2.3 teoria de la relatividad
La Relatividad, es la
teoría desarrollada a principios del siglo XX, que originalmente pretendía explicar ciertas anomalías en el
concepto de movimiento relativo, pero que en su evolución se ha convertido en una de las teorías
básicas más importantes en las ciencias físicas.
Esta teoría,
desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, fue la base para que los
físicos demostraran la unidad esencial
de la materia y la energía, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitación y los
efectos de la aceleración de un sistema.
La teoría de la relatividad esta compuesta a grandes rasgos por
dos grandes teorías (la de la relatividad
especial y la de la relatividad
general)
formuladas por Albert Einstein a principios del
siglo XX, que pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica
newtoniana y el
electromagnetismo.
La primera teoría, publicada en 1905, trata
de la física del movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias, en el que se hacían
compatibles las ecuaciones
de Maxwell del electromagnetismo
con una reformulación de las leyes del movimiento. La segunda, de 1915, es una
teoría de la gravedad que remplaza a la gravedad newtoniana pero coincide numéricamente
con ella en campos gravitatorios débiles. La teoría general
se reduce a la teoría especial en ausencia de campos gravitatorios.
No fue hasta el 7 de marzo de 2010 cuando
fueron mostrados públicamente los manuscritos originales de Einstein por parte
de la Academia Israelí de Ciencias, aunque la teoría se había publicado en
1905. El manuscrito tiene 46 páginas de textos y fórmulas matemáticas
redactadas a mano, y fue donado por Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en 1925 con motivo de
su inauguración.
Relatividad especial
La teoría de la relatividad
especial, también llamada teoría de la relatividad restringida, publicada
por Albert Einstein en 1905, describe la física del movimiento en el marco de un espacio-tiempoplano, describe correctamente el movimiento de los
cuerpos incluso a grandes velocidades y sus interacciones electromagnéticas y
se usa básicamente para estudiar sistemas de referencia inerciales. Estos conceptos fueron
presentados anteriormente por Poincaré y Lorentz, que son considerados como
originadores de la teoría. Si bien la teoría resolvía un buen número de
problemas del electromagnetismo y daba una explicación del experimento de Michelson-Morley, esta teoría no proporciona una descripción
relativista del campo gravitatorio.
Tras la publicación del artículo
de Einstein, la nueva teoría de la relatividad especial fue aceptada en unos
pocos años por la práctica totalidad de los físicos y los matemáticos, de hecho
personas como Poincaré o Lorentz habían estado muy cerca de llegar al mismo
resultado que Einstein. La forma geométrica definitiva de la teoría se debe
a Hermann Minkowski, antiguo profesor de Einstein
en la Politécnica de Zürich; acuñó el término "espacio-tiempo" (Raumzeit) y le dio la forma matemática adecuada.4 El espacio-tiempo
de Minkowski es
una variedad tetradimensionalen la que se entrelazaban de
una manera insoluble las tres dimensiones espaciales y el tiempo. En este
espacio-tiempo de Minkowski, el movimiento de una partícula se representa
mediante sulínea de universo (Weltlinie), una curva cuyos puntos vienen determinados por
cuatro variables distintas: las tres dimensiones espaciales (,,) y el tiempo (). El nuevo esquema de
Minkowski obligó a reinterpretar los conceptos de la métrica existentes hasta
entonces. El concepto tridimensional de punto fue sustituido por el de evento. La magnitud de distancia se reemplaza por la magnitud de intervalo.
Esquema
de la curvatura del espacio-tiempo alrededor de una masa con simetría esférica.
La relatividad general fue
publicada por Einstein en 1915, y fue
presentada como conferencia en la Academia de Ciencias Prusiana el 25 de noviembre. La
teoría generaliza el principio
de relatividad de
Einstein para un observador arbitrario. Esto implica
que las ecuaciones de la teoría deben tener una forma de covariancia más general que la covariancia de Lorentz usada en la teoría de la
relatividad especial. Además de esto, la teoría de la relatividad general
propone que la propia geometría del espacio-tiempo se ve afectada por la
presencia de materia, de lo cual resulta una teoría
relativista delcampo gravitatorio. De hecho la teoría de la
relatividad general predice que el espacio-tiempo no será plano en presencia de
materia y que la curvatura del espacio-tiempo será percibida como un campo
gravitatorio.
Debe notarse que el matemático
alemán David Hilbert escribió e hizo públicas
las ecuaciones de la covarianza antes que Einstein. Ello resultó en no pocas
acusaciones de plagio contra Einstein, pero probablemente sea más, porque es
una teoría (o perspectiva) geométrica. La misma postula que la presencia de
masa o energía «curva» al espacio-tiempo, y esta curvatura afecta la
trayectoria de los cuerpos móviles e incluso la trayectoria de la luz.
Einstein expresó el propósito de
la teoría de la relatividad general para aplicar plenamente el programa
de Ernst Mach de la relativización de
todos los efectos de inercia, incluso añadiendo la
llamada constante
cosmológica a
sus ecuaciones de campo5 para este propósito. Este punto de contacto
real de la influencia de Ernst Mach fue claramente identificado en 1918, cuando
Einstein distingue lo que él bautizó como el principio de Mach (los efectos inerciales se
derivan de la interacción de los cuerpos) del principio de la relatividad
general, que se interpreta ahora como el principio de covarianza general.
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