Teoría de la relatividad de Einstein

La teoría de la relatividad de Einstein es una teoría famosa, pero se entiende poco. La teoría de la relatividad se refiere a dos elementos diferentes de la misma teoría: la relatividad general y la relatividad especial. La teoría de la relatividad especial se introdujo primero y luego se consideró como un caso especial de la teoría más completa de la relatividad general..

La relatividad general es una teoría de la gravitación que Albert Einstein desarrolló entre 1907 y 1915, con contribuciones de muchos otros después de 1915..

Teoría de los conceptos de relatividad

La teoría de la relatividad de Einstein incluye el interfuncionamiento de varios conceptos diferentes, que incluyen:

• La teoría de la relatividad especial de Einstein - comportamiento localizado de objetos en marcos de referencia inerciales, generalmente solo relevante a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz
• Transformaciones de Lorentz - Las ecuaciones de transformación utilizadas para calcular los cambios de coordenadas bajo relatividad especial
• La teoría de la relatividad general de Einstein - La teoría más completa, que trata la gravedad como un fenómeno geométrico de un sistema de coordenadas de espacio-tiempo curvado, que también incluye marcos de referencia no inerciales (es decir, acelerados)
• Principios Fundamentales de Relatividad

¿Qué es la relatividad??

La relatividad clásica (definida inicialmente por Galileo Galilei y refinada por Sir Isaac Newton) implica una transformación simple entre un objeto en movimiento y un observador en otro marco de referencia inercial. Si está caminando en un tren en movimiento, y alguien que está parado en el suelo está mirando, su velocidad relativa al observador será la suma de su velocidad relativa al tren y la velocidad del tren relativa al observador. Estás en un marco de referencia inercial, el tren en sí (y cualquier persona sentada en él) está en otro, y el observador está en otro.

El problema con esto es que se creía que la luz, en la mayoría de los años 1800, se propagaba como una onda a través de una sustancia universal conocida como el éter, que habría contado como un marco de referencia separado (similar al tren en el ejemplo anterior) ) Sin embargo, el famoso experimento de Michelson-Morley no pudo detectar el movimiento de la Tierra en relación con el éter y nadie pudo explicar por qué. Algo estaba mal con la interpretación clásica de la relatividad, ya que se aplicaba a la luz ... y, por lo tanto, el campo estaba listo para una nueva interpretación cuando apareció Einstein.

Introducción a la relatividad especial

En 1905, Albert Einstein publicó (entre otras cosas) un artículo titulado "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" en la revista Annalen der Physik. El artículo presentó la teoría de la relatividad especial, basada en dos postulados:

Postulados de Einstein

Principio de relatividad (primer postulado): Las leyes de la física son las mismas para todos los marcos de referencia inerciales..

Principio de constancia de la velocidad de la luz (segundo postulado): La luz siempre se propaga a través de un vacío (es decir, un espacio vacío o "espacio libre") a una velocidad definida, c, que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor.

En realidad, el artículo presenta una formulación matemática más formal de los postulados. La redacción de los postulados es ligeramente diferente de un libro de texto a otro debido a problemas de traducción, del alemán matemático al inglés comprensible.

El segundo postulado a menudo se escribe erróneamente para incluir que la velocidad de la luz en el vacío es C en todos los marcos de referencia. Esto es en realidad un resultado derivado de los dos postulados, en lugar de ser parte del segundo postulado..

El primer postulado es más o menos sentido común. El segundo postulado, sin embargo, fue la revolución. Einstein ya había introducido la teoría fotónica de la luz en su artículo sobre el efecto fotoeléctrico (que hacía innecesario el éter). El segundo postulado, por lo tanto, fue una consecuencia de los fotones sin masa moviéndose a la velocidad C en un aspirador. El éter ya no tenía un papel especial como marco de referencia inercial "absoluto", por lo que no solo era innecesario, sino cualitativamente inútil bajo una relatividad especial..

En cuanto al papel en sí, el objetivo era conciliar las ecuaciones de Maxwell para la electricidad y el magnetismo con el movimiento de los electrones cerca de la velocidad de la luz. El resultado del trabajo de Einstein fue introducir nuevas transformaciones de coordenadas, llamadas transformaciones de Lorentz, entre marcos de referencia inerciales. A bajas velocidades, estas transformaciones fueron esencialmente idénticas al modelo clásico, pero a altas velocidades, cercanas a la velocidad de la luz, produjeron resultados radicalmente diferentes..

Efectos de la relatividad especial

La relatividad especial produce varias consecuencias al aplicar transformaciones de Lorentz a altas velocidades (cerca de la velocidad de la luz). Entre ellos están: