a nuestros destinos… Y al mismo tiempo, este hecho cotidiano es una demostración irrefutable de las teorías de la relatividad especial y general.
Un modelo de un satélite GPS. Foto USAF
Autor texto: Ángel Gómez Roldán
Director y Editor de la revista Astronomía
