Aquí hay una maravillosa «explicación» de la fórmula más famosa de Einstein por parte del profesor Amedeo Balbi, astrofísico de la Universidad Tor Vergata en Roma.
Comprender la relatividad es esencial para comprender como funciona el universo. Puede parecer un tema difícil y, de hecho, el artículo no será suficiente para comprender todas las matemáticas de la teoría de Einstein. De hecho, los conceptos básicos de la relatividad se pueden entender con bastante facilidad. con ejemplos. Aquí hay una interesante «explicación» editada. por el profesor Amedeo Balbi de la Universidad Tor Vergata de Roma.
La teoría especial de la relatividad
Muchos creen que detrás de la idea de la relatividad está la verdad que todo es relativo. De hecho, es todo lo contrario: Einstein quería una ley que se aplicara a todos, sin importar en qué sistema de referencia se encuentre. su fórmula, E = mc2Va exactamente en esa dirección. De hecho, el primero en explicar que las leyes de la física deberían ser las mismas para todos. Galileo fue. Imagina que te encontraste en la bodega del barco. No puedes mirar, pero quieres intentar ver si el barco se mueve. Galileo entendió que ningún experimento le permitiría saber si un barco se movía o no. Entonces, para Galileo, había ciertos sistemas de referencia llamados autolimitacion (como un barco, de hecho), o sistemas de referencia que viajan a una velocidad constante y no cambian de dirección.
En estos sistemas, las leyes de la física eran las mismas para todos, y esta idea funcionó muy bien durante mucho tiempo, siempre que se limitara a la mecánica. Pero cuando resulta Electromagnetismo Y empezaron las consideraciones sobre las ondas electromagnéticas (y por tanto con la luz), la cosa ya no va bien. Las leyes del electromagnetismo no se pueden escribir de manera similar para todos los marcos de referencia inerciales. Aquí es donde entró Einstein: pensó en una onda electromagnética como un balancearse que se propaga a cierta velocidad (a la velocidad de la luz). Pasará Si corres tras una onda electromagnética? Ya no veo el columpio, la luz se apagará. Entonces Einstein tuvo una idea: que la velocidad de la luz era lo mismo para todos Observadores, no ha cambiado. Pero volvamos a la nave de Galileo.
La velocidad de la luz
Si estás dentro de un barco que se mueve a cierta velocidad en relación con el puerto y lanzas una pelota que se mueve a cierta velocidad en relación con el barco, entonces, para alguien que mira desde afuera, la pelota se moverá tan rápido como se mueve el barco. La pelota está dentro del barco además de la velocidad del barco mismo. Así que estas dos velocidades agregan. Bueno, Einstein con la luz tiene esa cosa. Eso no se suponía que pasara. Si enciendes una luz dentro de un barco o tren en movimiento, la luz se mueve con respecto a ti a cierta velocidad (300 000 km/s, la velocidad de la luz). Para alguien que mira desde afuera, la luz se mueve exactamente a la misma velocidad, 300 000 km/s, por lo que la velocidad de la luz no se suma a la velocidad del sistema en movimiento. Parece una consideración tonta, pero en realidad tiene graves consecuencias para el clima.
Tomemos otro ejemplo: imaginemos que tenemos Vidrio de arena un poco especial Está hecho de dos espejos y hay un haz de luz que rebota entre cada espejo. Así podemos calcular el paso del tiempo por la oscilación de la luz entre un espejo y otro. Ahora usemos este reloj de arena para medir el tiempo en nuestro marco de referencia: la distancia entre un espejo y otro, dividida por la velocidad de la luz, nos dice el tiempo que pasa entre uno y otro. Entonces imaginemos que estamos mirando este reloj de arena luminoso que se mueve con respecto a nosotros. Ahora el camino que debe recorrer la luz es más largo, pero Einstein dijo que la velocidad de la luz debe permanecer Siempre lo mismo. Entonces, si tiene que viajar una distancia más larga a la misma velocidad, el tiempo debe ser mas largo. Entonces, si vemos el mismo reloj de arena moviéndose en relación con nosotros, el tiempo fluirá más lentamente. Esta es una consecuencia increíble de la relatividad: los relojes que se mueven para nosotros marcan más lento que los relojes que permanecen estacionarios. Pero hay otra consecuencia igualmente extraña, relacionada con las longitudes.
No hay eventos simultáneos.
Imagina que estás dentro de un cohete en movimiento. partió de la Tierra y quiere llegar a Alpha Centauri. Desde el punto de vista de los que están dentro, pasa menos tiempo que desde los que miran desde fuera. ¿Por qué? La explicación es que las longitudes se han acortado para el observador en movimiento. Los que están dentro del cohete miden una distancia más corta. Entre la Tierra y Alfa Centauro. La distancia se acorta porque te estás moviendo en esa dirección a una velocidad muy alta. En cambio, los de afuera ven que el misil se está quedando corto.
vamos a resumirEl tiempo y el lugar dependen del estado de movimiento del observador. Las horas que se mueven para mí son cada vez más lentas y las cosas que se mueven para mí se acortan. Además, no hay más eventos simultáneos. Imagina que estás en la posición habitual del barco habitual y colócate exactamente a mitad de camino entre los dos extremos de la bodega y desde allí dispara los dos haces de luz en direcciones opuestas. Para ti, la distancia que tienen que recorrer los rayos es exactamente la misma, por lo que lleva la misma cantidad de tiempo llegar a un lado del barco que al otro. El rayo de luz llega sincrónicamente a cualquiera que mire el mismo objeto desde el exterior. El barco se mueve, pero la luz siempre viaja exactamente a la misma velocidad, por lo que un rayo llega antes que el otro. El que viaja hacia la popa del barco llega antes que el que viaja hacia la proa. Entonces los eventos no suceden simultáneamente.
Todo esto se basa en la suposición de que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores. Esta fue la gran idea de Einstein detrás de la relatividad especial: logró escribir las leyes del electromagnetismo de tal manera que fueran las mismas para todos los observadores en todos los marcos de referencia moviéndose a una velocidad constante en línea recta. En cambio, para entender lo que está pasando con los sistemas señal aceleradaEspecíficamente, existe la teoría general de la relatividad. circular Resultados restringidos.
La teoría general de la relatividad
Para entender la idea básica detrás de esto. La teoría general de la relatividad Para Einstein necesitamos un martillo y papel. Si los dejas y te preguntan quién aterriza primero, responderás enseguida. martillo. De hecho, las cosas son así en la Tierra, porque están allí resistencia del aireEntonces llegará el papel. después. Pero si podemos hacer este experimento en el vacío, los dos objetos aterrizarán simultáneamente. Es un experimento realizado por astronautas en una de las misiones Apolo a la Luna. A falta de aire, plumas y martillo de tierra Al mismo tiempo (aquí está el vídeo). Esto se debe a la aceleración con la que caen los objetos en un campo gravitatorio. independiente del grupo de cosas. Hay un experimento famoso, que es cuerpos cayendocon el que Galileo (o cualquier otro) aparentemente mostró que una bola de plomo y una bola de madera llegan al suelo al mismo tiempo y, por lo tanto, están sujetas a misma aceleración del campo gravitatorio de la Tierra. En esencia, la aceleración de una caída en un campo gravitatorio no depende de la masa de los objetos.
La idea más brillante de Einstein
A partir de aquí, Einstein comenzó a desarrollar «las ideas más brillantes de su vida». Imagina que estás dentro de una habitación cerrada. flotando en el vacío Desde el espacio, lejos de cualquier masa y campo gravitatorio. Obviamente si estás dentro de esta habitación tomas el martillo de siempre y el papel de siempre y los dejas, que son los dos objetos Flotar Porque no hay campos gravitatorios. Pero, ¿y si la habitación Él cae en el campo gravitatorio? Tú, el martillo, el papel y la habitación en sí tendrán exactamente la misma aceleración, por lo que desde tu punto de vista todo será exactamente igual a lo que sucedió dentro de la habitación cuando estaba lejos de cualquier masa y campo gravitatorio. Verás las cosas flotar libremente y a ti mismo No sentirás tu peso. Y no porque estés lejos del campo gravitatorio, sino porque estás gota en el campo gravitatorio. Entonces, en cierto sentido, la aceleración de una caída en un campo gravitacional es supresión propio campo gravitatorio.
Tomemos otro ejemplo. Si estás dentro de un cohete ascendente acelerado, lo que estás experimentando es un exceso de peso, sienta presión en el piso del cohete. Entonces, la aceleración de un cohete, desde su punto de vista, es indistinguible de su aceleración en un campo gravitatorio. Esta fue la brillante idea de Einstein: tratar con marcos de referencia aceleración como sistemas de referencia autolimitaciónPero hay gravedad. Una consecuencia de esta idea es que área de curvas de masa. Pero, ¿qué significa exactamente esta cosa?
área de curvas de masa
Volvamos al ejemplo de un sistema de referencia separado de cualquier campo gravitatorio. Si dentro de la cámara flotante Enciende el láser Liberará un haz de luz y se extenderá por la habitación en una línea perfectamente recta. Ahora imagina que este sistema está en caída libre en un campo gravitacional. De nuevo te encontrarás en una situación indistinguible, porque para ti la luz seguirá propagándose en línea recta, como lo hacía cuando estabas lejos de cualquier campo. Ahora, sin embargo, imagina Mira la escena desde el exterior.. Luz moviéndose alrededor de la habitación, para un observador externo, en realidad no camino curvo.
ahi esta la idea curvatura del espacio En un campo gravitatorio: los rayos de luz siguen un camino No directamente, pero es curvo. Cualquier atención, no es que no siempre se propaguen por el camino más corto entre dos puntos, es simplemente espacio eso ya no es plano Como en el caso de la ingravidez. Entonces, mientras buscaba una manera de escribir las leyes de la física que son las mismas para todos los sistemas de referencia (incluido el acelerador), Einstein llegó a otra conclusión. era posible describir Peligro (que hasta ahora se consideraba una fuerza de atracción entre las masas) como como resultado de la curvatura del espacio. En otras palabras: una masa dobla el espacio circundante, por lo que otros objetos siguen los caminos más cortos en este espacio ahora curvo. Que es exactamente lo que les sucede a los planetas que giran alrededor del sol.
