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martes, 22 de febrero de 2011

Teoría de la relatividad especial

Este artículo, sobre la teoría de la relatividad especial, se recibió por Annalen der Physik el 30 de junio y fue publicado el 26 de septiembre. Electrodinámica de los cuerpos en movimiento lo intituló Einstein.

En general, el Principio de Relatividad se conocía mucho tiempo antes. Se sabía desde los tiempos de Galileo y Newton que los objetos se comportan de la misma forma cuando están en reposo que cuando se mueven con velocidad uniforme (constante). En 1632, Galileo había sugerido que, en tales condiciones, todas las leyes de la física son las mismas. Newton, en el siglo XVII, aplicó el Principio de la Relatividad a las leyes de la mecánica.

Sin embargo, de acuerdo a la teoría electromagnética desarrollada por Maxwell y Lorentz, la luz no seguía este principio, es decir, la teoría predecía que las medidas de la luz se verían afectadas por el movimiento de la fuente. Pero ningún efecto se había detectado, en todos los casos resultaba que la luz no variaba.

La situación era terrible porque si el Principio se aplicaba solo a los fenómenos mecánicos, entonces Maxwell estaría equivocado pero, si se aplicaba solo a los fenómenos electromagnéticos, el que estaría equivocado sería Newton y, eso, estaba igual de mal o peor.

De acuerdo a las ecuaciones de Maxwell, la radiación electromagnética se mueve a través del espacio en forma de ondas. En esa época, los físicos pensaban que debía haber un medio a través del cual ocurriera ese movimiento, algo equivalente a las ondas del sonido que se mueven a través del aire. Entonces, inventaron al llamado éter, mismo que nunca fue encontrado pues no existe. En todos los experimentos realizados se ha demostrado que la velocidad de la luz es siempre la misma; en el vacío son 300 mil kilómetros por segundo.

Einstein dijo una vez que, cuando empezó a pensar en la teoría de la relatividad se ponía muy nervioso. “Solía estar durante aquellas semanas en un estado de confusión”, dijo. Pero no, Einstein pensaba congruentemente en el asunto desde hacía al menos 10 años y estaba convencido que el Principio de la Relatividad debía aplicarse a todos los fenómenos sean mecánicos o electromagnéticos.

Efectivamente, con la nueva teoría de Einstein fue posible explicar la aparente incompatibilidad de la mecánica con el electromagnetismo. Los postulados de la relatividad (especial) de Einstein son dos: 1- Las leyes de la naturaleza son válidas en todos los marcos de referencia inerciales, 2- La velocidad de la luz es una constante. El segundo postulado implica que la velocidad de la luz es siempre la misma no importando con que velocidad se muevan los observadores; y, el tiempo, se apreciará más lento cuando alguien se aproxime a la velocidad de la luz.

La teoría de Einstein conocida como Teoría Especial (o restringida) de la Relatividad se basa en un nuevo concepto del espacio y del tiempo. En breve descripción, para Newton, el tiempo y el espacio eran absolutos; para Einstein, ambos son relativos. Más aún, Einstein unificó esos conceptos en uno solo, el espacio-tiempo. Espacio y tiempo dejaron de ser conceptos separados; hoy, vivimos en un espacio-tiempo de 4 dimensiones.

Para arribar a sus conclusiones, Einstein descartó al éter lo que no hicieron otros relativistas como Henri Poincaré. Entonces, al eliminar al éter, fue posible explicar la mecánica de Newton y el electromagnetismo de Maxwell, pero solamente para cuerpos en movimiento uniforme, es decir, aquellos que se mueven en línea recta a velocidades constantes. Por eso, a esta teoría se le llama restringida o especial. Para explicar el movimiento del mundo real, en el cual los cuerpos cambian de velocidad y dirección, es decir, están sujetos a una aceleración la principal de las cuales es la gravedad, Einstein formuló en 1915 la teoría general de la relatividad.


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