TERIA DE LA RELATIVIDAD

TERIA DE LA RELATIVIDAD

INTRODUCCIN:

A partir de tratar de explicar a personas que se interesaban, algunos conceptos de lateoraespecial de la relatividad, sea la constancia de lavelocidadde laluz, el significado del paso deltiempo, la relacin entre los diferentessistemasde referencia; me di cuenta que mis explicaciones no eran satisfactorias. Pienso que cuando uno no puede explicar algo es quizs porque algo de lo que intenta explicar no lo entiende.

As con el mismomtodoque encarela lecturay laescriturade temasrelacionados con lamecnica cuntica, me propongo ahora hacer lo mismo con la relatividad.Vayamos ahora s al tema.

La teora de la relatividad que se asigna a Albert Einstein, esta vinculada con los temas de la bomba atmica, la energa nuclear y con la idea de que no hay absolutos, sino todo es relativo.

Digamos que lo referente a laenerga nucleares ante todo un subproducto de los trabajos de Einstein. A diferencia de muchas teoras cientficas, la relatividad es una teora que surge a travs delmtodo cientficodenominado deductivo en lugar del inductivo. Esto significa que Einstein inicia su planteo con algn postulado acerca de lanaturalezasin recurrir a experiencias observables es decir sin comprobacin posible de lo que postula como verdadero; vale una digresin aclaratoria: el porque o de donde saca los postulados iniciales, mucho tienen que ver con lo que pasaba en el mundo cientfico en su momento; es decir Einstein no saca postulados de la galera.

A partir de all, deduce las consecuencias que se produciran si dichos postulados son correctos. Estas consecuencias se utilizan luego para predecir comportamientos de la naturaleza, y si los mismos se confirman correctos, entonces se acepta a la teora como valida, independientemente que el o los postulados iniciales suenen extraos o contradictorios o no intuitivos, difciles de entender en su significado.

LA RELATIVIDAD

La teora de la relatividad, desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, pretenda originalmente explicar ciertas anomalas en el concepto de movimiento relativo, pero en su evolucin se ha convertido en una de las teoras ms importantes en las ciencias fsicas y ha sido la base para que los fsicos demostraran la unidad esencial de la materia y la energa, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitacin y los efectos de la aceleracin de un sistema.

El trabajo de Einstein comenz con un acertijo:Un mvil emiteluzhacia adelante y hacia atrs.

Cul de los dos rayos de luz se mueve con mayor velocidad en relacin al suelo?La respuesta correcta es: El rayo de luz delantero se mueve con mayor velocidad?NO El rayo de luz trasero se mueve con mayor velocidad?NO Los dos rayos se mueven a igual velocidad?SISegnla mecnica clsicala primera respuesta sera la correcta, sin embargo un experimento realizado en 1887 por los fsicos A. Michelson y E. Morley encontr que la respuesta correcta es la ltima.IMPORTANCIA TERIA DE LA RELATIVIDAD.

"La importancia de la teora de la relatividad abarca todos los fenmenos del microcosmos y del macrocosmos, desde los tomos que irradian ondas y corpsculos, hasta los movimientos de los cuerpos celestes situados a millones de aos luz".Max Planck (1858-1947)

PRINCIO DE LA RELATIVIDAD:

Galileo enuncia que desde cualquier sistema de referencia inercial se observan las mismas leyes fsicas(desde todos ellos se miden las mismas fuerzas).En la escena siguiente tienes dos sistemas de referencia: el del observador que est fuera del tren y el del observador que est dentro, ambos estn pendientes de una caja que viaja en un vagn.Elobservador mvil en el interior del trenser un sistema de referencia inercial o no, dependiendo de si el tren lleva un movimiento uniforme o uniformemente acelerado.Elobservador de fueraconstituye un sistema de referencia inercial en todos los casos.Mientras el tren viaja con MRU ambos ven cosas diferentes, la velocidad de la caja es 0 para el viajero del tren y v para el de fuera. La aceleracin y la fuerza que actan sobre la caja son idnticas=0 para los dos observadores. Son sistemas de referencia inerciales.Cuando el tren acelera,el observador mvildel tren necesita de una fuerza ficticia, o de inercia, para explicar el movimiento hacia l de la caja; en este caso el observador es un sistema de referencia no inercial.Al observador externole bastar con la fuerza de rozamiento para explicar el movimiento de la caja

La Teora de la Relatividad se divide en:Teora de la relatividad especialy se ocupa de sistemas que se mueven uno respecto del otro con velocidad constante (pudiendo ser igual incluso a cero). La segunda, llamadaTeora de la relatividad general(as se titula la obra de 1916 en que la formul), se ocupa de sistemas que se mueven a velocidad variable

LA RELATIVIDAD ESPECIAL:Tambin llamadaTeora de la relatividad restringida, fue propuesta en el ao de 1905 (el ao maravilloso) por Albert Einstein. Su teora es capaz de explicar el comportamiento cinemtico de los cuerpos en movimiento, especialmente aquellos cuerpos cuyas velocidades sean cercanas a las de la luz. La teora tambin permite describir la dinmica de los campos elctrico y magntico alrededor de cuerpos en movimiento.Esta teora es bien conocida por romper con los esquemas tradicionales de espacio y tiempo concebidos dentro de nuestra experiencia diaria. En la relatividad especial, tanto espacio como tiempo estn interrelacionados en una nica entidad llamada espacio-tiempo, en la cual los famosos viajes en el tiempo son posibles.

Relatividad especial ms explcita:Durante ms de dos siglos, la mecnica de Newton domin completamente en la fsica: el Universo entero pareca comportarse tal como lo predecan las ecuaciones de la fsica newtoniana y la comprensin de la naturaleza se haba reducido a un problema de tcnica matemtica. Pero a principios del siglo XX empezaron a surgir evidencias de que la fsica clsica, as como todos los conceptos relacionados con ella, no describe adecuadamente a los fenmenos que suceden a la escala de los tomos o a velocidades comparables a la de la luz. La mecnica clsica constituye una excelente aproximacin a la realidad, dentro de ciertos lmites. Sin embargo en la escala microscpica, los fenmenos fsicos slo pueden estudiarse por medio de la mecnica cuntica. Y cuando se tratan velocidades muy altas, cercanas a la luminosa, se debe recurrir a la teora de la relatividad. La primera revolucin cientfica del siglo XX se produjo cuando Albert Einstein formul, en 1905, la teora de la relatividad especial. A continuacin describiremos los rasgos esenciales de esta teora.

Las ecuaciones de Maxwell del movimiento de las ondas electromagnticas

Sin embargo, los filsofos y los fsicos clsicos vean con desagrado quiz con vrtigo el hecho de que no existiera un sistema de referencia absoluto con respecto al cual definir todos los movimientos del Universo. Estrictamente hablando, el principio de relatividad no excluye la existencia de tal sistema absoluto, nicamente postula que las leyes de la fsica son las mismas en ese y en cualquier otro sistema. Pero, a mediados del siglo XIX, surgieron las primeras dificultades de la relatividad galileana, cuando el fsico escocs James Clerk Maxwell formul la teora matemtica de los fenmenos elctricos y magnticos. En 1869 las ecuaciones de maxwell, al permitir calcular la velocidad de la luz, en general, las ondas electromagnticas de forma terica La velocidad de la luz determinada por la ecuacin de Maxwell se comprob experimentalmente por hertzen 1887

EXPERIMENTO MICHELSON_MORLEY El experimento michelson_morley se trata sobre el movimiento relativo de la luz , es el causante de la relatividad de Einstein Su descripcin y anlisis se realiza con detalles en el libro de experimento de fsica

GEOMETRA DEL ESPACIO:

Un repaso de los conceptos de espacio de la geometra espacial fsica nos proporciona los siguientes:1. Geometra euclidiana del espacio:

Espacio eucldeo normal: Es cuando un objeto se hace ms grande el espacio permanece inalterado. Los trminos de contraccin y expansin del espacio carecen de sentido en la geometra espacial euclidiana. Localizacin espacial y percepcin de la misma: Aqu podramos citar cualquier efecto espejo o similar e incluso el efecto lupa de la luz al pasar cerca de las estrellas o efecto lentes gravitacionales. Esta diferencia entre la localizacin real y su informacin no altera la naturaleza abstracta, absoluta y objetiva del espacio como una propiedad asignada a los objetos fsicos. Efecto ptico del observador normal: Se produce con la distancia, todos sabemos que los objetos lejanos se ven ms pequeos, al menos en una geometra espacial eucldea o normal. Efecto ptico por la velocidad de la luz: Objetos en movimiento rpido por el efecto de la pequea diferencia temporal en la percepcin de la luz proveniente de la parte del objeto ms cercana o ms lejana al observador.

2. GEOMETRA ESPACIAL RELATIVISTA O DEL ESPACIO-TIEMPO: La contraccin en la direccin del movimiento de Lorentz-Fitzgerald: Lastransformaciones de Lorentz operan con el espacio de forma similar a la comentada para el tiempo. Aadiendo un cuarto eje a la geometra del espacio eucldeo y sus tres dimensiones tpicamente espaciales. Relatividad Especial de Einstein: Es el espacio el que se expande o contrae en funcin de los observadores. Se trata del espacio-tiempo deHermann Minkowsky. Geometra espacialrelativista es que a pesar de ser la velocidad de la luz constante, elespacio objetivorecorrido en un segundo no siempre sera el mismo. Geometra del espacio en la Relatividad General: Esta geometra espacial es difcil de explicar, porque cuando se dice que no es que se dilate el espacio sino que la distancia entre dos puntos del espacio se agranda, yo acabo por perderme debido a la falta de vocabulario para tantas relatividades espacio-conceptuales.

3. GEOMETRA ESPACIAL DE LA TEORA DE CUERDAS: Con estageometra del espacio no es fcil encontrar los conceptos adecuados para describir la realidad fsica. Parece que est reservada a una utilizacin intensiva de las matemticas. Masa inercial: Si una fuerza constante podra elevar la velocidad de un objeto de forma indefinida. Masa relativista. La equivalencia o conversin entre masa y energa

m = m0

Y, lgicamente, la energa total:E = mcTeora de la luz: Estudia las caractersticas derivadas dequ es la luzcomo energa electromagntica y su comportamiento o relaciones bsicas con otros conceptos de laFsica Modernacomo energa cintica, masa y gravedad. El primer punto se dedica a qu es la luz desde el punto de vista de su realidad material, a la relacin de la luz con la masa y a la caracterstica principal de ser energa.

Qu es la luz?

Es la de energa electromagntica con una frecuencia dentro del rango visible. Sin embargo, el concepto de luz no queda claro pues deberamos saber con exactitud qu es la energa electromagntica.El concepto de luz es complejo y para entenderlo es mejor analizar por separado los siguientes elementos y relaciones esenciales.

Caractersticas y naturaleza de la luz:

Las caractersticas de la luz respecto al movimiento se pueden agrupar en los siguientes puntos:

1. La estructura reticular de la materia como medio soporte de la luz La luz se desplaza en el vaco sin necesidad de medio soporte de acuerdo con laFsica Relativistade Einstein y de laMecnica Cuntica. Una de las caractersticas de la naturaleza de la luz o energa electromagntica es ser una onda mecnica transversal sobre la estructura reticular de la materia. Las caractersticas de la luz por tener medio soporte y relacionadas directamente con su velocidad son:2. Velocidad constante: En laFsica de la Relatividadde Einstein la velocidad de la luz es constante en el vaco por axioma matemtico o postulado terico.

3. Velocidad mxima: En la Fsica de la Relatividad de Einstein la velocidad de la luz es mxima en el vaco por axioma o postulado terico. Como hemos visto, en laDinmica Globalla velocidad de la luz es variable y, entre otras, en funcin de la energa potencial gravitatoria.

4. Velocidad de la luz aditiva respecto a su sistema de referencia natural: El comportamiento de la luz esinercial especialcuando se analiza desde un punto exterior a su sistema natural de referencia o sistema de referencia privilegiado, que normalmente para nosotros es la Tierra. Lavelocidad de la luzes aditiva nicamente medida desde el exterior, porque en el interior de su sistema natural de referencia siempre es la misma, mientras no se alteren las propiedades del medio soporte.

Fsica relativista y matemtica: Creo que una nocin bastante aproximada de laTeora de la RelatividaddeAlbert Einstein que hace su trabajo de representacin de la realidad fsica a medias. La otra mitad es laMecnica Cunticacon su propio conjunto de curiosidades matemticas, estadsticas y filosficas. Lo peor o lo mejor de todo, es que son incompatibles entre s. La primera curiosidad matemtica de laTeora de la Relatividad EspecialdeAlbert Einsteinque nos ocupa es que la relacin podra ser:Hecho relativo = hecho normal * Donde =relatividad / normalidad

RELACIN ESPACIO-TIEMPO Y VELOCIDAD

El concepto de espacio-tiempo o continuum del espacio-tiempo surge al invertir la definicin de velocidad. La velocidad ya no es la relacin entre el espacio y el tiempo sino que existe un mximo y, en consecuencia, el espacio y el tiempo empiezan a depender el uno del otro para que la velocidad de la luz sea constante. Dicho concepto interdependiente configura la naturaleza del espacio-tiempo en la Teora de la Relatividad de Einstein.

EL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA DE LA TEORA DE EINSTEINEste Principio de Equivalencia, incorporado por laRelatividad General en 1916,sirvi a las teoras deAlbert Einsteinpara justificar una segunda relatividad del tiempo independiente de la definida por laRelatividad Especial. Los efectos sobre el tiempo y el espacio de la velocidad en laTeora de la Relatividad Especial(RE) de Einstein se extienden al campo gravitatorio en laTeora General de la Relatividad(RG). Esta segunda teora recoge los problemas y crticas recibidas en los diez aos que la separan de laprimera teora deEinstein.La forma en que interacta la gravedad con el espacio es mediante la deformacin del mismo, se trata del conocido efecto geomtrico de la curvatura del espacio-tiempo. Ahora ya no es suficiente con una geometra del espacio de cuatro dimensiones sino que es necesario curvar los propios ejes de esa geometra matemtica para recoger el efecto de la gravedad sobre el espacio-tiempo o viceversa en la teora de Einstein de 1916. La idea base delPrincipio de Equivalenciade laRelatividad Generales la equiparacin entre aceleracin y gravedad. Isaac Newton, dice que la fuerza que atrae a la manzana es la misma la del sol y la tierra son iguales. La gravedad acta instantneamente a cualquier distancia.

COMO SABEMOS QUE LA TEORA DE LA RELATIVIDAD GENERAL ES CORRECTANada va ms rpido de la luz. Albert Einstein crey que la gravedad no es una fuerza sino una consecuencia de la curvatura del tejido espacio temporal. El espacio tiempo no es plano sino que esta deformado por la distribucin de la masa y energa que contiene.La masa de un objeto dice al espacio de un objeto como debe curvarse y el espacio dice a la masa como debe moverse. Igual que en una superficie elstica los objetos como la tierra se mueven siguiendo a la trayectoria est en rbita a la masa del sol y esta hace curvar el espacio a esta curvatura se le llama gravedad. Si el sol desaparece provocara una perturbacin en el tejido espacial semejante como una ola produce el agua, lo cual no percibiramos en nuestra orbita esa ola hasta que la ola nos alcance, las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, el conflicto con newton quedaba resuelto. Fue comprobado por el Fsico Artur Eddington en 1919 en experimento de un eclipse de sol viendo la desviacin de la luz cerca al pasar de una estrella al pasar cerca del campo gravitatorio del astro. La gravedad tambin deba afectar al tiempo, en un ascensor sin espacio y sin gravedad.La relatividad general predijo que el tiempo transcurre en forma diferente para observadores es campo gravitatorios deferentes, cuanto ms intenso es el campo gravitatorio el tiempo transcurre ms lentamente.

LA PARADOJA DE LOS GEMELOS:Un gemelo viaja a la velocidad de la luz a una estrella ms cercana, mientras el otro esperara en la tierra, Entonces de regreso el hermano que viajo al espacio se encuentra que para l fue solo un instante, pero para el que se qued en la tierra fue mucho tiempo. Einstein crey en la posibilidad de viajar en el tiempo, el tiempo transcurre ms lentamente cuanto ms rpido nos movemos, La dilatacin del tiempo es una ley natural, el tiempo distancias en movimiento se acortan y tiempo en movimiento se ralentizan.

[Escriba texto]Pgina 1