Download - Einstein tenía razón
O QUE DICEN LOS EXPERIMENTOS Y LAS OBSERVACIONES ACERCA DE LA
RELATIVIDAD
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EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
1.- Límite newtoniano
2.- Existencia de muones cósmicos en la superficie de la Tierra
3.- Lo paradójico de la “paradoja” de lo gemelos: El experimento de Hafele-Keatin4.- Masa y energía son equivalentes
5.- Ingeniería de aceleradores
6.- Éxito de teorías construidas sobre sus preceptos
1.- A pequeñas velocidades (v<<c) reproduce las predicciones newtonianas
Sistema Newtoniano
Relatividad Einsteniana
2.- Existencia de muones cósmicos en la superficie de la Tierra
1011 mu/cm2seg
107 mu/cm2seg
Δt0 = 2x10-6 seg
v ~ 99,90%c
y ~ v . Δt0 ~ 600 mt
14 Km
22
0
1 cV
tt
−∆=∆
Solución:
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
3.- Lo paradójico de la “paradoja” de lo gemelos:
t
0
20v = 0,6
x = 0,6. 10 = 6
6
8610 22 =−
16
8
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
10
El experimento de Hafele-Keating
Science, 177,166, 1972
4 relojes atómicos de cesio
Predicción teórica: 275 nanoseg
Resultado 273 +/- 7 nanoseg
10
x
T = 20 años
T = 16 años
4.- Masa y energía son equivalentes
E = mc2
p
p
n
nM M’< M 2)'( cMME −=
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
5.- Ingeniería de aceleradores
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
6.- Éxito de teorías construidas sobre sus preceptos:
Electromagnetismo:La primera teoría relativista !!
Teoría Cuántica relativista
QED, Teorías cuánticas de campo
La unidad (de la descripción) de la naturaleza
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
TUVO RAZÓN EINSTEIN !!
¿Y la Gravitación?
Gravitation, M. Escher (1952)
ta
Espacio no euclidiano
µνµνπ
Tc
GG2
8=
tb
gµν
La receta precisa y cuantitativa para conocer la geometría del espacio y el flujo del tiempo
¿extraño?
¿Es correcta la relatividad general?
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
1.- El Principio de Equivalencia
2.- El límite newtoniano
3.- El avance del perihelio de los planetas y el periastro
4.- La luz se curva: eclipses, lentes gravitacionales
5.- El tiempo y la gravedad: corrimiento gravitacional, relojes, efecto Shapiro
6.- Giróscopos en un campo gravitatorio
7.- Ondas gravitacionales
8.- Agujeros negros
9.- La expansión del universo
221
21
aaaa
+−=η
Galileo
Newton (1680) 1 en 1000
Eotvos (1900) 1 en 5.109
Dicke (1964) 1 en 1011
Braginski (1972) 1 en 1012
Eot-Wash 1 en 4.1013
Lunar-Laser (1994) 1 en 5.1013
Efecto Nordvedt: LLR <1 cm 10-3 ¿ STEP? ¿10-18?
1.- EL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA
Eot-Wash
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
2.- EL LÍMITE NEWTONIANO
Ley de gravitación universalRelatividad
General
µνµνπ
Tc
GG2
8=2r
MmGF =
Teoría de perturbación:
E = N + Correcc.Gravitación débil
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
3.- EL CORRIMIENTO DEL PERIHELIO:
43’’ de arco cada siglo
Alternativa: Fuerza r-2,0000001379 Newcomb
Cálculo de Einstein 1915: 42,98’’
Observaciones 1976 43,11’’ +- 0,21’’
Venus 8,6’’ obs. 8,4’’+- 4,8’’
Tierra 3,8’’ obs. 5,0’’ +- 1,2’’
Icarus 10,3’’ obs. 9,8 ‘’ +- 0,8’’
Pulsar J0737-3039 !!
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
4.- EL CORRIMIENTO DEL PERIASTRO:
Pulsar J0737-3039
A 1800 años de nosotros
Período orbital 2,4 horas
Distancia 800.000 Km
Rapidez media 0,1% c
Rotaciones 22 y 27 miliseg.
Periastro: 16,9 grados al año !!
(140.000 mayor que Mercurio)
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
5.- LA LUZ SE CURVA:
Predicción newtoniana: Soldner 1801, α = 0,875’’
Einstein 1911-1914 α = 0,875’’
Einstein 1915 α = 1,75’’
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
5.- LA LUZ SE CURVA:
Angulo de deflexión, Eddington en 1919 α = 1,60’’ +- 0,31’’
Brasil, 1919 α = 1,98’’ +- 0,12’’
1973: α = (0,95 +-0,11)x αE
70’s: Radiotelescopios con Quasares: observación acumulada: 0,01%
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
5.- LA LUZ SE CURVA: Objetos múltiples, lentes gravitacionales
Quasar Doble
Anillos de Einstein
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
6.- EL FLUJO DEL TIEMPO Y LA GRAVEDAD
RE
−=∆
ER rrc
M
v
G 112
ν
RE
RE tt
rft
νν <∆>∆
= )(
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
6.- EL FLUJO DEL TIEMPO Y LA GRAVEDAD:
El experimento de Rebcka-Pound-Snyder (1960’s)
Precisión 1%
h = 23 m
Δνν
= gh/c2
Rayo gamma de Fe 57 Precisión actual 0,007%
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
6.- EL FLUJO DEL TIEMPO Y LA GRAVEDAD:
El experimento de Vessot y Levine o Gravity Probe A, (1976)
Masers de hidrógeno frecuencia fija (10-12 en varios días)
Cohete Scout
Altura:10.000km
Registros durante dos horas
Precisión: 0,007%
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
6.- EL FLUJO DEL TIEMPO Y LA GRAVEDAD:
Una aplicación práctica de la RG: El sistema GPS
Error de 10-9 seg ~ 30 cm
24 satélites a 20000km y un P = 12 h.
Sin los efectos relativistas ~ 10km diarios!!
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
7.- Precesión de los giróscopos: Efecto Geodésico
Giróscopo por efecto de la curvatura cambia su dirección en el plano de la órbita. Acoplamiento spin - órbita
Fue descubierto por Weyl en 1916
1988: fue observado en el giróscopo Tierra – Luna con 2%, con laser lunar
Órbita baja, 640 Km en órbita polar, el cambio es Δα = 6.600’’por año.
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
7.- Precesión de los giróscopos: Efecto Lense Thirring
Efecto de arrastre de los sistemas
Fuerza transversal tipo magnética (efecto gravitomagnético)
Acoplamiento spin - spin
El desvío es perpendicular al del Efecto Geodésico
Nunca ha sido detectado
Δα = 0,042” por año
0,001” ángulo de un cabello a 17 km
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES7. Precesión de los giróscopos: El experimento más demorado del
mundo: Gravity Probe B: NASA - Stanford
Precesión geodésica con precisión de 75millonésimasEfecto Lense -Tirring de arrastre de sistemas inerciales con 1% de precisión4 Giróscopos un millón de veces más precisos que los mejores hasta ahora.!6 meses de obtención de datos y resultados en abril 2007
El cohete Delta 2 abril 2004
Cuarzo fundido recubierto con niobio. Esféricas dentro de 40 capas atómicas (Record Guinnes). A 1,8 K una corriente superconductora al girar a 4300rpm promedio
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
8.- El espaciotiempo oscila: Ondas Gravitacionales
µνµνπ
Tc
GG2
8=
Gravedad se propaga en ondas que viajan a la velocidad de la luz
Fluctuaciones (tensoriales)
de la métrica del espaciotiempo
Ciertos movimiento de masas o energía
Efecto en la materia que recibe la onda
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
8.- El espaciotiempo oscila: Ondas Gravitacionales
Cuadrupolar
Transversal
Viaja a c
Lleva energía y momentum
Una onda “estresa” la materia cuando llega a ella
Es extremadamente débil:
Antes Crestavalle
1T 1T
1 m f = 1000H, P = 10-40 W
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES8.- El espaciotiempo oscila: La evidencia: PSR 1913 + 16
12
12
10)02,042,2(
10403,2
−
−
×±−=
×−=
Obs
Teor
dt
dP
dt
dP
Pulsar doble J0737-3039Órbita se reduce 7mm cada día
Coalescencia: 8 millones años
Precisión 0,4%
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES8.- El espaciotiempo oscila: Cómo, cuánto y en dónde
Detectores muy precisos:
ΔL/L = 10-18 (cambios ~ fracciones de un átomo en 4 km )
LIGO, VIRGO, LISA, GEO, TAMA…. Eventos violentos:
Estrellas neutrones binarias
Choque de agujeros negros
Fase inflacionaria del universo
Bombas atómicas
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
8.- El espaciotiempo oscila: Cómo, cuánto y en dónde
LIGO
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES9.- Agujeros Negros
“O existen agujeros negros o la relatividad tiene agujeros”
Relatividad General + Evolución estelar
AGUJEROS NEGROS
Horizonte
EXITOS, PREDICCIONES Y VERIFICACIONES
10.- La Expansión del Universo
Relatividad General
+
suposiciones
( )22222 )( zyxtRs ∆+∆+∆=∆
Ley de Hubble
HdV =
Big Bang
!!0)0( =R
1.- Fundamentos bien establecidos, tanto teóricos como observacionales
2.- Muchas verificaciones a favor, ninguna en contra
3. Herramienta usual del astrofísico y del cosmólogo, la RG es necesaria para interpretar los datos
4.- La astronomía de ondas gravitacionales será una nueva “ventana” al universo, que arrojará luz sobre temas como los AN o el big bang
5.- Relación con otras teorías