RELATIVIDAD

Albert Einstein1879 – 1955 fue un físico de origen alemán, nacionalizado suizo y estadounidense. Está considerado como el científico más importante del siglo XX.

En 1915 presentó la teoría de la relatividad general, en la que

reformuló por completo el concepto de gravedad. Una de las

consecuencias fue el surgimiento del estudio científico del origen y

evolución del Universo por la rama de la física denominada cosmología.

Teoría de la relatividad

La teoría de la relatividad incluye dos teorías: la relatividad especial y la de la relatividad general. Formuladas por Albert Einstein a principios del siglo XX, que pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo.

Relatividad Especial También llamada teoría de la relatividad restringida. Surge de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales.

La teoría especial de la relatividad estableció nuevas ecuaciones que permitían pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Siendo uno de los más asombrosos y más famosos la llamada paradoja de los gemelos.

Toda la teoría se basa en aceptar que la velocidad de la luz es constante para cualquier observador, aún para uno que se mueve respecto a otro.

Postulados generales de la relatividad especial:

Primer postulado Principio especial de relatividad - Las leyes de

la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales. En otras palabras, no existe un sistema inercial de referencia privilegiado, que se pueda considerar como absoluto.

Segundo postulado

Invariancia de c - La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, c=2,9978x108m/s, que es independiente del movimiento de la fuente de luz.

• El trabajo de Einstein comenzó con un acertijo: un móvil emite luz hacia adelante y hacia atrás. ¿Cuál de los dos rayos de luz se mueve con mayor velocidad en relación al suelo?

• Según la mecánica clásica la respuesta correcta seria que el rayo de luz delantero se mueve con mayor velocidad, sin embargo un experimento realizado en 1887 por los físicos: michelson y E. Morley encontró que la respuesta correcta es que los dos rayos se mueven a igual velocidad, ya que» la velocidad de la luz es constante sin importar quien ni como se emitió.»

¿Qué tan rápido se mueve la luz?

V = 10 km/s

299792 km/s

299792 km/s**

Laser

** ¡No 299802 km/s!

Equivalencia masa - energíaLa masa en la teoría de la relatividad especial tiene dos bifurcaciones: la masa invariante y la masa relativista. La masa relativista es la masa que va a depender del observador y puede incrementar dependiendo de su velocidad, mientras que la invariante es independiente de quien la mire (masa en reposo):

En la relatividad, la energía y el momento están relacionados mediante:

Si la velocidad se anula, entonces p = 0 y ….

indica que la masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque se encuentre en reposo, concepto ausente en mecánica clásica, esto es, que la energía en reposo de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad de la luz al cuadrado), o que cierta cantidad de energía de un objeto en reposo por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado:

La relatividad especial forza a considerar al tiempo y al espacio juntos

• Newton pensaba que el tiempo fluía independientemente de otros factores. Esto es intuitivamente correcto, pero está mal en detalle.

• En la relatividad es mejor pensar en el espacio-tiempo.

Relatividad General

La teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la relatividad. La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió también reformular el campo de la cosmología.

El principio general de covariancia: El principio de covarianza general afirma que las leyes o ecuaciones fundamentales de la física deben tener la misma forma para cualquier observador sea cual sea el estado de movimiento de éste. Matemáticamente el principio de covariancia implica que las leyes de la física deben ser leyes tensoriales en el que las magnitudes medidas por diferentes observadores sean relacionables de acuerdo a la transformación de coordenadas de cada observador.

El principio de equivalencia

Publicado en el año 1912, al que Einstein lo califico como “la idea mas feliz de mi vida”. Dicho principio supone que un sistema que se encuentra en caída libre y otro que se mueve en una región del espacio-tiempo sin gravedad se encuentran en un estado físico sustancialmente similar: en ambos casos se trata de sistemas inerciales. En virtud de la segunda ley de Newton, toda aceleración estaba causada por la aplicación de una fuerza exterior. La relación entre fuerza y aceleración se expresaba mediante esta fórmula:

Ejemplos de sistemas inerciales según el Principio de Equivalencia

El principio de equivalencia implica asimismo que los observadores situados en reposo sobre la superficie de la tierra no son sistemas inerciales (experimentan una aceleración de origen gravitatorio de unos 9,8 metros por segundo al cuadrado, es decir, "sienten su peso").

Sistema¿Es inercial?(Principio de Equivalencia)

¿Es inercial?(Mecánica newtoniana)

Cuerpo en caída libre Sí No

Cuerpo en reposo sobre la superficie terrestre No Sí

Planeta orbitando alrededor del sol Sí No

Nave precipitándose hacia la tierra Sí No

Cohete despegando desde una base de lanzamiento

Sí No

¿Qué dice la teoría de la Relatividad General?

• La gravedad (o atracción entre cuerpos con masa) es consecuencia de la forma del espacio.

• La fuerza que sentimos cuando nos movemos en un sistema acelerado (por ejemplo cuando la buseta frena) tiene la misma naturaleza que la fuerza de atracción entre masas (por ejemplo la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna).

Una forma muy compacta de expresar el punto central de la

Teoría de la Relatividad General es diciendo que La gravedad es equivalente a la curvatura del espacio.

Curvatura del espacio-tiempo.

Vamos a medir la forma del espacio usando una rejilla. La distancia entre un nodo y su vecino es el patrón de medida:

Cuando no existe materia alguna el espacio es plano. Todas las celdas de la rejilla son del mismo tamaño.

Coloquemos una estrella en medio de este espacio. La presencia de la estrella (por su masa) ha deformado el espacio dándole una 'curvatura' en la región vecina a la estrella. Notar como la distancia patrón se modifica de forma más pronunciada en cercanías de la estrella:

¿Qué ocurre si en vez de la estrella colocamos un agujero negro muy masivo? En este caso la deformación del espacio es mayor: