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Albert Einstein (1879-1955)
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(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.
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Un experimento mental: Reformulación de la simultaneidad
Dos naves se cruzan y en ese momentouna de ellas emite un destello
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El piloto de cada nave piensa que elfrente de luz se desplaza alrededor de su nave
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Comprobación de la inferencia desde la nave A
Flash
Detección
Espejos
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Espejos en el momentodel flash
Detección
Espejos en cada momento dereflexión
Comprobación de la inferencia en la nave Bvista desde la nave A
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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
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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
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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
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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
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La observadora en laTierra ve que la luz recorremás distancia y tarda un tiempo T
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d cTd
vT
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Teorema de Pitágoras
0
2
2
0
20
2222
20
22222
1
T
cv
TT
TcvcT
TcTvTc
= factor relativista
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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 !!
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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.
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-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.
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-La trayectoria de la luz se curva en un sistema acelerado y, por tanto, en un campo gravitatorio también.
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Confirmaciones clásicas de la teoría general de la relatividad
Precesión del perihelio de Mercurio (Einstein)
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Curvatura de la luz alrededor del Sol Expedición astronómica de 1919 (Eddington)
1979 Quásares idénticos: lente galáctica
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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 %