Teoría de la relatividad de Albert Einstein: qué es, resumen y ejemplos

La teoría de la relatividad que formuló el celebre Albert Einstein es quizás uno de los mayores avances científicos de la humanidad. En la actualidad, y desde que fuera originada o formulada, sigue siendo una fórmula imprescindible para muchos procesos. Pero ¿sabes a qué se corresponde exactamente? Conozcamos ahora más sobre la teoría de la relatividad de Albert Einstein: qué es, resumen y ejemplos.

Teoría de la relatividad de Albert Einstein: qué es, resumen y ejemplos

Albert Einstein publicó en 1905 el primero de dos importantes estudios sobre la teoría de la relatividad , Electrodinámica de los cuerpos en movimiento , en el que negaba la existencia del movimiento absoluto . De hecho, Einstein argumentó que ningún objeto en el universo podría representar un sistema de referencia absoluto y universal fijo con respecto al resto del espacio. Además, cualquier organismo podría considerarse un buen sistema de referencia para el estudio de las leyes sobre el movimiento de los cuerpos.

Para Einstein, el movimiento era un concepto relativo, que podría describirse en cualquier marco de referencia inercial: todos los observadores que describen fenómenos físicos en el marco de referencia llegan a las mismas leyes de la naturaleza. Ésta es la hipótesis fundamental (Principio de relatividad) de toda la teoría de Einstein: para dos observadores que se mueven entre sí a velocidad constante, se aplican las mismas leyes de la naturaleza. Newton ya había establecido las observaciones de Einstein, según el cual «el reposo absoluto no puede determinarse observando la posición de los cuerpos en nuestra región del espacio».

La teoría de la relatividad en palabras simples

La novedad introducida por Einstein consiste en haber establecido que la velocidad de propagación de la luz con respecto a cualquier observador es siempre la misma: 300.000 km / s. El concepto de invariancia de la velocidad de la luz se determinó mediante las ecuaciones de Maxwell , según las cuales la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas se considera una «constante natural» que no cambia si los fenómenos se describen en diferentes sistemas de referencia. Según Einstein, dos observadores que se mueven entre sí miden la misma velocidad de la luz, como lo demostraron los experimentos de Michelson y Morley.

La hipótesis de Einstein estaba en marcado contraste con la física clásica, según el cual solo uno de los observadores podría considerarse en reposo, mientras que el otro habría cometido un error de medición debido a la contracción de Lorentz-Fitzgerald. Para Einstein, por el contrario, ambos observadores podrían considerarse en reposo y cada uno podría realizar su propia medición correctamente, tomando como referencia su propio sistema de coordenadas: de hecho, las coordenadas están conectadas entre sí a través de ecuaciones matemáticas apropiadas, las transformaciones de Lorentz.

Significado y formas de energía

Como consecuencia de la imposibilidad de definir un movimiento absoluto, Einstein cuestionó la posibilidad de definir un tiempo y una masa absolutos. Las transformaciones de Lorentz predijeron que un reloj que se mueve en relación con un observador parecería más lento, mientras que los objetos materiales parecían tener una masa mayor. Por tanto, el principio de tiempo absoluto de la mecánica newtoniana fue reemplazado por el principio de invariancia de la velocidad de la luz con respecto al estado de movimiento del observador.

El descubrimiento del electrón algunos años antes también brindó la posibilidad de verificar la exactitud de las transformaciones de Lorentz.: los electrones emitidos por sustancias radiactivas, de hecho, tienen velocidades similares a la de la luz. Los experimentos confirmaron la hipótesis de Einstein : la masa de un electrón con velocidades similares a las de la luz es mayor que la masa en reposo, exactamente en la medida esperada. El aumento de la masa del electrón se debió a la conversión de energía cinética en masa, según la fórmula E = mc2 .

La teoría de Einstein también se confirmó gracias a experimentos sobre la velocidad de la luz en cuerpos de agua en movimiento y sobre las fuerzas magnéticas en sustancias en movimiento. El abandono del concepto de simultaneidad significa que dos eventos registrados como simultáneos por un observador no lo son para un segundo observador en movimiento con respecto al primero. La evolución de cada partícula u objeto en el universo se describe mediante una línea llamada universal en un espacio de cuatro dimensiones, llamado espacio-tiempo. La distancia (o intervalo) entre dos eventos cualesquiera se puede describir mediante una combinación de intervalos de espacio y tiempo.

Teoría de la relatividad general

En 1915 Einstein formuló la teoría de la relatividad general , también válida para sistemas en movimiento acelerado entre sí. La necesidad de esta teoría vino dada por el aparente contraste entre las leyes de la relatividad y la ley de la gravitación. Para resolver estos conflictos, Einstein desarrolló un nuevo enfoque del concepto de gravedad, basado en el principio de equivalencia . En la nueva formulación, las fuerzas asociadas con la gravedad son equivalentes a las producidas por la aceleración. Por tanto, es teóricamente imposible distinguir los dos tipos de fuerzas. La analogía entre las dos relatividades es evidente: la teoría especial de la relatividad estableció que una persona, dentro de un automóvil a velocidad constante en una carretera suave, no podía saber de ninguna manera si estaba en reposo o en un movimiento rectilíneo uniforme.

Sin embargo, la teoría de la relatividad general afirmaba que una persona, dentro de la máquina en movimiento acelerado, desacelerado o curvilíneo, no podía establecer si las fuerzas que determinaban el movimiento eran de origen gravitacional o si eran fuerzas aceleradoras activadas por otros mecanismos.

Teoría de la relatividad especial

Según la teoría de Einstein, la ley de gravitación de Newton era una hipótesis innecesaria. De hecho, Einstein consideraba que todas las fuerzas, incluida la gravitacional, eran efectos de una aceleración. La hipótesis de Newton, según la cual dos objetos se atraen entre sí con una fuerza proporcional a sus masas, ha sido reemplazada en la relatividad general por la hipótesis de que el espacio-tiempo se curva en la vecindad de cuerpos masivos. La ley de gravitación de Einstein consiste en síntesis en la afirmación de que la línea universal de un cuerpo es una curva que une los distintos puntos del espacio según el camino más corto .

Una teoría que parece más fácil de entender que la teoría de la relatividad general que tiene una formulación matemática compleja, basada en la aplicación del álgebra tensorial y la geometría de Riemann. La famosa afirmación de que solo diez personas en el mundo entendieron la relatividad general de Einstein alude a la dificultad de los conceptos matemáticos que forman la columna vertebral del formalismo de la teoría. Por el contrario, la relatividad especial se basa en cálculos simples, que todos pueden entender.

Cómo ha evolucionado y cómo se aplica la teoría de la relatividad de Einstein

Desde su introducción, la relatividad de Einstein ha encontrado muchas confirmaciones experimentales. Después de 1915, la teoría de la relatividad general fue ampliada por el propio Einstein y desarrollada por científicos como James Jeans, Arthur Eddington, Edward Arthur Milne, Willem de Sitter y Hermann Weyl. Gran parte de su trabajo tenía como objetivo ampliar la teoría para incluir fenómenos electromagnéticos. Muchos estudios posteriores a la formulación de la teoría se han dedicado a la creación de una mecánica cuántica relativista. Además, los físicos han estudiado las consecuencias cosmológicas de la teoría de la relatividad general: muchas líneas de desarrollo eran de hecho posibles en el esquema de axiomas establecido por Einstein. Por ejemplo, la teoría de la relatividad implicaba la posibilidad de que el universo se estuviera expandiendo. Hipótesis que parecía confirmada por los resultados experimentales.