¿Qué es la Relatividad?

Albert Einstein fue famoso por muchas cosas, pero su mayor creación es la Teoría de la Relatividad. Cambió para siempre nuestra comprensión del espacio y del tiempo.

¿Qué es la relatividad? De forma sucinta, es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todos sitios. Aquí en la Tierra obedecemos las mismas leyes de la luz y la gravedad que alguien en el extremo opuesto del universo.

La universalidad de la física significa que la historia es local. Distintos observadores verán el tiempo y el espacio de eventos de forma distinta. Lo que para nosotros es un millón de años puede ser sólo un parpadeo para alguien que vuele en un cohete de alta velocidad cayendo en un agujero negro.

Todo es relativo.

Relatividad especial

La Teoría de Einstein se divide en relatividad especial y general.

La relatividad especial llegó primero y está basada en que la velocidad de la luz es constante para todo el mundo. Esto puede ser muy simple, pero tiene consecuencias de largo alcance.

Einstein llegó a esta conclusión en 1905 después de que pruebas experimentales demostrasen que la velocidad de la luz no cambiaba conforme la Tierra orbitaba al Sol.

Este resultado resultó sorprendente para los físicos dado que la velocidad de la mayoría de otras cosas depende de en qué dirección de esté moviendo el observador. Si conduces tu coche en paralelo a una vía del tren, un tren que llegue parecerá moverse mucho más rápido que si te das la vuelta y conduces en la misma dirección.

Einstein dijo que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en 300 000 kilómetros por segundo, no importa cómo de rápido o en qué dirección te muevas.

Esta máxima provocó que el humorista Stephen Wright preguntase: “Si estás en una nave espacial que viaja a la velocidad de la luz, y enciendes los faros, ¿sucede algo?”

La respuesta es que los faros se encenderán con normalidad, pero sólo desde la perspectiva de alguien en el interior de la nave. Para alguien que esté fuera observando el vuelo de la nave, los faros parecerán que no se encienden: la luz sale, pero necesita una eternidad que los rayos vayan por delante de la nave.

Estas versiones contradictorias surgen debido a que las reglas y relojes — las cosas que marcan el espacio y el tiempo — no son las mismas para distintos observadores. Si la velocidad de la luz tiene que mantenerse constante como dijo Einstein, entonces el tiempo y el espacio no pueden ser absolutos; deben ser subjetivos.

Por ejemplo, una nave de 100 metros de largo que viaje al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz parecerá un metro más largas para un observador estacionario, pero permanecerá con su longitud normal para los que estén a bordo.

Tal vez incluso más extraño, el tiempo pasa más lento cuanto más rápido se va. Si un gemelo viaja en una nave a toda velocidad a una estrella distante y vuelve, será más joven que su hermano que permaneció en la Tierra.

La masa, también depende de la velocidad. Cuando más rápido se mueve un objeto, más masivo se hace. De hecho, ninguna nave puede jamás alcanzar el 100 por ciento de la velocidad de la luz debido a que su masa crecería de forma infinita.

Esta relación entre la masa y la velocidad a menudo se expresa como relación entre la masa y la energía: E=mc2, donde E es energía, m es masa y c es la velocidad de la luz.

Relatividad general

Einstein no había terminado de desbaratar nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Pasó a generalizar su teoría incluyendo la aceleración y encontró que esta distorsionaba la forma del tiempo y el espacio.

Para seguir con el ejemplo de arriba: imagina la que la nave acelera encendiendo sus impulsores. Los que están a bordo quedarán pegados al suelo como si estuviesen en la Tierra. Einstein afirmó que la fuerza que llamamos gravedad es indistinguible de estar en una nave que acelera.

Esto por sí mismo no era tan revolucionario, pero incluso cuando Einstein desarrolló la compleja matemática (necesitó 10 años), descubrió que el espacio y el tiempo se curvaban en torno a un objeto masivo, y esta curvatura es lo que experimentamos como fuerza de la gravedad.

Es difícil dibujar la geometría curvada de la relatividad general, pero si uno piensa en el espacio-tiempo como en un tipo de tejido, entonces un objeto masivo estira el tejido de alrededor de forma que ningún objeto que pase cerca seguirá una línea recta.

Las ecuaciones de la relatividad general predicen un número de fenómenos, muchos de los cuales han sido confirmados:

  • La curvatura de la luz alrededor de un objeto masivo (lente gravitatoria)
  • Lenta evolución en la órbita del planeta Mercurio (precesión del perihelio)
  • Arrastre de marcos del espacio-tiempo alrededor de los cuerpos en rotación
  • Debilitamiento de la luz escapando del tirón gravitatorio (desplazamiento al rojo gravitatorio)
  • Aceleración de los periodos rotacionales de las estrellas binarias y púlsares
  • Las ondas gravitatorias (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo) causadas por colisiones cósmicas
  • La existencia de agujeros negros que atrapan todo incluyendo la luz

La curvatura del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro es más intensa que en ningún otro sitio. Si el gemelo que viaja por el espacio cayera en un agujero negro, se vería estirado como un espagueti.

Afortunadamente sería sólo por unos pocos segundos. Pero su hermano en la Tierra nunca vería el final — observando a su hermano estirarse centímetro a centímetro incrementalmente hacia el agujero negro a lo largo de la edad del universo.



Autor: Michael Schirber
Fecha Original: 8 de febrero de 2008
Enlace Original

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Comments (13)

  1. uncata

    ¡Excelente blog!

    Una corrección. Donde dice,
    “Por ejemplo, una nave que viaje a 100 metros de largo que viaje al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz…”, debería decir:
    “Por ejemplo, una nave de 100 metros de largo que viaje al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz…”
    o eso creo…

    Saludos

  2. Errata de edición, muchas graciassss.

    Un saludo

  3. [...] | Ciencia kanija Articulos RelacionadosÉter de nueva escuela puede arrojar luz sobre estrellas de [...]

  4. [...] ¿Que es la Relatividad?www.cienciakanija.com/2008/02/10/%c2%bfque-es-la-relatividad/ por pepeto hace pocos segundos [...]

  5. Manlio E. Wydler

    Muchas veces pensé que, si la masa es infinita a la velocidad de la luz_ es fundamental para mi Cosmogonía del cambio de estado hacia el universo en retracción- la energía del combustible de la nave del ejemplo, cuya masa es infinita, también será infinita, por lo que finalmente, alcanzaremos la velocidad de la luz, con ese combustible. Por lo que el ejemplo conmunmente aceptado es FALSO.

  6. Roberto

    Cuando dices:

    Dices en tu nota:
    “Esto por sí mismo no era tan revolucionario, pero incluso cuando Einstein desarrolló la compleja matemática (necesitó 10 años) , descubrió que el espacio y el tiempo se curvaban en torno a un objeto masivo, y esta curvatura es lo que experimentamos como fuerza de la gravedad.”

    Creo que se trata de un error, pues Einstein no desarolló nuevas herramientas, sino que debió ponerse al día con el cálculo tensorial -que desconocía- por necesitarlo para la teoría generalizada de la relatividad, cuyo germen no le pertenece: las ecuaciones fundamentales son de Lorentz.
    ¿Estoy en lo cierto?

  7. cristian

    muy buena tu explicación!! pero no me cuadro esto “Por ejemplo, una nave de 100 metros de largo que viaje al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz parecerá un metro más largas para un observador estacionario, pero permanecerá con su longitud normal para los que estén a bordo.”
    según la longitud no es absoluta, y que las medidas de muchas cantidades físicas están afectadas por el movimiento relativo entre un observador y lo que él observa. Así q la longitud de un objeto en movimiento, es siempre más pequeño que su longitud cuando esta en reposo.
    ES POR ELLO Q NO ME CUADRA ESTA PARTE DE LA RELATIVIDAD ESPECIFICA
    entonces no se cual es el verdadero :)

  8. Yo reo que estás en lo cierto, Roberto. De hecho, creo recordar que Hilbert desarrolló las ecuaciones de la relatividad general como ejercicio puramente matemático en no mucho tiempo. Pero claro, Hilbert dominaba bastante esto de las geometrías no euclidianas.

    Saludos.

  9. Tom Wood

    ¿Por que no detectamos partículas (energíasmasas) viajando a la velocidad de la luz?
    El universo según el modelo de la interacción Luz-Luz; no es más:

    “Que un hervidero de energíascampos alcanzando el “reposo” para convertirse (confinarse) en energíasmasas y estas a su vez “alcanzando” la velocidad de la luz, para convertirse en energíascampos.”

    http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2012/05/30/no-siempre-la-fisica-se-puede-explicar-con-palabras/#comments

  10. juan torres diaz

    muy interesante los datos para la gente que no sabe mucho de esas cosas. saludos

  11. Nuestro contertulio Ton Wood, en una de las entradas de mi Blog, dejó las ideas siguientes:

    “Tom Wood

    el 31 de mayo del 2012 a las 18:11

    ¡Una joya su exposición!

    Sabes que preferiría que nadie leyera las cosas que se me ocurren, pero al parecer, llevado por las circunstancias, o por la estupidez, no lo puedo evitar.
    Mi modelo de la interacción Luz-Luz es algo primitivo, muy clásicos, no vivo de espalda ha esa realidad. Aunque para mí, en medio de tanta confusión física, represente cada día, la idea física más feliz de mi vida. Hacer modelos clásicos del complejo micromundo, ya modelado por teorías bien consistentes, es el pandemonio, la vergüenza de un físico moderno; al menos esa es la moral científica que se enseñanza en las universidad moderna. *

    Pero es una gran ignorancia física, subestimar la importancia, de la acción a distancia que le permitió a Newton redondear la imprescindible Mecánica Clásica, el calórico para la Termodinámica, el éter para la creación la Electrodinámica, el principio de equivalencia que se invento Einstein (la idea mas feliz de su vida, palabras de el) para crear la Teoría General de la Relatividad o el punto de inflexión que represento para la MC el modelo planetario del átomo de Bohr.

    Se que ninguna de esas ideas hoy es necesarias para sostener a los mejores modelo teórico que describn la naturaleza física de las cosas naturales. Pero también seria bueno que meditáramos, si de no habérsele ocurrido esas “grotescas ideas” a esos iluminados, no estaríamos discutiendo todavía, sobre cuantos elefantes sostienen la tierra. Yo sigo diciendo, sigo viendo, nada me convence de lo contrario por física, que la 6ta física que relacione, que generalice, que sintetice toda la numerología experimental que tenemos acumulada y que no logramos verle su relación, y que además no mutile lo bueno de las cinco físicas anteriores; esa 6ta física, surgirá de la misma forma que las cinco veces anteriores. ¿Por qué esta vez debería ser diferente el proceso?

    Hacia falta que las universidades les mostraran a los jóvenes estudiantes de físicas, que también les es posible seguir ese derrotero. Pero creo que será más lento el proceso, si solo lográramos verlo así, después de que hayamos recorrido todo el callejón sin salida en el que al parecer nos hemos metidos. Además, si se vislumbrara un camino bien claro con modelos más establishment, sentiría más pudor de escribir mis “groserías científicas”; pero ese no es el caso. Y es que ese tosco modelo me esta brindando tantas satisfacciones, que no creo que sean puros trucos de mi mente para auto complacerme, o para enajenarme por la desesperación del momento.

    Veo líneas generales que se repitieron para la creación de las cinco físicas, claro si las analizamos dialécticamente, aunque sea con ideas esquematizadas.

    1-Muchas toscas ideas como las que explique arriba (*) y que ya solo tienen importancia histórica.

    2-Siempre hay implicado un experimento tipo, o ideas sencillas. Primera física: Como fue el cliché de la manzana,… Segunda física: La razón de que variables macroscópicas como la temperatura o la presión surgen de los movimientos cinéticos, he interacciones de las microscópicas “bolita materiales”; en principio, Mecánica Clásica. Tercera física: Que la atracción que ejerce el ámbar cargado,… es producto de un campo también, como el gravitatorio (extrapolan la idea de la Mecánica Clásica) o que la luz es una onda como las mecánicas; en principio, Mecánica Clásica. Cuarta física: La brillante interpretación hecha por Planck a la curva experimental de radiación del cuerpo negro. Quinta física: La interpretación de Einstein del paradójico experimento de MM,… ¿Estará ya entre nosotros el experimento tipo que pueda aportar, aclarar esas sencillas ideas que posteriormente desatan el frenesí, para crear el resto de las complejidades físicas-matemáticas? Como no dispongo de mucho tiempo, por aquí creo que abordo el problema que no se esta entendiendo, a mi modesta forma de ver las cosas:

    http://cuentos-cuanticos.com/2012/05/08/los-paradigmas-de-kuhn/#comment-2951

    http://cuentos-cuanticos.com/2012/05/31/hoy-me-dio-por-ser-honesto/#comment-3153

    1-Buscando alternativa que emanen de las bases experimentales que tenemos explicadas.

    2-De las que están explicadas; pero de una forma que no nos complace mucho; pero donde si partimos de algo experimental. Es decir, no de lógica formal…
    http://www.youtube.com/watch?v=fUZZgDOrY30
    http://es.wikipedia.org/wiki/Entrelazamiento_cu%C3%A1ntico
    http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Aharonov-Bohm

    3-Y de las que no les hemos encontrado explicaciones; como esta curva (algo parecido al problema del cuerpo negro).

    http://thebigblogtheoryesp.wordpress.com/category/comunicado/
    O la numerología del SM, ¡cuantos números sin una relación, una síntesis, o unos símbolos (físicos-matemáticos) que los sinteticen con vergueta física! Que los humanos no le hayamos encontrado relación, no significa que en la naturaleza no tengan una, bien estrecha y definida.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_est%C3%A1ndar_de_f%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas

  12. HEKTHOR

    sería del todo interesante que proporcionaras algunos artículos o libros y novelas de ciencia ficción al respecto para mayor comprensión y profundidad sobre el tema. GRacias

  13. Amigo mío:

    Lo cierto es que, la Ciencia Ficción, aunque no pocas veces a sido la precursora de lo que luego vendría, un adelanto de los posibles futuros. Nunca se puede poner junto a la Ciencia autoconsistente y mil veces comprobada, son dos cosas distintas y, explicando una y leyendo la otra, nunca podrán tener una relación efectiva y cierta de igualdad.

    Bien está expandir la mente imaginando lo que podría ser, no pocas veces nos sirve de evasión para aquietar nuestra frustración. Sin embargo, la Cienca, no es especular sino que, por el contrario, es demostrar que esto o aquello es posible en función de…

    El amigo Tom Wood es un físico innovador que quiere dejar atrás la física del pasado, en la que llevamos anclado más de 100 años pero, su teoría Luz-Luz, está en embrión y debe crecer para que tome forma y pueda, si las cosas le salen bien, sorprender al mundo.

    Así lo espero.

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