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La teoría de la relatividad ¿De que se trata?

6 noviembre, 2018
La teoría de la relatividad ¿De que se trata?
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La teoría de la relatividad ha venido siendo un tema de conversación desde hace muchos años cuando el científico conocido como Albert Einstein la formuló, siendo objeto de estudio para un mayor comprensión de la misma.

Muchas personas todavía no han entendido bien el objetivo que tiene esta ni tampoco han sabido cómo interpretar su fórmula. Es por eso que te explicaremos todo con detalle a continuación.

Vas a poder comprender de una manera muy sencilla y resumida esta teoría, las diferentes derivaciones que tiene, algunos ejemplos y te mostraremos también la fórmula usada para esta.

La teoría de la relatividad

Teoría de la relatividad 1
Esta teoría ayudaría a resolver grandes conflictos en el mundo de la ciencia moderna.

La Teoría de la relatividad general junto con la de la relatividad especial son las que conforman completamente a la Teoría de la relatividad; que fueron formuladas en su totalidad por el científico muy reconocido en la historia, Albert Einstein.

Fue formulada para principios del siglo 20 y se llevó a cabo con el fin de resolver la incompatibilidad que existe entre el electromagnetismo y la mecánica newtoniana.

Para el año de 2010, específicamente en la fecha del 7 de marzo, se exhibieron todos los manuscritos originales que se habían conseguido sobre esta teoría en la Academia Israelí de Ciencias, manuscritos que fueron redactados en el año de 1905.

Dicho manuscrito escrito por Einstein tiene en su contenido unas cuarenta y seis páginas que están llenas de muchas fórmulas matemáticas de textos que han sido escritas todas a mano.

Estos mismos para la época del año 1925, Einstein había tomado la decisión de donarlos a la Universidad Hebrea de Jerusalén. Esto lo hizo por el motivo de inauguración que tenía dicha Universidad.

Esta teoría está basada en la ubicación de los diferentes sucesos físicos que existen, tanto en el espacio como en el tiempo, todos estos son relativos al estado de movimiento que pueda tener el que está observando.

Es de esa manera que la longitud que posee un objetivo que está en movimiento o el momento en que algo sucede, no son invariantes absolutos, algo que la diferencia de la mecánica newtoniana.

Además de que los diferentes observadores que se encuentren en movimiento relativo entre sí van a diferir entonces respecto a ellos. De esa manera entendemos lo siguiente:

  • Que las longitudes y los intervalos temporales, en la relatividad son relativos, pero no absolutos.

Albert Einstein se basó en solo dos hipótesis muy importantes, que son:

  1. Mientras el sistema de referencia sea inercial o igual, las leyes de la física también lo serán. Ambos estarán moviéndose en una velocidad constante. Es decir, que si una ley se cumple en un sistema determinado, entonces también se debería cumplir en el otro sistema.
  2. La velocidad de la luz se considera como constante universal, que se ve representada con la letra C. Esto fue explicado muchos años atrás por Morley y Michelson.

Es de allí que nace la famosa formula de la teoría de la relatividad representada de la siguiente manera:

  • E = mc2.
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La teoría de la relatividad general

Teoría de la relatividad general
Esta teoría pondría en duda hasta la mismísima hipótesis de Isaac Newton.

La Teoría de la relatividad general tuvo su publicación para el año de 1915, específicamente en la fecha del 25 de noviembre, cuya teoría se basa en la gravedad y pretendía ser el sustituto de la teoría que había creado Newton sobre la dicha fuerza.

Sin embargo, esta también coincidía con la teoría de Newton en cuanto a las cantidades numéricas para los campos gravitatorios débiles para las que se consideraban como “pequeñas” velocidades de movimiento.

Esta teoría de la relatividad es la que sufre de una reducción cuando hay ausencia de campos gravitatorios para después pasar a la teoría de la relatividad especial, algo que detallaremos más adelante.

Esta teoría de la relatividad general fue realizada a modo de generalizar el principio de relatividad que sacó Albert, haciendo referencia a un observador que está arbitrario.

En esta misma entonces estarán las ecuaciones de una manera de covariancia, mucho más generalizada que la de Lorentz, que es la que tenemos en la otra teoría, la teoría de la relatividad especial.

Además de esto, esta teoría tiene para proponer una propia geometría, con respecto al tiempo y al espacio, donde la presencia de la materia se ve afectada, siendo así entonces una teoría relativa que se basa en un campo gravitatorio.

Lo que dice esta teoría básicamente es “el espacio-tiempo no será plano en presencia de materia”. Además de eso, la curvatura de esta relación de tiempo y espacio es percibida por el campo de gravedad.

Esta teoría es mucho más compleja que la teoría de la relatividad especial, además de que también es la que pretende aunar completamente toda la dinámica newtoniana, así como te lo explicamos, tomando en cuenta algunas de las consecuencias la otra teoría.

Gracias a esta fue que la humanidad logró entender que el tiempo realmente no es constante, sino que es totalmente variable, al igual como lo es el espacio. Ambos estarían dependiendo a su vez de la conjunción espacio-tiempo, tomando en cuenta también la velocidad.

La teoría de la relatividad especial

Teoría de la relatividad especial.
Esta teoría es tan interesante, que aun, hoy en día, miles de científicos siguen estudiándola.

La teoría de la relatividad especial, a diferencia de la teoría de la relatividad general, fue publicada para el año de 1905. Básicamente esta trata de la física que tiene el movimiento que es realizado por los cuerpos cuando no hay presencia de ciertas fuerzas gravitatorias.

Aquí es donde tenía cierta relación y compatibilidad con las ecuaciones realizadas por Maxwell referentes al electromagnetismo, pero se realiza como una reformulación de las demás leyes de movimiento que existen.

Esta teoría de la relatividad también es conocida como la relatividad restringida, en donde se describe la física que existe en un movimiento dentro de un contexto espacio-tiempo en un marco plano.

Cabe destacar que, también hace la descripción de forma adecuada sobre los movimientos de los cuerpos, así sea que tengan interacciones electromagnéticas o sea a grandes velocidades.

Esta también es muy utilizada para cuando se está estudiando los conocidos “sistemas de referencia inerciales”, los cuales no pueden ser aplicados para problemas astrofísicos.

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Problemas en donde el campo de gravedad es un factor muy importante al igual que el papel que desempeña este; algo muy diferentes a la relatividad especial, que es donde tenemos la ausencia de ese campo gravitatorio.

Anteriormente, estos conceptos habían sido presentados por dos personas nombradas como Lorentz y Poincaré, quienes son conocidos como los precursores de dicha teoría.

Si vemos una teoría de la relatividad con resumen, tenemos que esta no puede proporcionar ninguna descripción relativista correcta correspondiente con el campo de gravedad.

Sin embargo, se explica que estos pueden resolver muchos de los problemas que tienen que ver con electromagnetismos, además de también servir para explicar el experimento realizado por Michelson-Morley.

Hubo una nueva teoría de la relatividad especial, cuya teoría fue aceptada casi en su totalidad por los físicos y matemáticos de la época unos años después de su publicación.

Cabe destacar que, los otros dos precursores de la historia, Lorentz y Poincaré, estuvieron muy cerca de conseguir los mismos resultados que había logrado Albert.

Es gracias a Hermann Minkowski que se obtuvo la forma geométrica para esta teoría; este fue un profesor que tuvo Einstein cuando estuvo estudiando en la Politécnica que se ubicaba en Zürich, dándole una forma matemática correcta acuñando el término de Albert de espacio-tiempo.

Es allí cuando sale la variedad tetra dimensional del espacio-tiempo de Minkowski, en donde se incorporaban tres dimensiones espaciales junto con el tiempo de una forma donde se entrelazaban indisolublemente.

En esta se representaba a una partícula a través de la línea de universo con una curva que tiene diferentes puntos específicos por los cuatro variantes, representados de esta manera:

  • Las dimensiones espaciales representadas con las letras x, y, z.
  • Y el tiempo que se representaba con la letra t.

Esta es la teoría que se conoce como uno de los avances de la ciencia más relevante e importante de toda la historia. Gracias a ella es que se empezó a alterar la manera en que concebimos el tiempo, el espacio, la energía y hasta las repercusiones fisiológicas.

Aquí es donde prácticamente se elimina toda la posibilidad que existe de algún espacio-tiempo absoluto existente en el universo.

La teoría de la relatividad explicada

Teoría de la relatividad explicada
Aquí podrás conocer verdaderamente que es la teoría de la relatividad y su importancia para el mundo moderno.

Además, de la teoría de la relatividad con un resumen que te explicaremos, debes entender los conceptos que se utilizan en ella, que son la relatividad y el espacio-tiempo, además de conocer a qué se refiere con las líneas de universo.

La relatividad

Para entender bien este concepto, podemos hacer referencia de que algo es relativo cuando tiene diferentes puntos de vista. Por ejemplo, cuando una persona se encuentra dentro de un auto, esta siento el auto quiero y no se está moviendo, sin embargo, para las personas de afuera sí se está moviendo.

Es allí donde usamos ese término de “relatividad”. Es más, desde hace años se ha considerado que la velocidad de la luz es algo constante, pero el tiempo es relativo.

Espacio-tiempo

Esta relación de ambos elementos son explicados desde un principio con un esquema de cono de luz en donde el tiempo se encuentra delante y detrás de este. El límite entre ambos es determinado por la velocidad de la luz.

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Es decir, que ninguna partícula es capaz de superar esta velocidad, entendiendo así que ninguna cosa que ocurra en el tiempo va a estar fuera de ese límite. De esa manera se separan los hechos del presente con los del pasado.

Se dice que las cosas que sucedan fuera de este cono, son cosas y eventos que logran superar la velocidad de la luz. ¿Y por qué la velocidad de la luz? Como te hemos explicado, la velocidad de la luz es la única constante.

Ahora bien, cuando hablamos de la línea del universo, nos estamos refiriendo a esa unión de puntos infinitos que son los que van a corresponder a todos los hechos de tu vida.

Dentro del cono es que encontramos la típica formula de la teoría de la relatividad, que te mostramos al inicio.

Para llegar a esa ecuación, se han basado de dos leyes de la física muy importantes, que son:

  • La ley de la conservación del momento lineal, que es la que propone que cuando dos objetos han colisionado a velocidades diferentes, el resultado de la suma de estos dos objetos, tanto antes como después, tendrá el mismo valor.
  • La ley de la conservación de la energía, que es la que nos dice que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”.

Ejemplos de la teoría

Ahora que hemos conocido mucho acerca de esta teoría, sería bueno comprender de la teoría de la relatividad con ejemplos que podamos visualizar en la vida cotidiana.

  1. Un claro ejemplo de esta tenemos si nos imaginamos un escenario en una estación de trenes donde se encuentran dos individuos. Llega el tren y se monta solo uno de ellos. Es cuando se empieza a mover a 200 km/h para arrancar.

¿Realmente este se está moviendo? Realmente, para la persona que ha entrado y se encuentra sentada esperando dentro del tren, el tren no se está moviendo, él lo siente totalmente quieto.

Sin embargo, para la persona que se ha quedado por fuera, este tren sí se encuentra en movimiento; entendiendo así que esto es algo relativo.

  1. Cuando vemos una película donde dos gemelos se han separado; uno se queda en la Tierra con su vida normal y el otro emprende un viaje al espacio como astronauta.

El astronauta regresa a la Tierra después de poco tiempo, según este, pero se ha encontrado que su hermano es mucho más viejo que él. ¿Cómo sucedió esto? Pues este ejemplo de la teoría de la relatividad es un poco más complejo de explicar.

Lo que sucedió aquí fue que para uno de ellos el tiempo transcurrió mucho más lento que para el que estaba en el espacio, por lo que su desarrollo y su madurez han pasado mucho más lento que la de su hermano gemelo.

Lo relativo aquí es que para uno de ellos pasó el tiempo más rápido porque se encuentra en la Tierra y para el otro mucho más lento porque estaba en el espacio, sitio en donde el tiempo transcurre más despacio.