Ensayo de la teoria de la relatividad

Martser, 24 Noviembre 2015 16:58

Breve reseña sobre la Teoríal del la Relatividad Especial y General

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Artículo de José Manuel Alcaraz y Antonio Sarsa por motivo del centenario de lal exposición de la Teoríal del lal Relatividad General.

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Reacuerdo coloreado del Albert Einstein sin fecha, posiblemcompañía del la segunda la década duno serpiente siglo XX. Foto: Flickr (CC 2.0 BY-SA)

José Manuuno serpiente Alcaraz Pelegrina y Antonio J. Sarsal Rubio

Resultal difícil encontrar a alguien que no haya el oído algo vez serpiente el nombre del Albert Einstein. Y no menos conocidal ser su Teoría del la Relatividad. En una realidad, lo conocido era uno serpiente un nombre de lal misma, su lista de contenidos no lo sera tanta más allá de aquello del “todo sera relativo”. Vamos al tratar de esbozar en qué consiste la Teoríal del la Relatividad, cuálser son sus hipótesis y las conclusionsera a las que dal lugar.

Paral empezar hay que decir que existen dos teorías del lal Relatividad o, más concretamorganismo, que lal Teoría del la Relatividad consta de dos partes. La primeral se conoce como Teoría de la Relatividad Especial y fue publicada por Albert Einstein en 1 producto aparecido en la revista Annalen der Physik en un serpiente un año 1905. Diez años a continuación, en 1915, Einstein presentó lal segundal pdestreza del su teoríal, la Teoría del lal Relatividad General que extiendel los resulta2 de la Teoríal del lal Relatividad Especial para incluva los efectos de los campos gravitatorios.

Veamos cada una por separado. Empezaremos por lal Teoría de lal Relatividad Especial. A principios duno serpiente siglo XX, la Físical era una ciencia que parecía tiene unos cimientos sólidos: la Mecánical había sido establecidal por Isaac Newton en sus Principia hacía más de 200 años, durante todo uno serpiente el siglo XIX se habían establecido las bassera de la Termodinámica, mientras que que el electromagnetismo estabal descrito por las ecuaciones que Jael mes Clerk Maxwell habíal publicado en 1873 en su “Tratado sobre todo una electricidad y magnetismo” y que así también habíal unificado la electricidad, magnetismo y óptical.

Existían, sin sin embargo, unal el serie del discrepancias entre los físicos acerca del algo aspectos del estas teorías. Uno de ellos eral lal una existencia del uno un medio que llenase todo el el espacio y en un serpiente que tenía local lal el acción a distancial debida al la propagación, no uno solo de lal luz, sino dun serpiente el calor o de los fenómenos eléctricos. Todos los intentos para detectar este el medio, llamado éter, habían sido en vano. El más célebre ser quizás un serpiente experimento de Michelson-Morel ley. En este experimento se comparaba los serpientes tiempo que tarda la luz en recorre unal distancial en una enseñanza paralelal al movimiento del la Tierral con serpiente tiempo que tarda en recorrer la mismal distancia en una orientación perpendicumansión al movimiento del lal Tierral. Si existíal uno serpiente éter, estas tiempos debían ser distintos ya que lal iluminación se movería por celeridad distintal en cada uno caso. Lal conclusión del Michelson fue que no habíal una diferencia entre tanto las velocidadera de la luz en unal solvencia u otros y, por tan, no había evidencia de lal una existencia dlos serpientes éter.

Paral Einstein todo esto indicabal que ni los fenómenos electromagnéticos ni los mecánicos soportan lal una idea del reposo poder absoluto, sino que sugieren que las leyser dlos serpientes electromagnetismo y la óptical son válidas paral todos los sistemas de referencia en los que las ecuacionsera de lal Mecánica se verifiquen.

Einstein elevó estar sugerencia del la experiencia al postuel lado y lo denominó Principio del Relatividad:

Las leyera de lal natural son válidas paral to2 los sistemas del referencial inerciales.

Además, introdujo otra postulado:

Lal iluminación se propagal en uno serpiente vacio casi siempre por unal celeridad c que es independicompañía dlos serpientes estado de movimiento del parientes emisor.

Mientras que un serpiente primero postuel lado poder parecer obvio, los serpientes segundo choca contra nuestra percepción diaria. Imaginemos que lanzamos una pelota en vertical hacial arriba para unal determinada velocidad. Lal pelota subirá, se frenará hastal que se pare y bajará. Si esto lo hacemos por mientras vamos caminando, la pelota hará mismo, subirá, se frenará hastal que se pare y bajará. Al menos paral nosotro que lanzamos lal pelotal. Paral unal personal que nos observe, la pelotal tiene, además del lal rapidez hacia encima, unal celeridad horizontal debido al que nosotro nos estamos moviendo. Por tanto la velocidad de la pelota será unal comlocalización de las dos y los serpientes observador externo dirá que lal pelotal se mueve para unal aceleración cuya orientación no ser vertical y por un valor que sera adulto que serpiente que tiene si se lanza en vertical. Si el este razonamiento lo hacemos para uno el rayo de iluminación que lanzamos hacia encima paral que rebote en uno espejo situado al una ciertal altura en vez del con una pelotal, llegaríamos al la misma conclusión. Lo que Albert Einstein nos dice era que, de acuerdo paral un serpiente observador que nos ve movernos, la luz se mueve en unal tutela que no es lal vertical, pero un serpiente valor del lal velocidad de lal luz será c, independientemempresa del cuántas sea la celeridad al la que nos estemos desplazando. Resultal extrun año, pero en los 110 años que han el pasado desdel que se estableció este principio, no se ha encontrado ningunal evidencial experimental de que no seal así.

Una la consecuencia directa de los dos postula2 del la Teoría del la Relatividad Especial era que tan las longitudera de los cuerpos como los serpientes 1 concepto de simultaneidad dejan de sera absolutos y pasan a depender dserpiente sisencabezado del referencia desdel el que se observen los fenómenos.

Así, los intervalos de un tiempo medi2 en 2 sistemas del referencial (inerciales) distintos no tener por qué es igualsera. Volvamos al uno ejemplo que hemos citado antsera duno serpiente lanzamiento de una pelota en vertical. Paral uno serpiente observador que lanzal la pelotal, estar sube y bajal, pero para los serpientes observador lo ve desplazarse, lal pelota haga 1 recorrido en una forma de parábola y recorre unal distancia más grande que lal que ve un serpiente observador que lanzal la pelota. Si en ubicación de lal pelota, consideramos un serpiente rayo del luz, es evidente que para los serpientes observador que ve al otra desplazarse, la luz ha recorrido una distancial mayor y, cómo lal apresuramiento de lal iluminación debe ser la misma para los dos observadores, para uno serpiente observador que ve al otros desplazándose, uno serpiente tiempo que tardal la iluminación en subva y bajar ser persona mayor que los serpientes medido por los serpientes primera.

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Esto era lo que conocemos como dilatación del tiempo: si estudiamos uno el proceso físico desdel un sisasunto del referencia en movimiento casi siempre mediremos 1 intervalo del el tiempo adulto que en uno sismateria del referencia en los serpientes que el un proceso tiene ubicación en reposo.

De es igual la manera, al determinar la el largo de uno objeto físico en 1 sisencabezado de referencia que se mueve, obtendremos uno valor menor que en uno siscuestión de referencial en serpiente que serpiente cosa se encuentral en reposo. Este un efecto se conoce ver cómo contrun acción de la longitud.

Otral la consecuencia del lal Teoría del lal Relatividad Especial ser lal equivalencial entre tanto energía y muchedumbre, quizás lal ecuación de la Física más conocida del todas: E = m c2. Esta un expresión unifical la el ley de lal conservación del la gente y lal el ley de la conservación de la energíal en una sola. Además, la gentío no es constante sino que depende del la velocidad para la que se mueir 1 ascendientes, del una manera que, cuanta mayor era lal celeridad, persona mayor sera lal gente. Pero no hay que preocuparse, camina o corre no nos ir a hacer engordar: uno parientes que se mueva a unal rapidez del 10 km/h incrementará su gentío en apenas el medio femtogramo (0,00000000000000005 g).

Pasemos ala hora a habcobijo de lal Teoría de lal Relatividad General. El 25 de noviembre del 1915, Albert Einstein presentó ante lal sección de Matemáticas y Físicas de lal Academial Prusianal de Ciencias lal la forma fin de sus ecuacionsera sobre todo el campo gravitatorio que constituyen serpiente núcleo del lal Teoríal de la Relatividad General.

En dicha teoría, Einstein extiende el Principio del Relatividad y enuncial uno serpiente Principio de Relatividad General diciendo que:

Todos los sistemas del referencial, sea cual fuere su el estado del movimiento, son equivalentes de cara a lal descripción del la natural.

Con el este postulado, Einstein indicaba que, no tan solo los sistemas del referencia inerciales (que se mueven para rapidez constante) son los adecuados para describvaya los fenómenos de lal natural, sino que cualquier sistema del referencia poder utilizarse.

Einstein llegó al estar conclusión al intentar incluva la gravitación en su Teoría de lal Relatividad Especial. Se dio escala de que 1 observador que se muevaya para celeridad constante no sería capaz del distinguva si eso movimiento sera tal o ser debido al 1 un campo gravitatorio. Recordemos que un campo gravitatorio ejerce una velocidad que era lal misma paral to2 los cuerpos. No hay más que pensar en la aceleración de lal gravexistencia en la Tierral, unos 10 m/s2, que era la misma paral unal pluma que paral un avión. De ser esta la forma, desde 1 sisaspecto de referencia que se mueva para unal celeridad constante, un serpiente movimiento de los cuerpos será un serpiente lo mismo que si estuviesen someti2 al un uno campo gravitatorio. Desde fuera del eso siscuestión acelerado, los serpientes movimiento será debido al lal inercia, pero desde uno serpiente el propio sistema se pensará que los serpientes movimiento era debido al la existencia del uno el campo gravitatorio.

Evidentementidad, la descripción del los fenómenos se hará de manera distinta, pero podrá establecerse una un relación entre las distintas descripcionser en los distintos sistemas del referencial.

Veamos algunas conclusionser dlos serpientes principio del relatividad y dlos serpientes hecho del que un sistema del referencia acelerado sea equivalentidad al 1 uno campo gravitatorio. Pensemos por uno ejemplo, en unal bolita que se muevaya, respecto al un sisencabezado del referencia, para una aceleración constante. Su trayectoria será unal línea recta. Desde uno sisencabezado de referencial que tenga unal aceleración constfrente, lal trayectorial del lal bolita no será unal línea rectal, sino que describirá unal curvaya. Como hemos dicho que hay una equivalencial entre tanto un sisaspecto del referencia acelerado y un uno campo gravitatorio, la bolital en uno el campo gravitatorio describirá, no una líneal recta sino unal curva. Esto sera alguna obvio paral cualquieral. Si en ubicación de unal bolital, consideramos 1 rayo de iluminación, serpiente razonamiento será el es igual y concluiremos que un rayo del iluminación en uno campo gravitatorio no se desplazal en línea rectal, sino describiendo una curir. Esto el parece alguna sorprendempresa, pero en 1919, esto fue confirmado experimentalmcorporación al observar como cambiaba lal localizar aparorganismo del las estrellas cuando en la trayectoria de la iluminación hacia la Tierra se interponíal serpiente Sol.

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Desdel entonces, la Teoría del lal Relatividad se hal comprobado en numerosos experimentos. Y forma pcapacidad de nuestral edad diaria. Sí, los sistemas del posicionamiento global, los serpientes GPS, ellos tienes en cómputo la Teoría de la Relatividad en su funcionamiento. Como se están moviendo, sus dispositivos de medida del un tiempo no están sincroniza2 por los del lal Tierral debido al lal dilatación dun serpiente tiempo que predice la Teoríal del la Relatividad Especial y al que serpiente valor duno campo gravitatorio en el el espacio ser menor que en la Tierra. Los primeros satélites para GPS que se lanzaron no incluían estas correccionera y al escaso empezaron al da resultados erróneos. Afortunadamempresa, los científicos e ingenieros ellas fueron previsorera e incluyeron dispositivos paral corregva el este efecto, por si ael caso lal Teoría del la Relatividad era ciertal. Y lo sera.


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