¿Quién hubiera pensado que un pequeño trabajador postal cambiaría?¿Los fundamentos de la ciencia de su tiempo? ¡Pero esto pasó! La teoría de la relatividad de Einstein nos obligó a reconsiderar la visión habitual de la estructura del Universo y abrió nuevas áreas del conocimiento científico.
La mayoría de los descubrimientos científicos se realizan mediante experimentos: los científicos repiten sus experimentos muchas veces para estar seguros de sus resultados. El trabajo se realizaba habitualmente en universidades o laboratorios de investigación de grandes empresas.
Albert Einstein cambió por completo la imagen científica del mundo sin realizar un solo experimento práctico. Sus únicas herramientas eran papel y bolígrafo, y realizaba todos sus experimentos mentalmente.
luz en movimiento
(1879-1955) basó todas sus conclusiones en los resultados de un "experimento mental". Estos experimentos sólo podían realizarse en la imaginación.
Las velocidades de todos los cuerpos en movimiento son relativas. Esto significa que todos los objetos se mueven o permanecen estacionarios sólo en relación con algún otro objeto. Por ejemplo, una persona, inmóvil en relación con la Tierra, al mismo tiempo gira con la Tierra alrededor del Sol. O digamos que una persona camina sobre el vagón de un tren en movimiento en la dirección del movimiento a una velocidad de 3 km/h. El tren se mueve a una velocidad de 60 km/h. En relación con un observador estacionario en el suelo, la velocidad de una persona será de 63 km/h, la velocidad de una persona más la velocidad de un tren. Si estuviera caminando en contra del tráfico, entonces su velocidad relativa a un observador estacionario sería de 57 km/h.
Einstein argumentó que la velocidad de la luz no se puede discutir de esta manera. La velocidad de la luz es siempre constante., independientemente de si la fuente de luz se acerca a usted, se aleja de usted o está parada.
Cuanto más rápido, menos
Desde el principio, Einstein hizo algunas suposiciones sorprendentes. Argumentó que si la velocidad de un objeto se acerca a la velocidad de la luz, su tamaño disminuye y su masa, por el contrario, aumenta. Ningún cuerpo puede acelerarse a una velocidad igual o mayor que la velocidad de la luz.
Su otra conclusión fue aún más sorprendente y parecía contradecir el sentido común. Imagínese que de dos gemelos, uno se quedó en la Tierra, mientras que el otro viajó por el espacio a una velocidad cercana a la de la luz. Han pasado 70 años desde el inicio en la Tierra. Según la teoría de Einstein, a bordo de un barco el tiempo pasa más lentamente y allí, por ejemplo, sólo han pasado diez años. Resulta que el de los gemelos que permaneció en la Tierra llegó a ser sesenta años mayor que el segundo. Este efecto se llama " paradoja de los gemelos" Suena simplemente increíble, pero experimentos de laboratorio han confirmado que la dilatación del tiempo a velocidades cercanas a la de la luz realmente existe.
Conclusión despiadada
La teoría de Einstein también incluye la famosa fórmula. E=mc 2, en el que E es energía, m es masa y c es la velocidad de la luz. Einstein argumentó que la masa se puede convertir en energía pura. Como resultado de la aplicación de este descubrimiento en la vida práctica, aparecieron la energía atómica y la bomba nuclear.
Einstein era un teórico. Dejó a otros los experimentos que se suponía que demostrarían la exactitud de su teoría. Muchos de estos experimentos no pudieron realizarse hasta que se dispusiera de instrumentos de medición suficientemente precisos.
Hechos y eventos
- Se llevó a cabo el siguiente experimento: un avión, en el que estaba instalado un reloj muy preciso, despegó y, volando alrededor de la Tierra a gran velocidad, aterrizó en el mismo punto. Los relojes a bordo del avión estaban una pequeña fracción de segundo detrás de los relojes de la Tierra.
- Si dejas caer una pelota en un ascensor que cae con aceleración de caída libre, la pelota no caerá, sino que parecerá suspendida en el aire. Esto sucede porque la pelota y el elevador caen a la misma velocidad.
- Einstein demostró que la gravedad afecta las propiedades geométricas del espacio-tiempo, lo que a su vez afecta el movimiento de los cuerpos en este espacio. Por lo tanto, dos cuerpos que comienzan a moverse paralelos entre sí eventualmente se encontrarán en un punto.
Doblar el tiempo y el espacio
Diez años más tarde, en 1915-1916, Einstein desarrolló una nueva teoría de la gravedad, a la que llamó teoría general de la relatividad. Sostuvo que la aceleración (cambio de velocidad) actúa sobre los cuerpos de la misma manera que la fuerza de gravedad. Un astronauta no puede determinar por sus sensaciones si un planeta grande lo atrae o si el cohete ha comenzado a disminuir su velocidad.
Si una nave espacial acelera a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, entonces el reloj se ralentiza. Cuanto más rápido se mueve el barco, más lento va el reloj.
Sus diferencias con la teoría de la gravitación de Newton aparecen al estudiar objetos cósmicos con masa enorme, como planetas o estrellas. Los experimentos han confirmado la curvatura de los rayos de luz que pasan cerca de cuerpos de gran masa. En principio, es posible que un campo gravitacional sea tan fuerte que la luz no pueda escapar más allá de él. Este fenómeno se llama " agujero negro" Al parecer se han descubierto "agujeros negros" dentro de algunos sistemas estelares.
Newton argumentó que las órbitas de los planetas alrededor del sol son fijas. La teoría de Einstein predice una lenta rotación adicional de las órbitas de los planetas, asociada a la presencia del campo gravitacional del Sol. La predicción fue confirmada experimentalmente. Este fue realmente un descubrimiento que hizo época. Se modificó la ley de gravitación universal de Sir Isaac Newton.
El comienzo de la carrera armamentista.
El trabajo de Einstein proporcionó la clave de muchos de los secretos de la naturaleza. Influyeron en el desarrollo de muchas ramas de la física, desde la física de partículas elementales hasta la astronomía, la ciencia de la estructura del Universo.
A Einstein no sólo le preocupó la teoría en su vida. En 1914 se convirtió en director del Instituto de Física de Berlín. En 1933, cuando los nazis llegaron al poder en Alemania, él, como judío, tuvo que abandonar este país. Se mudó a Estados Unidos.
En 1939, aunque se oponía a la guerra, Einstein escribió una carta al presidente Roosevelt advirtiéndole que se podía fabricar una bomba que tendría un enorme poder destructivo y que la Alemania nazi ya había comenzado a desarrollarla. El presidente dio la orden de comenzar a trabajar. Esto inició una carrera armamentista.
La teoría general de la relatividad se aplica a todos los sistemas de referencia (y no sólo a aquellos que se mueven a una velocidad constante entre sí) y parece matemáticamente mucho más complicada que la especial (lo que explica el intervalo de once años entre su publicación). Incluye como caso especial la teoría especial de la relatividad (y por tanto las leyes de Newton). Al mismo tiempo, la teoría general de la relatividad va mucho más allá que todas sus predecesoras. En particular, da una nueva interpretación de la gravedad.
La teoría general de la relatividad hace que el mundo sea cuatridimensional: a las tres dimensiones espaciales se suma el tiempo. Las cuatro dimensiones son inseparables, por lo que ya no estamos hablando de la distancia espacial entre dos objetos, como es el caso en el mundo tridimensional, sino de los intervalos espacio-temporales entre eventos, que combinan su distancia entre sí, ambos en el tiempo y en el espacio. Es decir, el espacio y el tiempo son considerados como un continuo espacio-temporal de cuatro dimensiones o, simplemente, espacio-tiempo. En este continuo, los observadores que se mueven entre sí pueden incluso estar en desacuerdo sobre si dos eventos ocurrieron simultáneamente o si uno precedió al otro. Afortunadamente para nuestra pobre mente, no llega al punto de violar las relaciones de causa y efecto, es decir, ni siquiera la teoría general de la relatividad permite la existencia de sistemas de coordenadas en los que dos eventos no ocurren simultáneamente y en diferentes secuencias.
La física clásica consideraba la gravedad como una fuerza ordinaria entre muchas fuerzas naturales (eléctrica, magnética, etc.). A la gravedad se le prescribió una "acción de largo alcance" (penetración "a través del vacío") y la asombrosa capacidad de impartir igual aceleración a cuerpos de diferentes masas.
La ley de gravitación universal de Newton nos dice que entre dos cuerpos cualesquiera del Universo existe una fuerza de atracción mutua. Desde este punto de vista, la Tierra gira alrededor del Sol, ya que entre ellos actúan fuerzas de atracción mutuas.
La relatividad general, sin embargo, nos obliga a mirar este fenómeno de otra manera. Según esta teoría, la gravedad es consecuencia de la deformación (“curvatura”) del tejido elástico del espacio-tiempo bajo la influencia de la masa (cuanto más pesado es un cuerpo, por ejemplo el Sol, más se “dobla” el espacio-tiempo bajo y, en consecuencia, más fuerte será su campo de fuerza gravitacional). Imaginemos una lona muy tensa (una especie de trampolín) sobre la que se coloca una enorme pelota. La lona se deforma bajo el peso de la bola y a su alrededor se forma una depresión en forma de embudo. Según la teoría general de la relatividad, la Tierra gira alrededor del Sol como una pequeña bola lanzada para rodar alrededor del cono de un embudo formado como resultado del "empuje" del espacio-tiempo por una bola pesada: el Sol. Y lo que nos parece la fuerza de la gravedad es, de hecho, esencialmente una manifestación puramente externa de la curvatura del espacio-tiempo, y no una fuerza en absoluto en el sentido newtoniano. Hasta la fecha, no nos ofrece mejor explicación de la naturaleza de la gravedad que la teoría general de la relatividad.
Primero, se discute la igualdad de las aceleraciones gravitacionales para cuerpos de diferentes masas (el hecho de que una llave masiva y una cerilla ligera caen con la misma rapidez de la mesa al suelo). Como señaló Einstein, esta propiedad única hace que la gravedad sea muy similar a la inercia.
De hecho, la llave y la cerilla se comportan como si se movieran en ingravidez por inercia, y el suelo de la habitación se moviera hacia ellos con aceleración. Al alcanzar la llave y el partido, el suelo experimentaría su impacto y luego la presión, porque la inercia de la llave y la cerilla tendría un efecto sobre una mayor aceleración del suelo.
Esta presión (los cosmonautas dicen "sobrecarga") se llama fuerza de inercia. Esta fuerza siempre se aplica a cuerpos en sistemas de referencia acelerados.
Si un cohete vuela con una aceleración igual a la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre (9,81 m/seg), entonces la fuerza de inercia desempeñará el papel del peso de la llave y la cerilla. Su gravedad "artificial" será exactamente la misma que la natural en la superficie de la Tierra. Esto significa que la aceleración del sistema de referencia es un fenómeno bastante similar a la gravedad.
Por el contrario, en un ascensor en caída libre, la gravedad natural es eliminada por el movimiento acelerado del sistema de referencia de la cabina "en busca" de la llave y la cerilla. Por supuesto, la física clásica no ve el verdadero surgimiento y desaparición de la gravedad en estos ejemplos. La gravedad sólo se imita o compensa mediante la aceleración. Pero en la relatividad general se reconoce que la similitud entre inercia y gravedad es mucho más profunda.
Einstein propuso el principio local de equivalencia de inercia y gravitación, afirmando que en escalas de distancias y duraciones suficientemente pequeñas un fenómeno no puede distinguirse de otro mediante ningún experimento. Así, la Relatividad General cambió aún más profundamente la comprensión científica del mundo. La primera ley de la dinámica newtoniana perdió su universalidad: resultó que el movimiento por inercia puede ser curvilíneo y acelerado. Ya no era necesario el concepto de masa pesada. La geometría del Universo ha cambiado: en lugar del espacio euclidiano recto y el tiempo uniforme, ha aparecido el espacio-tiempo curvo, un mundo curvo. La historia de la ciencia nunca ha conocido una reestructuración tan dramática de las opiniones sobre los fundamentos físicos del universo.
Probar la relatividad general es difícil porque, en condiciones normales de laboratorio, sus resultados son casi exactamente los mismos que predice la ley de gravedad de Newton. Sin embargo, se llevaron a cabo varios experimentos importantes y sus resultados nos permiten considerar confirmada la teoría. Además, la teoría general de la relatividad ayuda a explicar los fenómenos que observamos en el espacio, un ejemplo es un rayo de luz que pasa cerca del Sol. Tanto la mecánica newtoniana como la relatividad general reconocen que éste debe desviarse hacia el Sol (caída). Sin embargo, la relatividad general predice el doble de desplazamiento del haz. Las observaciones durante los eclipses solares demostraron que la predicción de Einstein era correcta. Otro ejemplo. El planeta Mercurio, el más cercano al Sol, presenta ligeras desviaciones de su órbita estacionaria, inexplicables desde el punto de vista de la mecánica clásica newtoniana. Pero esta es exactamente la órbita que da el cálculo utilizando las fórmulas de la relatividad general. La dilatación del tiempo en un fuerte campo gravitacional explica la disminución de la frecuencia de las oscilaciones de la luz en la radiación de las enanas blancas, estrellas de muy alta densidad. Y en los últimos años este efecto se ha registrado en condiciones de laboratorio. Finalmente, el papel de la relatividad general es muy importante en la cosmología moderna: la ciencia de la estructura y la historia de todo el Universo. En este campo del conocimiento también se han encontrado muchas pruebas de la teoría de la gravedad de Einstein. De hecho, los resultados predichos por la relatividad general difieren notablemente de los predichos por las leyes de Newton sólo en presencia de campos gravitacionales superfuertes. Esto significa que para probar plenamente la teoría general de la relatividad, necesitamos mediciones ultraprecisas de objetos muy masivos o agujeros negros, a los que ninguna de nuestras ideas intuitivas habituales es aplicable. Por tanto, el desarrollo de nuevos métodos experimentales para comprobar la teoría de la relatividad sigue siendo una de las tareas más importantes de la física experimental.
Ya a finales del siglo XIX, la mayoría de los científicos se inclinaban por el punto de vista de que la imagen física del mundo estaba básicamente construida y permanecería inquebrantable en el futuro; sólo quedaban por aclarar los detalles. Pero en las primeras décadas del siglo XX, las opiniones físicas cambiaron radicalmente. Esta fue la consecuencia de una “cascada” de descubrimientos científicos realizados durante un período histórico extremadamente corto, que abarcó los últimos años del siglo XIX y las primeras décadas del XX, muchos de los cuales eran completamente inconsistentes con la comprensión de la experiencia humana ordinaria. Un ejemplo sorprendente es la teoría de la relatividad creada por Albert Einstein (1879-1955).
Teoría de la relatividad- teoría física del espacio-tiempo, es decir, una teoría que describe las propiedades universales del espacio-tiempo de los procesos físicos. El término fue introducido en 1906 por Max Planck para enfatizar el papel del principio de relatividad.
en la relatividad especial (y, más tarde, en la relatividad general).
En un sentido estricto, la teoría de la relatividad incluye la relatividad especial y general. Teoría especial de la relatividad(en adelante, SRT) se refiere a procesos en cuyo estudio se pueden despreciar los campos gravitacionales; teoría general de la relatividad(en adelante GTR) es una teoría de la gravitación que generaliza la de Newton.
Especial, o teoría especial de la relatividad
es una teoría de la estructura del espacio-tiempo. Fue introducido por primera vez en 1905 por Albert Einstein en su obra "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". La teoría describe el movimiento, las leyes de la mecánica, así como las relaciones espacio-temporales que las determinan, a cualquier velocidad de movimiento,
incluidos aquellos cercanos a la velocidad de la luz. Mecánica newtoniana clásica
en el marco de SRT, es una aproximación para bajas velocidades.
Una de las razones del éxito de Albert Einstein es que valoraba los datos experimentales por encima de los datos teóricos. Cuando una serie de experimentos revelaron resultados que contradecían la teoría generalmente aceptada, muchos físicos decidieron que estos experimentos estaban equivocados.
Albert Einstein fue uno de los primeros que decidió construir una nueva teoría basada en nuevos datos experimentales.
A finales del siglo XIX, los físicos buscaban el misterioso éter, un medio en el que, según suposiciones generalmente aceptadas, las ondas de luz deberían propagarse, al igual que las ondas acústicas, para cuya propagación se necesita aire u otro medio, sólido, líquido o gaseoso. La creencia en la existencia del éter llevó a la creencia de que la velocidad de la luz debería variar en función de la velocidad del observador en relación con el éter. Albert Einstein abandonó el concepto de éter y asumió que todas las leyes físicas, incluida la velocidad de la luz, permanecen sin cambios independientemente de la velocidad del observador, como lo demostraron los experimentos.
La SRT explicó cómo interpretar movimientos entre diferentes sistemas de referencia inerciales; en pocas palabras, objetos que se mueven a una velocidad constante entre sí. Einstein explicó que cuando dos objetos se mueven a velocidad constante, se debe considerar su movimiento entre sí, en lugar de tomar uno de ellos como marco de referencia absoluto. Entonces, si dos astronautas vuelan en dos naves espaciales y quieren comparar sus observaciones, lo único que necesitan saber es la velocidad relativa entre sí.
La teoría especial de la relatividad considera sólo un caso especial (de ahí el nombre), cuando el movimiento es rectilíneo y uniforme.
Basándose en la imposibilidad de detectar el movimiento absoluto, Albert Einstein concluyó que todos los sistemas de referencia inerciales son iguales. Formuló dos postulados más importantes que formaron la base de una nueva teoría del espacio y el tiempo, llamada Teoría Especial de la Relatividad (STR):
1. El principio de relatividad de Einstein - este principio era una generalización del principio de relatividad de Galileo (establece lo mismo, pero no para todas las leyes de la naturaleza, sino sólo para las leyes de la mecánica clásica, dejando abierta la cuestión de la aplicabilidad del principio de relatividad a la óptica y la electrodinámica) a cualquier físico. Se lee: Todos los procesos físicos bajo las mismas condiciones en sistemas de referencia inercial (IRS) proceden de la misma manera.. Esto significa que ningún experimento físico realizado dentro de un ISO cerrado puede determinar si está en reposo o se mueve de manera uniforme y rectilínea. Por tanto, todas las IFR son completamente iguales y las leyes físicas son invariantes con respecto a la elección de las IFR (es decir, las ecuaciones que expresan estas leyes tienen la misma forma en todos los sistemas de referencia inercial).
2. El principio de la constancia de la velocidad de la luz.- la velocidad de la luz en el vacío es constante y no depende del movimiento de la fuente y el receptor de la luz. Es igual en todas las direcciones y en todos los sistemas de referencia inerciales. La velocidad de la luz en el vacío es la velocidad límite en la naturaleza. esta es una de las constantes físicas más importantes, las llamadas constantes mundiales.
La consecuencia más importante de la TER fue la famosa la fórmula de einstein sobre la relación entre masa y energía E=mc 2 (donde C es la velocidad de la luz), que mostró la unidad del espacio y el tiempo, expresada en un cambio conjunto de sus características en función de la concentración de masas y su movimiento y confirmada por los datos de la física moderna. El tiempo y el espacio dejaron de considerarse independientemente uno del otro y surgió la idea de un continuo cuatridimensional espacio-tiempo.
Según la teoría del gran físico, cuando aumenta la velocidad de un cuerpo material, acercándose a la velocidad de la luz, también aumenta su masa. Aquellos. Cuanto más rápido se mueve un objeto, más pesado se vuelve. Si se alcanza la velocidad de la luz, la masa del cuerpo, así como su energía, se vuelven infinitas. Cuanto más pesado es el cuerpo, más difícil resulta aumentar su velocidad; Acelerar un cuerpo con masa infinita requiere una cantidad infinita de energía, por lo que es imposible que los objetos materiales alcancen la velocidad de la luz.
En la teoría de la relatividad, “dos leyes, la ley de conservación de la masa y la conservación de la energía, perdieron su validez independientemente entre sí y resultaron combinadas en una sola ley, que se puede llamar ley de conservación de la energía o masa." Gracias a la conexión fundamental entre estos dos conceptos, la materia se puede convertir en energía y viceversa: energía en materia.
Teoría general de la relatividad- una teoría de la gravedad publicada por Einstein en 1916, en la que trabajó durante 10 años. Es un desarrollo posterior de la teoría especial de la relatividad. Si un cuerpo material acelera o gira hacia un lado, las leyes de STR ya no se aplican. Entonces entra en vigor el GTR, que explica los movimientos de los cuerpos materiales en el caso general.
La teoría general de la relatividad postula que los efectos gravitacionales no son causados por la interacción de fuerzas de cuerpos y campos, sino por la deformación del propio espacio-tiempo en el que se encuentran. Esta deformación está relacionada, en parte, con la presencia de masa-energía.
La relatividad general es actualmente la teoría de la gravedad más exitosa y está bien respaldada por observaciones. GR generalizó SR a los acelerados, es decir, Sistemas no inerciales. Los principios básicos de la relatividad general se reducen a lo siguiente:
- limitación de la aplicabilidad del principio de constancia de la velocidad de la luz a regiones donde las fuerzas gravitacionales pueden despreciarse(donde la gravedad es alta, la velocidad de la luz disminuye);
- extensión del principio de relatividad a todos los sistemas en movimiento(y no sólo los inerciales).
En GTR, o teoría de la gravedad, también se parte del hecho experimental de la equivalencia de masas inerciales y gravitacionales, o de la equivalencia de campos inerciales y gravitacionales.
El principio de equivalencia juega un papel importante en la ciencia. Siempre podemos calcular directamente el efecto de las fuerzas de inercia sobre cualquier sistema físico, y esto nos da la oportunidad de conocer el efecto del campo gravitacional, haciendo abstracción de su heterogeneidad, que muchas veces es muy insignificante.
Se obtuvieron varias conclusiones importantes de la relatividad general:
1. Las propiedades del espacio-tiempo dependen de la materia en movimiento.
2. Un rayo de luz, que tiene una masa inerte y, por tanto, gravitacional, debe curvarse en el campo gravitacional.
3. La frecuencia de la luz bajo la influencia del campo gravitacional debería desplazarse hacia valores más bajos.
Durante mucho tiempo hubo poca evidencia experimental de la relatividad general. La concordancia entre teoría y experimento es bastante buena, pero la pureza de los experimentos se ve perturbada por varios efectos secundarios complejos. Sin embargo, los efectos de la curvatura del espacio-tiempo pueden detectarse incluso en campos gravitacionales moderados. Los relojes muy sensibles, por ejemplo, pueden detectar la dilatación del tiempo en la superficie de la Tierra. Para ampliar la base experimental de la relatividad general, en la segunda mitad del siglo XX se llevaron a cabo nuevos experimentos: se comprobó la equivalencia de las masas inercial y gravitacional (incluso mediante la medición con láser de la Luna);
mediante radar se aclaró el movimiento del perihelio de Mercurio; se midió la desviación gravitacional de las ondas de radio por el Sol y se realizaron radares en los planetas del Sistema Solar; se evaluó la influencia del campo gravitacional del Sol en las comunicaciones por radio con las naves espaciales enviadas a los planetas distantes del sistema solar, etc. Todos ellos, de una forma u otra, confirmaron las predicciones obtenidas sobre la base de la relatividad general.
Así, la teoría especial de la relatividad se basa en los postulados de la constancia de la velocidad de la luz y las mismas leyes de la naturaleza en todos los sistemas físicos, y los principales resultados a los que llega son los siguientes: la relatividad de las propiedades del espacio. -tiempo; relatividad de masa y energía; Equivalencia de masas pesadas e inertes.
El resultado más significativo de la teoría general de la relatividad desde un punto de vista filosófico es el establecimiento de la dependencia de las propiedades espacio-temporales del mundo circundante de la ubicación y el movimiento de las masas gravitantes. Es gracias a la influencia de los cuerpos.
En el caso de masas grandes, las trayectorias de los rayos luminosos se desvían. En consecuencia, el campo gravitacional creado por tales cuerpos determina en última instancia las propiedades espacio-temporales del mundo.
La teoría especial de la relatividad hace abstracción de la acción de los campos gravitacionales y, por tanto, sus conclusiones sólo son aplicables a pequeñas áreas del espacio-tiempo. La diferencia fundamental entre la teoría general de la relatividad y las teorías físicas fundamentales que la precedieron es el rechazo de una serie de conceptos antiguos y la formulación de otros nuevos. Vale la pena decir que la teoría general de la relatividad ha supuesto una auténtica revolución en la cosmología. Sobre esta base surgieron varios modelos del Universo.
SRT, TOE: estas abreviaturas esconden el conocido término "teoría de la relatividad", que es familiar para casi todos. En un lenguaje sencillo todo se puede explicar, incluso la afirmación de un genio, así que no desesperes si no recuerdas el curso de física de tu escuela, porque en realidad todo es mucho más sencillo de lo que parece.
El origen de la teoría.
Entonces, comencemos el curso "La Teoría de la Relatividad para Dummies". Albert Einstein publicó su trabajo en 1905 y causó revuelo entre los científicos. Esta teoría cubrió casi por completo muchas de las lagunas e inconsistencias de la física del siglo pasado, pero, además de todo, revolucionó la idea del espacio y el tiempo. Muchas de las declaraciones de Einstein eran difíciles de creer para sus contemporáneos, pero los experimentos y las investigaciones solo confirmaron las palabras del gran científico.
La teoría de la relatividad de Einstein explicaba en términos simples aquello con lo que la gente había estado luchando durante siglos. Se le puede llamar la base de toda la física moderna. Sin embargo, antes de continuar la conversación sobre la teoría de la relatividad, conviene aclarar la cuestión de los términos. Seguramente muchos, al leer artículos de divulgación científica, se han topado con dos abreviaturas: STO y GTO. De hecho, implican conceptos ligeramente diferentes. La primera es la teoría especial de la relatividad y la segunda significa "relatividad general".
solo algo complicado
STR es una teoría más antigua, que luego pasó a formar parte de GTR. Sólo puede considerar procesos físicos para objetos que se mueven con velocidad uniforme. La teoría general puede describir lo que les sucede a los objetos que se aceleran y también explicar por qué existen las partículas de gravitones y la gravedad.
Si necesita describir el movimiento y también la relación del espacio y el tiempo al acercarse a la velocidad de la luz, la teoría especial de la relatividad puede hacerlo. En palabras sencillas, esto se puede explicar de la siguiente manera: por ejemplo, unos amigos del futuro te regalaron una nave espacial que puede volar a gran velocidad. En el morro de la nave espacial hay un cañón capaz de disparar fotones a todo lo que se ponga delante.
Cuando se dispara un tiro, en relación con el barco estas partículas vuelan a la velocidad de la luz, pero, lógicamente, un observador estacionario debería ver la suma de dos velocidades (los propios fotones y el barco). Pero nada de eso. El observador verá fotones moviéndose a una velocidad de 300.000 m/s, como si la velocidad de la nave fuera cero.
El caso es que no importa qué tan rápido se mueva un objeto, la velocidad de la luz para él es un valor constante.
Esta afirmación es la base de conclusiones lógicas sorprendentes, como ralentizar y distorsionar el tiempo, dependiendo de la masa y la velocidad del objeto. Las tramas de muchas películas y series de televisión de ciencia ficción se basan en esto.
Teoría general de la relatividad
En un lenguaje sencillo se puede explicar una relatividad general más voluminosa. Para empezar, debemos tener en cuenta que nuestro espacio es de cuatro dimensiones. El tiempo y el espacio están unidos en un "sujeto" como el "continuo espacio-tiempo". En nuestro espacio existen cuatro ejes de coordenadas: x, y, z y t.
Pero los humanos no pueden percibir directamente cuatro dimensiones, del mismo modo que una hipotética persona plana que vive en un mundo bidimensional no puede mirar hacia arriba. De hecho, nuestro mundo es sólo una proyección del espacio de cuatro dimensiones en un espacio de tres dimensiones.
Un dato interesante es que, según la teoría general de la relatividad, los cuerpos no cambian cuando se mueven. De hecho, los objetos del mundo de cuatro dimensiones siempre permanecen sin cambios, y cuando se mueven, solo cambian sus proyecciones, lo que percibimos como una distorsión del tiempo, una reducción o un aumento de tamaño, etc.
Experimento del ascensor
La teoría de la relatividad se puede explicar en términos sencillos mediante un pequeño experimento mental. Imagina que estás en un ascensor. La cabina empezó a moverse y te encontraste en un estado de ingravidez. ¿Qué pasó? Puede haber dos razones: o el ascensor está en el espacio o está en caída libre bajo la influencia de la gravedad del planeta. Lo más interesante es que es imposible descubrir la causa de la ingravidez si no es posible mirar fuera de la cabina del ascensor, es decir, ambos procesos parecen iguales.
Quizás, después de realizar un experimento mental similar, Albert Einstein llegó a la conclusión de que si estas dos situaciones son indistinguibles entre sí, entonces, en realidad, un cuerpo bajo la influencia de la gravedad no se acelera, sino un movimiento uniforme que se curva bajo la influencia. de un cuerpo masivo (en este caso un planeta). Por tanto, el movimiento acelerado es sólo una proyección del movimiento uniforme en el espacio tridimensional.
Un buen ejemplo
Otro buen ejemplo sobre el tema "Relatividad para tontos". No es del todo correcto, pero es muy sencillo y claro. Si colocas cualquier objeto sobre una tela estirada, se forma una “desviación” o un “embudo” debajo. Todos los cuerpos más pequeños se verán obligados a distorsionar su trayectoria de acuerdo con la nueva curva del espacio, y si el cuerpo tiene poca energía, es posible que no supere este embudo en absoluto. Sin embargo, desde el punto de vista del propio objeto en movimiento, la trayectoria sigue siendo recta; no sentirán la curvatura del espacio.
Gravedad "degradada"
Con el advenimiento de la teoría general de la relatividad, la gravedad ha dejado de ser una fuerza y ahora se contenta con ser una simple consecuencia de la curvatura del tiempo y el espacio. La relatividad general puede parecer fantástica, pero es una versión funcional y está confirmada por experimentos.
La teoría de la relatividad puede explicar muchas cosas aparentemente increíbles de nuestro mundo. En términos simples, estas cosas se denominan consecuencias de la relatividad general. Por ejemplo, los rayos de luz que vuelan cerca de cuerpos masivos están desviados. Además, muchos objetos del espacio profundo están ocultos unos detrás de otros, pero debido al hecho de que los rayos de luz rodean otros cuerpos, objetos aparentemente invisibles son accesibles a nuestros ojos (más precisamente, a los ojos de un telescopio). Es como mirar a través de las paredes.
Cuanto mayor es la gravedad, más lento fluye el tiempo sobre la superficie de un objeto. Esto no sólo se aplica a cuerpos masivos como estrellas de neutrones o agujeros negros. El efecto de la dilatación del tiempo se puede observar incluso en la Tierra. Por ejemplo, los dispositivos de navegación por satélite están equipados con relojes atómicos de alta precisión. Están en órbita de nuestro planeta y el tiempo pasa un poco más rápido allí. Las centésimas de segundo en un día sumarán una cifra que dará hasta 10 kilómetros de error en los cálculos de rutas en la Tierra. Es la teoría de la relatividad la que nos permite calcular este error.
En términos simples, podemos decirlo de esta manera: la relatividad general es la base de muchas tecnologías modernas y, gracias a Einstein, podemos encontrar fácilmente una pizzería y una biblioteca en un área desconocida.
