¿Qué es la relatividad?

El término & # 39; relatividad & # 39; hoy generalmente involucra la teoría de la relatividad de Einstein. Si le preguntas a alguien « ¿qué es la relatividad? La respuesta a menudo sería que este es un movimiento relativo que encontró Einstein. Pero no.

Galileo Galilei (1632)

Galileo Galilei describió por primera vez & quot; el principio de relatividad & quot; en 1632 en su « Diálogo sobre los dos principales sistemas mundiales ». Galileo utilizó el ejemplo de un barco que viaja a velocidad constante, sin volcarse, en un mar tranquilo; Ningún observador que realice experimentos de movimiento debajo del puente podría decir si la nave estaba en movimiento o estacionaria.

Esto llevó a Galileo a declarar que las leyes de la física son las mismas en cualquier sistema que se mueve a velocidad constante en línea recta, independientemente de su velocidad o su dirección particular. Por lo tanto, no hay movimiento absoluto o descanso absoluto.

Fue una visión general de gran alcance y bastante visionaria de Galileo, más de dos siglos antes de su tiempo. El principio a veces se llama & quot; Relatividad galileana ».

Sir Isaac Newton (1687)

El trabajo de Galileo proporcionó el marco básico para las tres leyes de movimiento de Sir Isaac Newton, publicado en su monumental trabajo de 1687, ahora conocido como los « Principia ». Por lo tanto, el principio de relatividad de Galileo también se llama a veces, quizás erróneamente, «relatividad newtoniana». & # 39 ;.

Las tres leyes del movimiento de Newton se pueden describir brevemente de la siguiente manera:

(i) Un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo y un objeto en movimiento uniforme tiende a permanecer en movimiento uniforme, a menos que esté sujeto a una fuerza externa.

(ii) La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

(iii) Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta.

Por importantes que sean estas leyes, de alguna manera han retrocedido de la relatividad galileana. Newton dijo que sus leyes estaban en el « espacio absoluto », lo que significa que debe haber movimiento absoluto y descanso absoluto. Esto se debió en parte a la visión del tiempo cuando, en un espacio vacío, la luz viaja a una velocidad constante a través de un medio invisible llamado « éter ».

Galileo no creía en el movimiento absoluto, pero al igual que Newton, creía en un tiempo universal que es el mismo para cada sistema de referencia con movimiento uniforme (llamado « marco inercial »), cualquiera sea su velocidad.

Albert Einstein (1905)

En lo que respecta al tiempo universal, Einstein difiere de Galileo y Newton. En su artículo revolucionario de 1905, « Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento », abandonó el tiempo universal y postuló que cada chasis inercial tiene su propio tiempo único.

Einstein reafirmó el principio de la relatividad de Galileo, donde las leyes de la física son las mismas en cada marco inercial, sea cual sea su velocidad o su dirección particular. La visión de Einstein en 1905 extendió la relatividad galileana bajo un aspecto crucial: la velocidad de la luz en el espacio libre (símbolo c) es la misma en cada marco de referencia inercial, sea cual sea su movimiento.

Por cierto, Galileo también pensó que la velocidad de la luz es la misma en todos los cuadros inerciales, pero eso es solo porque sintió que la velocidad de la luz era casi infinitamente grande. Si tomas las ecuaciones especiales de relatividad de Einstein y configuras la velocidad de la luz al infinito, terminas con el principio de relatividad de Galileo. En cierto modo, Galileo y Einstein estaban más cerca en sus principios de movimiento que Newton y Einstein.

Newton (como Einstein) sabía que la luz tenía una velocidad finita y medible. Newton, sin embargo, argumentó (erróneamente) que la velocidad de la luz es constante solo en el espacio absoluto, lo que significa que debe tener valores diferentes en comparación con la meta en movimiento. Si Newton tuviera razón, la velocidad de la luz habría sido diferente en diferentes direcciones dentro de un chasis inercial móvil. Esto ha sido descartado por experimentos.

Einstein postuló que la naturaleza relativa del movimiento y el tiempo dicta que todos los cuadros inerciales medirán la misma velocidad constante de la luz en todas las direcciones. Los experimentos han confirmado este punto de vista. Los principios de la relatividad especial de Einstein se pueden resumir brevemente de la siguiente manera:

i) No hay espacio absoluto ni movimiento absoluto observable.

ii) No hay tiempo universal. Cada chasis inercial tiene su propio tiempo.

iii) Las leyes de la física son las mismas en cada marco inercial.

iv) La velocidad medida de la luz es independiente del movimiento relativo.

Estos cuatro principios implican que las mediciones de tiempo y distancia difieren en varios entornos de inercia. En general, si dos determinantes se mueven uno con respecto al otro, no estarán de acuerdo sobre la distancia entre dos objetos y también sobre el tiempo necesario para que la luz recorra esta distancia. Esta es la esencia de la teoría especial de la relatividad de Einstein.

Severidad: Newton (1687) – Einstein (1916)

La teoría general de la relatividad de Einstein de 1916 extendió su teoría especial para incluir la gravedad, reemplazando esencialmente la teoría de la gravitación universal de Newton, como se describe en sus « Principia » de 1687. Cuando el campo gravitacional es débil y que las velocidades son muy bajas en comparación con la velocidad de la luz, la teoría de la gravedad de Newton es lo suficientemente precisa para todas las aplicaciones prácticas.

La teoría de la relatividad de Einstein solo se convierte en un requisito cuando las velocidades son fracciones significativas de la velocidad de la luz y / o los campos gravitacionales son miles de veces más fuertes que lo que experimentamos aquí en la Tierra. Tales condiciones se observan cerca de estrellas de neutrones y agujeros negros, pero esa es otra historia.