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Teoría de la Relatividad para los Humedales
Albert Einstein
El espacio y el tiempo son uno, hay una conexión entre la masa y la energía – una relatividad especial, que a principios del siglo pasado revocó las ideas generalmente aceptadas sobre el mundo, sigue excitando las mentes y los corazones de las personas.
En 1905, Albert Einstein publicó la Teoría Especial de la Relatividad (SRT), que explicó cómo interpretar los movimientos entre diferentes marcos inerciales de referencia – simplemente poner, objetos que se mueven a una velocidad constante con respecto a los demás.
Einstein explicó que cuando dos objetos se mueven a una velocidad constante, uno debe considerar su movimiento relativo uno al otro en lugar de aceptar uno como un marco de referencia absoluto.
Así que si dos astronautas, usted y, digamos, Herman, están volando dos naves espaciales y quieren comparar sus observaciones, lo único que necesita saber es su velocidad relativa entre sí.
La relatividad especial considera sólo un caso especial (de ahí el nombre) en el que la moción es recta y uniforme.
Si el cuerpo material se acelera o se hace a un lado, las leyes de la TRS ya no se aplican. Luego entra en vigor la teoría general de la relatividad (GRT), que explica los movimientos de los cuerpos materiales en el caso general.
La teoría de Einstein se basa en dos principios básicos:
- 1. El Principio de la Relatividad: Las leyes físicas se conservan incluso para los cuerpos que son sistemas de referencia inerciales, es decir, moviéndose a una velocidad constante relativa entre sí.
- 2. La velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, independientemente de su velocidad con respecto a la fuente de luz. (Los físicos denotan la velocidad de la luz por la letra c.)
Albert Einstein fue uno de los primeros en construir una nueva teoría basada en nuevos datos experimentales.
A finales del siglo XIX, los físicos estaban en busca del misterioso éter, un medio en el que, según supuestos convencionales, las ondas ligeras, como las ondas acústicas, deben propagarse, para la propagación del aire necesario, u otro medio – sólido, líquido o gaseoso.
La creencia en la existencia del éter llevó a la creencia de que la velocidad de la luz debe variar con la velocidad del observador en relación con el éter.
Albert Einstein abandonó el concepto de éter y sugirió que todas las leyes físicas, incluyendo la velocidad de la luz, permanecen sin cambios independientemente de la velocidad del observador - como mostraron los experimentos.
La homogeneidad del espacio y del tiempo en el SRT de Einstein postula una relación fundamental entre el espacio y el tiempo. Se sabe que el universo material tiene tres dimensiones espaciales: arriba hacia abajo, derecha a izquierda y trasera. Se añade otra dimensión: una dimensión temporal. Juntos, estas cuatro dimensiones conforman el continuo espacio-tiempo.
Si usted se mueve a alta velocidad, sus observaciones de espacio y tiempo serán diferentes de las de otras personas que se mueven a una velocidad más baja.
La imagen muestra un experimento de pensamiento que ayudará a entender esta idea.
Imagínate que estás en una nave espacial, en manos de un láser, con la que envías rayos de luz al techo, que es espejo fijo. Luz, reflejada, cae en el detector, que los registra.
En la parte superior, enviaste una viga de luz al techo, rebotó y cayó verticalmente sobre el detector. A continuación - para Herman, su rayo de luz se mueve diagonalmente al techo y luego diagonalmente al detector.
Digamos que su barco se mueve a una velocidad constante igual a la mitad de la velocidad de la luz (0.5c). Según la SRT de Einstein, no le importa, ni siquiera nota su movimiento.
Sin embargo, Herman, mirándote de la nave estelar de reposo, verá una imagen completamente diferente. Desde su punto de vista, un rayo de luz pasará diagonalmente al espejo en el techo, reflexione de él y caerá diagonalmente en el detector.
En otras palabras, la trayectoria del haz de luz para usted y Hermann se verá diferente y su longitud será diferente. La longitud del tiempo toma un rayo láser para viajar la distancia al espejo y el detector será diferente.
Este fenómeno se llama dilatación del tiempo: el tiempo en una nave estelar que se mueve a alta velocidad, desde el punto de vista de un observador en la Tierra, fluye mucho más lento.
Este ejemplo, así como muchos otros, demuestra claramente la inextricable conexión entre espacio y tiempo. Esta conexión es evidente para el observador sólo cuando se trata de altas velocidades cerca de la velocidad de la luz.
Experimentos desde que Einstein publicó su gran teoría han confirmado que el espacio y el tiempo son realmente percibidos de manera diferente dependiendo de la velocidad del movimiento de los objetos.
En su famoso artículo publicado en 1905, Einstein combinaba masa y energía en una fórmula simple que desde entonces ha sido conocida por todos los escolares: E=mc^2.
Según la teoría del gran físico, cuando la velocidad de un cuerpo material aumenta, acercándose a la velocidad de la luz, su masa también aumenta. Es decir, cuanto más rápido se mueve un objeto, más pesado se convierte. Cuando se alcanza la velocidad de la luz, la masa del cuerpo, así como su energía, se vuelve infinita.
Cuanto más pesado es el cuerpo, más difícil es aumentar su velocidad; se requiere una cantidad infinita de energía para acelerar un cuerpo de masa infinita, por lo que es imposible que los objetos materiales alcancen la velocidad de la luz.
Antes de Einstein, los conceptos de masa y energía en la física se consideraron por separado. El científico brillante demostró que la ley de conservación de masas, como la ley de conservación de la energía, son partes de una ley más general de energía masiva.
Debido a la conexión fundamental entre estos dos conceptos, la materia puede convertirse en energía, y viceversa – energía en materia.
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