La Relatividad Especial cuestiona la naturaleza misma del espacio y el tiempo y, por extensión, el concepto de simultaneidad que damos por sentado en la física newtoniana. Por eso la relatividad especial fue tan revolucionaria. Cuestionó lo que se consideró “lo obvio” incluso por grandes mentes durante unos 200 años.
El genio de Einstein reside en reconocer, cuestionar y explorar ciertas ideas fundamentales sobre el espacio y el tiempo, en particular, junto con otras ideas clave que conducen al desarrollo de teorías especiales y generales de la relatividad. (También ayudó a sentar las bases de la mecánica cuántica, aunque tuvo problemas para lidiar con el aspecto no determinista de la disciplina).
La relatividad especial nos muestra que nuestra intuición no siempre es correcta, y específicamente que no es correcta para fenómenos cercanos a la velocidad de la luz en el vacío. Este valor se denota c y es casi exactamente 300 millones de metros por segundo. La física newtoniana es una aproximación que funciona bien a velocidades diarias, pero no se extrapola a velocidades que se acercan más a c. La relatividad parece extraña y extraña, precisamente se convierte en nuestra intuición, es decir, el “sentido común” se basa en fenómenos que son mucho menos que c. (“Luz” es un término general para la radiación electromagnética, de la cual la luz visible es una pequeña parte).
Suposiciones implícitas de la física newtoniana (que fue esencialmente incuestionable durante unos 200 años)
- ¿Cómo es tener una enfermedad física que no puede ser explicada por los médicos o la ciencia?
- ¿Cómo arde el fuego en gravedad cero?
- ¿Qué tan diferente sería nuestro mundo sin Einstein y Steve Jobs?
- ¿Conoces a alguien que mejoró drásticamente su poder de memoria drásticamente?
- ¿Cuál es el nombre científico de las personas?
Lo siguiente se aplica a los observadores en movimiento relativo uniforme (la misma velocidad relativa que se ven entre sí, como dos autos que se mueven en tándem a lo largo de una carretera recta; este tipo de movimiento también se conoce como velocidad relativa constante, ya que la velocidad es la velocidad en una dirección dada):
(i) El espacio es absoluto. Específicamente, los intervalos de longitud son los mismos.
(ii) El tiempo es absoluto, fluye a la misma velocidad. Los relojes inicialmente sincronizados funcionan al mismo ritmo. (Si cada observador inicia su reloj al mismo tiempo, seguirá marcando el mismo ritmo y, por lo tanto, mostrará la misma hora a partir de entonces).
La cosmovisión de la relatividad especial.
En la relatividad especial, ambos se muestran incorrectos: los intervalos de espacio y tiempo no son los mismos para todos. Aquí es donde entra el término “relatividad”: los valores de las mediciones son relativos al observador. En lugar de utilizar las ideas de espacio y tiempo por separado, la relatividad especial presenta los sucesos (“eventos”) en términos de coordenadas de espacio-tiempo, dónde y cuándo sucede algo. Las ocurrencias que parecen aparecer en el mismo lugar al mismo tiempo, no son necesariamente simultáneas para todos los demás. De hecho, esta noción de simultaneidad es un concepto clave que separa la relatividad especial de la mecánica newtoniana.
Sin embargo, aunque la duración y los intervalos de tiempo entre los mismos dos eventos son diferentes según lo medido por diferentes observadores, hay una excepción a la noción de valores relativos: el valor de c es el mismo para todos los observadores que se mueven a velocidades relativas constantes. Además, c es la velocidad máxima alcanzable en el universo. La mecánica newtoniana no impone tal límite de velocidad. Por lo tanto, la relatividad especial revisa las ideas de espacio, tiempo y luz que se pensaban eran tan obvias que prácticamente no se cuestionaron hasta entonces. (Aunque los contemporáneos de Einstein, Poincaré y Lorentz pensaron en este sentido y obtuvieron algunos resultados importantes, ninguno de los dos logró una teoría revolucionaria a la Einstein).
Algunas de las consecuencias más conocidas de la relatividad especial son la dilatación del tiempo (“los relojes en movimiento son lentos” en el lenguaje popular) la contracción de la longitud (“las varillas en movimiento aparecen más cortas en la dirección del movimiento”) y el aumento de masa (“los objetos en movimiento parecen más pesados” ). Por supuesto, en el lenguaje de la relatividad especial uno tiene cuidado de decir “los relojes que se mueven a una velocidad constante en relación con un observador particular …” etc. etc., porque toda la idea detrás de la relatividad especial es que no hay un movimiento absoluto ni un estado de descanso absoluto. Las predicciones anteriores y otras relacionadas con la energía y el impulso se han verificado en aceleradores de partículas, por ejemplo.
Y, por supuesto, el más famoso de todos es que una pequeña cantidad de masa se puede convertir en una enorme cantidad de energía, de acuerdo con E = mc ^ 2. Como consecuencia de esto, todos nosotros estamos aquí en la Tierra, porque el Sol es un reactor nuclear gigante que produce energía al convertir los protones en núcleos de helio, con el pequeño déficit de masa en cada reacción que termina como energía.
Una breve descripción de la relatividad general:
La relatividad general extiende la teoría anterior a los observadores acelerados. La idea más importante detrás de esta teoría es que la gravitación es la curvatura del espacio-tiempo. El “tejido” del espacio-tiempo se distorsiona por la presencia de energía y materia incrustada en él. (Piense en el tramo de un trampolín tenso distorsionado por los objetos pesados colocados sobre él). Esto es lo que otro objeto cercano experimenta como atracción gravitacional.