Física

Una introducción simplificada a la teoría de la relatividad de Einstein

Una introducción simplificada a la teoría de la relatividad de Einstein

No tengas miedo, por más compleja que parezca la Teoría de la Relatividad; es sorprendentemente simple. En este breve artículo, intentaremos explicar lo que propone Einstein para darle una idea. Entonces, sin más preámbulos, aquí está nuestra explicación simplificada de la Teoría de la Relatividad.

Tecnicamente hablando

Cuando nos referimos a la "Teoría de la Relatividad", lo que realmente queremos decir es relatividad general. La relatividad especial es un "caso especial" de la relatividad general. La combinación de estos dos principios ayuda a explicar muchos temas que varían desde el movimiento de los planetas, el efecto de la gravedad sobre la luz hasta la existencia de agujeros negros.

La relatividad especial establece que las leyes de la física y, por tanto, el universo es el mismo para todos los observadores igualmente "rápidos". En el vacío del espacio, la velocidad de la luz es una constante independiente de cualquier observador.

Pero, ¿qué pasa con la aceleración y la gravedad? Einstein pasó una década reflexionando sobre esto. En 1915, produjo triunfalmente su Teoría general de la relatividad. Determinó que los objetos masivos en el espacio causarán deformaciones o distorsiones del espacio-tiempo que todos "sentimos" como gravedad.

Pensar más allá

Einstein, con su inusual forma de pensar, asumió que las observaciones experimentales eran correctas. Esto fue todo lo contrario de los pensamientos de sus contemporáneos. A finales del siglo XIX, todos los físicos buscaban algo llamado "éter". Se creía que el éter era el medio por el que viajaba la luz. Se había convertido, en esencia, en la búsqueda del santo grial. Einstein se dio cuenta de que la obsesión de sus compañeros con la tarea se interponía en el camino del progreso. Su solución fue simplemente eliminarlo de la ecuación. Supuso que las leyes de la física funcionarían independientemente de cómo se movieran las cosas. Una estrategia que no contradice lo que han revelado los datos experimentales y matemáticos.

En 1905, Albert Einstein desarrolló su Teoría especial de la relatividad. Su obra pionera invalida siglos de pensamiento científico aceptado, además de cambiar la forma en que percibimos el mundo que nos rodea.

Como su nombre indica, esta teoría solo es aplicable para casos especiales, es decir, cuando ambos objetos se mueven con velocidad constante o uniforme.

Einstein explicó que el movimiento relativo de dos objetos debería ser el marco de referencia en lugar de un sistema de referencia "etérico" esotérico externo. A modo de ejemplo, supongamos que eres un astronauta en una nave espacial, observando otra nave espacial a distancia. Lo único que importa es la rapidez con la que usted y su objetivo observado se mueven entre sí. Sin embargo, un inconveniente es que la relatividad especial solo se aplica si viajas en línea recta y no aceleras. Si se produce una aceleración, es necesario aplicar la relatividad general.

La teoría se basa en dos principios fundamentales:

Relatividad - Las leyes de la física no cambian. Incluso para objetos que se mueven a inercia, marcos de referencia de velocidad constante.

La velocidad de la luz - Es igual para todos los observadores independientemente de su movimiento relativo a la fuente de luz.

El trabajo de Einstein crea un vínculo fundamental entre el tiempo y el espacio. Visualizamos intuitivamente el universo como tridimensional (arriba y abajo, izquierda y derecha, adelante y atrás) pero también con un componente o dimensión de tiempo. La combinación de estos crea el entorno 4-D que experimentamos.

Si se moviera lo suficientemente rápido a través del espacio, cualquier observación que hiciera sobre el espacio y el tiempo sería diferente a cualquier otra persona que se mueva a una velocidad diferente a la suya. A medida que aumentara la diferencia entre velocidades, también lo harían las diferencias observadas.

Todo es relativo

Ahora, imagina que estás en una nave espacial con un láser en la mano. El rayo láser se dispara directamente hacia el techo, golpea un espejo y se refleja en el suelo hacia un detector. Recuerde ahora que la nave está en movimiento, digamos aproximadamente a la mitad de la velocidad de la luz. La relatividad afirma que este movimiento no hace ninguna diferencia para ti, no puedes "sentirlo" (como en la Tierra, ya que gira sobre su eje y se precipita por el espacio alrededor del sol).

Pero aquí viene el giro:

Un observador externo, sin embargo, presenciaría algo muy diferente. Si pudieran "ver" en su nave, notarían que el rayo láser viaja "hacia arriba" en un ángulo, golpea el espejo y luego viaja hacia abajo nuevamente en otro ángulo para golpear el detector. El observador notaría que la trayectoria de la luz sería más larga y en un ángulo más pronunciado de lo que observaría en su nave. Más importante aún, el tiempo que tarda el láser en llegar al detector sería diferente. Dado que la velocidad de la luz es constante, ¿cómo pueden ambos llegar a la misma conclusión que prueba esta teoría? Claramente, el paso del tiempo debe ser diferente para ti y para el observador externo.

¿Que demonios? Este fenómeno se conoce como dilatación del tiempo. En el ejemplo anterior, el tiempo debe "moverse" más rápido para usted en comparación con el del observador más lento. Este simple ejemplo nos permite visualizar la teoría de la relatividad de Einstein, según la cual el espacio y el tiempo están íntimamente relacionados.

Como puede imaginar, una variación tan extrema en el paso del tiempo solo se notaría apreciablemente a velocidades muy grandes, especialmente cercanas a la velocidad de la luz. La experimentación llevada a cabo desde las revelaciones de Einstein ha validado su teoría. El tiempo y el espacio se perciben de manera diferente para los objetos que se mueven cerca de la velocidad de la luz.

Masa, energía y velocidad de la luz.

Einstein ciertamente no se durmió en los laureles. También en 1905, aplicó sus principios de relatividad para producir la famosa ecuación e = mc2. Esta ecuación inocuamente simple expresa la relación fundamental entre masa (m) y energía (e). Con buena pinta.

Esta pequeña ecuación encontró que a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, c, los objetos se forman globos. Entonces puedes viajar muy rápido, pero tu masa aumenta en relación con tu velocidad. Gorrón. En su extremo, si viajaras a la velocidad de la luz, tanto tu energía como tu masa serían infinitas. Como ya sabe, cuanto más pesado es el objeto, más duro es; por tanto, se necesita más energía para acelerarlo. Entonces, de esta manera, es imposible exceder la velocidad de la luz.

El legado de Einstein

Hasta Einstein, la masa y la energía se consideraban cosas completamente separadas. Su trabajo demostró que los principios de conservación de masa y energía son parte de una conservación más grande y unificada de masa-energía. La materia, por tanto, puede convertirse en energía y viceversa debido a la conexión fundamental entre ellos. Eso es, francamente, asombroso.

Para resumir, en primer lugar, no hay un marco de referencia "absoluto", de ahí el uso del término "relatividad". En segundo lugar, la velocidad de la luz es constante para quien la mida, esté en movimiento o no, lo sé, ¿verdad? Por último, la velocidad de la luz no se puede superar, es el "límite de velocidad" universal.

¿Entendido? Excelente. ¿No? No se preocupe si no lo hizo, es, por su propia naturaleza, contraintuitivo. Los mayores descubrimientos de la ciencia se encuentran a menudo en ámbitos fuera de nuestro "sentido común".

Vía dummies.com

Ver el vídeo: La Teoría de Relatividad General de Einstein (Octubre 2020).