Albert Einstein (1879-1955)

(1905) La relatividad especialEl postulado de relatividadLa velocidad de la luz es la misma para cualquier observador,en cualquier dirección, independientemente del movimiento delobservador o de la fuente de luz.

La lógica de Einstein: los Gedankenexperimenten

1. Uno puede siempre suponer que está en reposo.2. Los observadores que se mueven también pueden suponer que están en reposo y construir otra realidad.3. Cada observador debe aceptar todas las observaciones, propias y ajenas.4. Los desacuerdos proceden de “inferencias” que habrá que considerar incorrectas.5. Generalmente proceden de una inferencia: estimar cuándo

sucedió un suceso lejano.

Un experimento mental: Reformulación de la simultaneidad

Dos naves se cruzan y en ese momentouna de ellas emite un destello

El piloto de cada nave piensa que elfrente de luz se desplaza alrededor de su nave

Comprobación de la inferencia desde la nave A

Flash

Detección

Espejos

Espejos en el momentodel flash

Detección

Espejos en cada momento dereflexión

Comprobación de la inferencia en la nave Bvista desde la nave A

El piloto de la nave A ve que los dos rayos de luz llegan a la nave B al mismo tiempo, pero las reflexiones en los espejos no han sido simultáneas.

El piloto de la nave B observa lo mismo para la nave A

Cuando dos sucesos ocurren en lugares distintos pueden ser simultáneos para un observador y ocurrir en instantes distintos para otro observador situado en otro lugar

Criterio relativista de simultaneidad: dos sucesos son simultáneos si ocurren al mismo tiempo y en el mismo lugar

Segundo gedankenexperiment:La contracción de la longitud

El proceso tal como lo observan los revisoresLongitud del tren = L0

La luz llega simultáneamente a ambos extremos del tren

Luz

Poste 1 Poste 2L0

El mismo proceso visto desde el andén

Posición de la luz cuando se produjo el fogonazo (el tren se ha movido desde entonces)

Poste 1 La luz alcanza el extremo traseroPero no el delantero

Poste 2

Más tarde alcanza el extremo delantero, pero el tren se ha movido entretanto

Longitud del tren L < L0

L

d=cT0

Tercer gedankenexperiment:La dilatación del tiempo

Reloj atómico Tiempo propio T0

Medido por el astronauta

Espejo

Pulso de luz

Fuente de luz

Detector

La observadora en laTierra ve que la luz recorremás distancia y tarda un tiempo T

d cTd

vT

Teorema de Pitágoras

0

2

2

0

20

2222

20

22222

1

T

cv

TT

TcvcT

TcTvTc

= factor relativista

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Fa

cto

r re

lati

vis

ta

Velocidad/c

Variación del factor relativista en función de la velocidad

L = L0 /T = T0

Suma relativista de velocidades

u

w

vEl piloto ve el cohete convelocidad v

El observador en tierra ve el avión con velocidad u y el cohete con velocidad w

21

u vw u v

uvc

v/c + u/c = w/c

0,1 0,1 0,198

0,1 0,9 0,917

0,9 0,9 0,995

Suma relativista de velocidades (cuantitativa)

Caída de un muón vista desde la Tierra

T0 = 2 μs (propio) v = 0,998 cFactor relativista = 15

Tiempo de desintegración y longitud de caída

T = 30 μs (dilatado)L0 = 9.000 m (propia)

Caída de un muón vista desde el muón

Tiempo de desintegración y longitud de caída

T0 = 2 μs (propio)

L = 600 m (contraída)

600 m

Sin relatividad no puede explicarse que el muón alcance la superficie terrestre

Einstein: las leyes de la Física han de ser las mismas para observadores que se mueven uniformemente

→ Invariancia relativista2vmE

Incremento de la masa con la velocidad

Si la velocidad es muy pequeña: v << c

20

20 2

1vmcmE

20 cmE !! Energía en reposo !!

Teoría de la relatividad general (1915)Einstein (1907): Una persona en caída libre no siente

su peso.

Principio de equivalenciaNingún experimento realizado en un único lugar puede distinguir un campo gravitatorio de un sistema de referencia acelerado.

-Los seres que viven en mundos esféricos, pero piensan que son planos, están condenados a inventar la fuerza: la geometría falsa conduce al concepto de fuerza gravitatoria.

-El concepto de fuerza es innecesario.-El espacio-tiempo es curvo.

-La trayectoria de la luz se curva en un sistema acelerado y, por tanto, en un campo gravitatorio también.

Confirmaciones clásicas de la teoría general de la relatividad

Precesión del perihelio de Mercurio (Einstein)

Curvatura de la luz alrededor del Sol Expedición astronómica de 1919 (Eddington)

1979 Quásares idénticos: lente galáctica

La gravedad afecta a los intervalos de tiempo.

Detectado en 1959 ( 1 s en en 10 millones de años)En 1976 con precisión de 99,98 %