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Una introducción a la Teoría de la Relatividad

      

Hace un poco más de un siglo, un joven desconocido para el grupo de científicos de la época,  publicaba una de las teorías físicas más revolucionarias, que cambió para siempre la concepción que los hombres tenía sobre el espacio y el tiempo: el joven científico se llamaba Albert Einstein y su teoría era la de la relatividad, compuesta por dos postulados: la Relatividad Especial y la Relatividad General. ¿Qué significó para la física esta teoría y cuáles fueron sus características? Te contamos todo esto y más en este especial de Teorías del conocimiento.

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Para las Ciencias Físicas, hubo un quiebre en el momento en el que se postuló la Teoría de la Relatividad de Einstein y es por ello, que los estudiantes y profesionales de esta área deben estudiarla y conocerla, dado que explica numerosos fenómenos de la realidad. Aunque a lo largo de la historia fue puesta en duda centenares de veces, se ha reconocido su valor y las ideas que aportó a área, que tuvo que ser repensada desde nuevas perspectivas.

A través de esta nueva teoría, cambiaron los conceptos de espacio y tiempo que existían desde Newton. El universo infinito fue sustituido por un universo finito que estaba en constante expansión, mediante el Big Bang. La Naturaleza y sus fenómenos tuvieron que reverse desde las bases, y significó una revisión del pensamiento y las teorías de la civilización hasta la fecha.

Si quieres saber más sobre  el cambio de paradigma científico, accede al documento “Einstein y la revolución científica del siglo XX

La Teoría de la Relatividad  de Einstein se publicó en dos etapas: la primera fue publicada en 1905 y se conoce como la Teoría de la Relatividad Especial,  válida para sistemas de referencia inerciales y la segunda es un complemento de la primera, llamada Teoría de la Relatividad Generalizada y publicada en 1915. Ambas teorías pretendían resolver el conflicto científico existente entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo.

Al presentar estas ideas, Einstein comenzaba a competir con los científicos más influyentes de la época, que ni siquiera habían notado la presencia de este joven porque solo era un empleado de una oficina y no se codeaba con los grupos de selectos científicos de la universidad.

Teoría de la Relatividad Especial

Esta teoría fue publicada en 1905 a partir de la observación del movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias, donde se reformulan distintas leyes. En esta teoría Einstein explica su concepción acerca del espacio, el tiempo y el movimiento y surge a partir de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales.

Los postulados principales son dos:

  • Primer postulado - Principio especial de relatividad: Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales. En otras palabras, no existe un sistema inercial de referencia privilegiado, que se pueda considerar como absoluto.
  • Segundo postulado - Invariancia de c: La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, C, que es independiente del movimiento de la fuente de luz.


Mediante estos dos postulados sencillos, el científico extrae la idea de que a partir de relaciones matemáticas y ecuaciones sobre la dilatación temporal, se puede demostrar que el tiempo es diferente dependiendo de la velocidad. Los sucesos que parecen simultáneos a ojos de un observador, no lo son de igual formal para otros observadores.

Por ser una aproximación a la Teoría, no corresponde que hablemos de las complejas fórmulas y ecuaciones que nos hacen llegar a los postulados, pero si quieres conocerlas, puedes acceder a la página La teoría de la relatividad especial, explicada de manera sencilla que ofrece Gizmodo.

Lo interesante de la publicación de estos postulados fue el cambio radical que significó para la ciencia, dado que la humanidad dejó de comprender el tiempo como una constante y pasó a entenderlo como una variable, al igual que el espacio.

Relatividad General

Esta teoría fue una complementación de la primera, publicada en 1915, y remplaza la gravedad newtoniana, tratando este tema y los sistemas de referencia generales. Se la denomina Relatividad General porque generaliza la llamada Teoría Especial de la Relatividad, donde se introducen el principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado.

Desde la postulación de la primera teoría, las ya existentes entraron en contradicción con el nuevo modelo, lo que llevó a Einstein a la creación de uno nuevo. El mismo posee tres postulados esenciales:

  • El principio general de covariancia: las leyes de la Física deben tomar la misma forma matemática en todos los sistemas de coordenadas.
  • El principio de equivalencia o de invariancia local de Lorentz: las leyes de la relatividad especial (espacio plano de Minkowski) se aplican localmente para todos los observadores inerciales.
  • La curvatura del espacio-tiempo es lo que observamos como un campo gravitatorio, en presencia de materia la geometría del espacio-tiempo no es plana sino curva, una partícula en movimiento libre inercial en el seno de un campo gravitatorio sigue una trayectoria geodésica.

 
Las ecuaciones de Einstein poseen una complejidad muy grande, porque constituyen un sistema de 10 ecuaciones diferenciales no lineales independientes, que representan una dificultad a la hora de ser planteadas; solo se pudieron hallar en la práctica algunas soluciones exactas. Si quieres acercarte más a algunas ecuaciones y fórmulas, visita la página Diez preguntas para entender la teoría de la relatividad general de Einstein de Sinc.

Entre las soluciones encontradas se puede destacar la Métrica de Kerr, que describe  el campo gravitatorio de un astro en rotación. Otra solución fue la métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker, un conjunto paramétrico de soluciones asociadas a la teoría del Big Bang y también se puede destacar la solución del universo de Gödel, que fue un estímulo para buscar soluciones más generales de las ecuaciones.

La Teoría de la Relatividad General fue comprobada en el año 1919, por Sir Arthur Eddington, tras la observación de un eclipse total de Sol, donde se mostró que la luz proveniente de estrellas lejanas se curvaba al pasar cerca del campo gravitatorio solar, alterando la posición aparente de las estrellas cercanas al disco del Sol.

Te dejamos un video muy ilustrativo para que puedas aproximarte aún más a la Teoría de la Relatividad de Einstein:



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