TEORIA DE LA TRELATIVIDA EINSTENIANA

La teoria de la relatividad para ser entenidad desde el punto de vista de la física planteada por alberto einstein para los neofitos en el tema es elemental saber lo que es relatividad
ualidad de relativo.

2. f. Fís. Teoría que se propone averiguar cómo se transforman las leyes físicas cuando se cambia de sistema de referencia.

1. f. Fís.
La formulada por el científico alemán Einstein, basada en que la luz se
propaga con independencia del movimiento del cuerpo que la emite, y en
que no hay ni puede haber fenómeno que permita averiguar si un cuerpo
está en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme.

Carácter de lo que no se considera de manera absoluta, sino en relación con otra cosa o en función de otros elementos: Le molestó que le demostrara la relatividad de aquellas afirmaciones suyas tan tajantes.
2 En física,
teoría según la cual algunos o todos los sistemas de referencia en
movimiento relativo, unos respecto de otros, son equivalentes para la
descripción de la naturaleza: La relatividad formulada por el físico alemán Einstein sostiene que el espacio y el tiempo son conceptos relativos.

Ahora que sabemos los que dignifica la palabra relatividad podemos ingresar al mundo de la física einsteniana .

Seguramente todos conocemos la famosa anécdota que relata cómo
Galileo Galilei trataba de hacer comprender a las autoridades
eclesiásticas de que la Tierra se movía. Por más que el astrónomo
italiano intentó hacer entrar en razón a sus censores, ellos hicieron
caso omiso de sus pruebas, argumentando que, como la Biblia dice que
Josué ordenó detenerse al Sol y no a la Tierra, es el Sol el que se
mueve mientras la Tierra permanece fija. Bajo amenaza de tortura,
Galileo fue obligado a retractarse y tuvo que pasar los últimos años
de su vida bajo arresto domiciliario.

Un argumento que intentaba apelar al sentido común sostenía que la
Tierra no se mueve ``porque no se nota el movimiento''. Es verdad que,
cuando tomamos el tren a Buenos Aires nos damos cuenta si estamos
detenidos o andando: cuando el tren avanza, se sacude. ¿Pero qué pasa
si viajamos en barco? El barco se menea a causa del oleaje, y más se
va a menear cuanto más picado esté el mar; pero si estamos encerrados
dentro de una bodega sin ventanas no vamos a poder saber si estamos
navegando o detenidos en mitad del océano.

Supongamos que en nuestra bodega hay una claraboya y vemos cruzar
otra nave de Norte a Sur, ¿nos dice esto algo sobre nuestro propio
movimiento?

Hay varias posibilidades: a) nosotros estamos anclados y el otro
barco se mueve hacia el Sur; b) el otro barco es el que está anclado y
nosotros navegamos con rumbo Norte; c) ambas embarcaciones navegan
hacia el Norte, pero nosotros vamos más rápido y nos adelantamos; d)
los dos navíos viajan hacia el Sur, y el nuestro es el más lento y
está siendo adelantado; o e) nosotros nos dirigimos al Norte y el otro
barco va para el Sur. Las únicas posibilidades que quedan excluídas
son que ambos buques estén anclados, o que ambos naveguen con
idéntica velocidad y rumbo.

Aún si nos asomamos para poder ver la superficie del mar, sólo
vamos a poder saber si nos movemos respecto del agua. Si se agota el
fuel-oil y se paran los motores, la nave se quedará ``quieta'', pero
eventualmente la corriente la llevará hacia algún lado. Al capitán le
interesará saber si nos acercamos o nos alejamos de la costa.

Está claro entonces que antes de ponerse a discutir qué objetos se
mueven y cuáles no, es necesario decir con respecto a qué, es decir
establecer un sistema de referencia .

Volvamos entonces a nuestro asiento en el tren. Si al pasar por
Plátanos, una mujer le dice a un hijo revoltoso ``quedate quieto'', se
entiende que lo que le quiere decir es que se quede en su asiento.

Hay una forma sencilla de relacionar las posiciones y velocidades
medidas desde distintos sistemas de referencia. Supongamos que nuestro
asiento está exactamente a veinticinco metros por delante del furgón
de cola; ¿a qué distancia estamos de Plátanos? Es evidente que estamos
veinticinco metros más lejos que el furgón. ¿Y a qué distancia está el
furgón de Plátanos? Si el tren viaja a cuarenta kilómetros por hora y
pasamos por Plátanos hace quince minutos, el furgón estará a diez
kilómetros de Plátanos; y nosotros estaremos veinticinco metros más
lejos, a diezmil veinticinco metros de Plátanos.

Supongamos ahora que nos levantamos del asiento y caminamos hacia
la locomotora. Si caminamos a cinco kilómetros por hora, como el tren
va a cuarenta, vamos a alejarnos de Plátanos a cuarenta y cinco
kilómetros por hora. Si damos media vuelta y caminamos hacia el
furgón, también estaremos alejándonos de Plátanos, pero a treinta y
cinco kilómetros por hora.

Todo esto es bastante obvio. Está claro que tenemos que sumar
nuestra velocidad a la del tren (o restarla si caminamos para atrás)
para saber a qué velocidad nos movemos respecto de la estación. Si
queremos saber a qué distancia estamos de la estación, sumamos la
distancia que separa al furgón de cola de la estación a la que nos
separa a nosotros del furgón. Estas operaciones son prácticamente
intuitivas y se las conoce como transformaciones de Galileo.

Hace unos tres siglos, Isaac Newton inventó las leyes que describen
el movimiento de los cuerpos (más adelante voy a aclarar por qué digo
``inventó'' y no ``descubrió''). Por ejemplo, si dejo caer una moneda
desde una altura de un metro con veintidós centímetros, usando las
leyes de Newton puedo predecir que chocará contra el suelo en medio
segundo y a una velocidad de unos dieciocho kilómetros por hora. Si
repito el experimento arriba del tren, viajando a cuarenta kilómetros
por hora, sucederá exactamente lo mismo y la moneda también caerá
delante de mis zapatillas. Durante el medio segundo que le lleva a la
moneda caer, el tren (y mis pies) habrán recorrido algo más de once
metros con once centímetros. Entonces, vista desde la estación, la
moneda habrá caído siguiendo una trayectoria inclinada, ``acompañando''
al tren. En otras palabras, la moneda va a caer delante de mis
zapatillas de igual forma independientemente de que el tren se mueva o
no. En términos matemáticos, este hecho se expresa diciendo que las
ecuaciones de Newton son invariantes ante las transformaciones de
Galileo.

Cuando íbamos a la escuela nos decían ``grafique las siguientes
curvas'' y teníamos que dibujar la representación gráfica de cada
ecuación. Por ejemplo, la representación gráfica de ``y igual equis al
cuadrado'' es una parábola, por lo que dicha ecuación se llama
``ecuación de la parábola''; la ecuación cuya gráfica es una línea recta
se denomina ``ecuación de la recta'', etc.

Hay ecuaciones, algo más complicadas que las estudiadas en el
colegio, cuyas soluciones son curvas ondulantes. Se las conoce como
``ecuación de la onda'' y son utilizadas por los físicos para describir
algunos fenómenos de la naturaleza y para reventar a estudiantes
incautos. Por ejemplo, si tiramos una moneda dentro de una palangana
llena de agua se formarán ondas circulares alrededor del lugar donde
caiga. El sonido, en cambio, son rápidas variaciones de la presión del
aire. La forma en que se propagan estas variaciones se puede describir
mediante una ecuación de ondas, por eso se habla de ``ondas sonoras''
aunque (al contrario de la superficie del agua del ejemplo de la
palangana) en este caso no haya nada que ``ondule''.

Volvamos arriba del tren y supongamos que un policía balea a un
sospechoso. Si queremos saber a qué velocidad van las balas respecto
de tierra firme tenemos que usar la transformación de Galileo, es
decir, a la velocidad con que las balas salen de la pistola le sumamos
la velocidad del tren (suponiendo que el vigilante tiró para
adelante). ¿Pero qué pasa si la locomotora hace sonar la bocina? El
sonido se propaga siempre a la misma velocidad a través del aire,
independientemente del movimiento de la locomotora. Podemos incluso
utilizar esta propiedad para medir la velocidad del tren respecto del
aire: si el tren va a cuarenta kilómetros por hora (suponiendo que no
haya viento) desde nuestro punto de vista el aire va a soplar hacia
atrás a esa velocidad. Entonces, cuando suena la bocina, para nosotros
el sonido va a viajar para atrás a cuarenta kilómetros por hora más
rápido que lo normal y para adelante a cuarenta kilómetros por hora
más despacio, por lo que vamos a poder deducir que el tren avanza
precisamente a esa velocidad. Notemos que el vigilante no podría
llegar a esta conclusión ni aún disparando tiros para todos lados.

James Clerk Maxwell fue un físico que vivió durante el siglo XIX
y que, trabajando con las ecuaciones matemáticas que describen los
fenómenos eléctricos y magnéticos llegó una ``ecuación de ondas''.
Predijo entonces, en forma totalmente teórica, la existencia de ``ondas
electromagnéticas'' y sugirió que la luz podía ser un ejemplo de este
tipo de ondas. Maxwell murió antes que se inventara la radio, pero hoy
sabemos que tanto la luz, el calor, las microondas, las ondas de
radio, de TV, radar, etc. son todas ondas electromagnéticas.

Si le pedimos a un físico que calcule la intensidad del campo
electromagnético a diez kilómetros de una emisora de radio en un
momento dado, va a tener que resolver una ecuación de ondas. Por eso
hablamos de ondas electromagnéticas, aunque como en el caso del
sonido, no haya nada que ``ondule''.

Ahora bien: el sonido son ``ondas de presión'' que se propagan por el
aire, pero la luz y el calor llegan a nosotros desde el Sol y no hay
aire entre la Tierra y el Sol. Se supuso, entonces, que tenía que
existir un medio muy tenue que llenara todo el espacio, a través del
cual se propagaban las ondas electromagnéticas. A este medio se lo
llamó el éter luminífero, por eso en los primeros programas de radio
los locutores hablaban de las ``ondas del éter''.

Recordemos el ejemplo de la locomotora: como sabemos a qué
velocidad se propaga el sonido por el aire, midiendo la velocidad del
sonido respecto de la locomotora podemos calcular la velocidad del
tren. Siguiendo el mismo razonamiento, como sabemos a qué velocidad se
propaga la luz a través del ``éter luminífero'', si medimos la velocidad
de la luz respecto de la Tierra vamos a poder deducir a qué velocidad
se mueve la Tierra a través del éter.

Michelson, en uno de los más célebres experimentos de la física,
midió la velocidad de la luz respecto de la Tierra en distintas
direcciones y obtuvo siempre el mismo resultado, como si la Tierra
estuviera quieta respecto del éter.

Como la tierra gira alrededor del Sol a una velocidad de unos
treinta kilómetros por segundo, deberíamos esperar que si repetimos el
experimento seis meses después tendríamos que encontrar una diferencia
de sesenta kilómetros por segundo, ya que la Tierra habrá dado media
vuelta al Sol y estará moviéndose ``hacia atrás''.

Tengamos presente que nunca nadie midió ni detectó de ninguna forma
al éter. Simplemente se creía en su existencia porque se pensaba que
la luz necesitaba algún medio material para propagarse. Para explicar
el resultado negativo del experimento de Michelson, algunos intentaron
proponer que la Tierra ``arrastra'' un poco de éter mientras se mueve
(como el aire adentro de un vagón de tren). En cambio, Einstein
postuló que la luz se propaga a través del vacío y que su velocidad,
medida desde cualquier sistema de referencia, es siempre la misma.

Naturalmente, esto era exactamente lo que sugería el resultado
de la experiencia de Michelson, pero las ideas de Einstein iban contra
el ``sentido común'':

Volvamos al tren y supongamos que la locomotora enciende la luz. Si
medimos la velocidad con que sale la luz de la locomotora, vamos a
encontrar que viaja aproximadamente a trescientos mil kilómetros por
segundo. Si el tren viaja a cuarenta kilómetros por hora, sería lógico
esperar que la velocidad de la luz medida desde la estación fuera
cuarenta kilómetros por hora mayor. Pero lo que sucede en la
naturaleza es precisamente lo que dice Einstein: el resultado de medir
la velocidad de la luz desde el tren en movimiento o desde la estación
es exactamente el mismo. No hay forma de convencer a la luz para que
vaya más rápido.

Está claro entonces que no hay que usar las transformaciones de
Galileo (sumar o restar velocidades y distancias) para pasar de un
sistema de referencia a otro. Si la velocidad de la luz es la misma
para cualquier sistema, tenemos que usar las transformaciones de
Lorentz (son unas ecuaciones algo más complicadas que las de Galileo).
Ahora bien: las ecuaciones de Maxwell (las ecuaciones de las ondas
electromagnéticas) son invariantes ante las transformaciones de
Lorentz. Hablando en criollo, esto quiere decir que el guarda puede
iluminar con su linterna para todos lados, pero la luz se va a
comportar de forma exactamente igual a como lo haría si el tren
estuviera quieto ¡y eso es exactamente lo que pasa!

Las ideas de Einstein (que al fin y al cabo no había hecho más que
aceptar el resultado de la experiencia de Michelson tal cual era)
revolucionaron profundamente la física. Si reconocemos que lo correcto
es utilizar las transformaciones de Lorentz para relacionar distintos
sistemas de referencia, el hecho de que la velocidad de la luz sea
siempre la misma deja de ser un fenómeno incómodo. Pero las ecuaciones
de Newton no son invariantes ante las transformaciones de Lorentz, lo
que significa que la teoría de Newton ``está mal''.

Ahora puedo justificar por qué dije que Newton inventó sus leyes:
si hubiera dicho descubrió habría dado la falsa impresión de que
dichas leyes eran una propiedad de la naturaleza previamente existente
que él sacó a la luz. Si hubiera sido así, no podría resultar luego
que estas leyes estuvieran equivocadas. Por más que nos enseñen que
las cosas se caen al suelo ``por la ley de gravedad'', el hecho es que
esto ocurría de manera exactamente igual antes de que Newton naciera,
y continuaron cayendo exactamente de la misma forma luego de que
Einstein encontrara que las leyes de Newton eran ``incorrectas''.

Hace unos trescientos años, Newton elaboró una teoría que predice
los movimientos de todos los planetas y satélites con asombrosa
precisión, y el movimiento del planeta Mercurio con un error muy
pequeño; se necesitan observaciones astronómicas muy precisas para
detectar esa mínima diferencia (por eso puse entre comillas la palabra
``incorrectas''). Pero la teoría de la relatividad de Einstein es igualmente
exacta para
los movimientos de todos los planetas, y funciona también incluso para
Mercurio. Por eso es mejor.

Otro punto en que la teoría de Einstein es contraria al sentido
común es la dilatación del tiempo. Como vimos, cuando usábamos las
transformaciones de Galileo para vincular medidas hechas respecto de
distintos sistemas de referencia, teníamos que sumar o restar
distancias y velocidades. Pero con las transformaciones de Lorentz no
es tan sencillo, ya que también interviene el tiempo: El tiempo arriba
del tren que se mueve transcurre más lentamente que en la estación.

Naturalmente la dilatación del tiempo es tan pequeña que es
imperceptible en un viaje en tren. Pero supongamos que la velocidad de
la luz, en vez de ser de trescientos mil kilómetros por segundo (más
de mil millones de kilómetros por hora) fuera de sólo cincuenta
kilómetros por hora. En ese caso, si tomamos el tren en La Plata a las
dos de la tarde y nos bajamos luego de media hora de viaje (a cuarenta
kilómetros por hora), vamos a encontrarnos con que todo el mundo nos
dice que son las tres menos diez. Si inmediatamente tomamos el tren
para volver nos va a llevar otra media hora llegar, pero en La Plata
se habrán hecho ya las cuatro menos veinte. Esto no quiere decir que
los relojes adelanten ni atrasen: nosotros, arriba del tren, no
notaremos nada raro; sólo vamos a haber hecho un viaje de media hora
de ida y media hora de vuelta. La gente que nos esperó en La Plata
tampoco va a haber notado nada extraño, pero nos dirá que nuestro
viaje duró cincuenta minutos de ida y cincuenta de vuelta. En el mundo
real, como la luz viaja a más de mil millones de kilómetros por hora y
no a cincuenta, aunque viajáramos en tren continuamente durante
cincuenta años sólo nos ahorraríamos una millonésima de segundo.

Todos estos fenómenos parecen curiosidades teóricas, ya que no los
percibimos en la vida cotidiana. No existen ni trenes, ni aviones, ni
cohetes, ni ningún tipo de vehículo capaz de acercarse a la velocidad
de la luz. Pero sí hay relojes extraordinariamente precisos: los
relojes atómicos. En un experimento realizado en 1971 se embarcaron
cuatro de estos relojes en aviones comerciales y se comprobó que el
tiempo realmente transcurre como lo predice la teoría de la
relatividad. La revista Scientific American dijo que esta era la
verificación más barata de la teoría, ya que costó unos ocho mil
dólares, de los cuales siete mil seiscientos se gastaron en los
pasajes de avión.

A pesar de lo fantástico que resulta el fenómeno de dilatación del
tiempo, la teoría de la relatividad ha resultado bastante ingrata para
los autores de ciencia ficción, ya que prohíbe viajar más rápido que
la luz. Esto plantea inconvenientes insalvables para las historias de
viajes más allá del sistema solar.

¿Qué es lo que ocurre en el mundo real cuando intentamos superar la
velocidad de la luz? De nuevo, no tenemos forma de acelerar a un
cuerpo a tal velocidad, pero sí existen poderosísimos aceleradores de
partículas, llamados sincrotrones, que pueden acelerar las
partículas que constituyen la
materia.

Supongamos otra vez que la velocidad de la luz fuera de sólo
cincuenta kilómetros por hora y que dispusiéramos de un ``tenistrón''
capaz de acelerar pelotas de tenis. Ponemos en marcha el aparato y al
cabo de una hora nuestras pelotas van a cuarenta kilómetros por hora.
Esperamos otra hora y van a cuarenta y cinco. Lo dejamos funcionando
una semana entera y van a cuarenta y ocho. Las pelotas aumentan
continuamente su velocidad: cada vez les costará más llegar a los
cuarenta y nueve, cuarenta y nueve y medio, etc., pero nunca llegarán a
los cincuenta. Sin embargo, si nos interponemos en el camino de una
pelota que ha sido acelerada durante solamente una hora, apenas
recibiremos un leve pelotazo, mientras que si tratamos de detener una
que ha estado en el ``tenistrón'' durante un día, nos golpeará como si
fuera de plomo macizo. Y si cometemos la osadía de ponernos delante de
una pelota que ha sido acelerada durante varias semanas, será como si
nos atropellara una locomotora, aunque las tres pelotas viajen casi a
la misma velocidad. Las pelotas no irán más rápido, pero pegan cada
vez más fuerte. Salvando las distancias, pasa lo mismo en los
aceleradores de partículas de verdad: las partículas ganan cada vez
más ``impulso'', pero nunca pueden alcanzar la velocidad de la luz.

En muchos cuentos de ciencia ficción el recurso salvador es decir
que en el futuro se descubre un error en las teorías de Einstein, y
que sí se puede sobrepasar la velocidad de la luz.

Como vimos, Einstein encontró que la teoría de Newton ``estaba mal''
y eso no significó que las cosas comenzaran a caerse para arriba.
Incluso si decimos que la teoría de Newton es ``incorrecta'', da la
impresión de que entonces la teoría de Einstein es la ``correcta''.

Mañana mismo o dentro de algunos años, un hipotético físico, por
ejemplo

Jacob Newtenstein
,
puede descubrir que la teoría de Einstein
``está mal'' en serio. Pero aunque eso pase, las cosas no van a empezar
a caerse contra el techo, ni a moverse más rápido que la luz.

Einstein simplemente elaboró una descripción de la naturaleza más
precisa que la de Newton, y es posible que alguien halle una aún
mejor. Pero la naturaleza no va a modificar su comportamiento para
satisfacer la teoría de algún físico: es el científico quien deberá
exprimir sus sesos para que su teoría describa a la naturaleza mejor
que todas las teorías anteriores.

TEORIA GENERAL Y ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD
Analizando el tema veremos lo sencillo de esta teoria para
conocimiento general de la población y el comun de los mortales.

servido por educador_13 1 comentario compártelo