La Relatividad. Albert Einstein

Como continuación a esta serie de comentarios acerca de la Física teórica, y en concreto, como continuación al post “Simplificación de la historia de la Física”, hablamos hoy brevemente de la archiconocida y en diversos experimentos más que contrastada, Teoría de La Relatividad, de Albert Einstein.

Decíamos entonces, que las Leyes de Newton y su Gravitación Universal se habían revelado perfectamente invariantes a las transformaciones de Galileo, y sus sistemas de referencia. Sin embargo, las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell, a pesar de integrar la cinemática, dinámica, campo eléctrico y magnético en cuatro expresiones matemáticas, sorprendentemente, no se mantenían invariantes ante las transformaciones de Galileo. Es decir, la velocidad de la luz se manifestaba como una constante con independencia del sistema de referencia, a pesar de ser eso, una velocidad en el espacio.

Este problema, fue primeramente abordado por  Hendrik Antoon Lorentz, que para resolver estas inconsistencias, elaboró las transformaciones que llevan su nombre. Las ecuaciones de Maxwell, se mantienen invariantes ante su transformación de sistemas de referencia, en movimiento a velocidad constante (movimiento rectilíneo uniforme). Para ello, tuvo que incluir la velocidad de la luz en las expresiones matemáticas.

En su intención por explicar el cambio de sistema de referencia en las ecuaciones de Maxwell, y la constancia de la velocidad de la luz, muchos científicos plantearon la posibilidad de que La Tierra, y todos los cuerpos del universo, se moviesen a través de un “éter luminífero”, a través del cual se transmitirían las ondas electromagnéticas que describían las ecuaciones de Maxwell. De esta manera, tal éter se movería a una velocidad tal que haría precisamente que la velocidad de la luz permaneciese constante.

En esta línea de estudio, el experimento de Michelson-Morley, pretendía calcular la diferencia de velocidad de propagación de la luz, emitida en dirección perpendicular a La Tierra (luz directa del sol) y en dirección paralela a La Tierra (tangencial a ella, mediante un sistema de espejos acoplados a brazos de 11 metros de longitud) ya que, a consecuencia de su velocidad de rotación debería ser distinta. Y lo mismo en relación a su movimiento de traslación, calcularon la velocidad de la luz en diferentes puntos de la eclíptica, en diferentes estaciones del año. Para sorpresa de ambos, la velocidad de la luz era siempre la misma, lo que arrojaba dos posibilidades: Que La Tierra estuviese en reposo, lo que se sabía erróneo, o que el éter luminífero no existía, lo que aún no daba explicación al fenómeno.

A continuación, Albert Einstein formuló su famosa Teoría de la Relatividad Especial que, apoyada en la transformación de Lorentz, explicaba cómo la velocidad de la luz se mostraba como un máximo de velocidad imposible de rebasar. De hecho, esta transformación está precisamente diseñada para ello, y así lo demuestra Einstein en su Teoría. Además, interpretó físicamente estas transformaciones y sus implicaciones, como que la exigencia de que la velocidad de la luz sea un máximo y constante, implica la contracción del espacio-tiempo de un suceso, percibido en un sistema de referencia inercial a velocidad constante. Tal contracción sería únicamente apreciable a velocidades que se acercan a la de la luz. Estos nuevos conceptos de espacio tiempo alteraban los principios de conservación de la materia y la energía, quedando fusionados ambos en uno sólo. Estos principios eran válidos hasta ahora, en la medida que un sistema ni emite ni absorbe energía, pero si fuera así habría que reformularlos. Ahora, si un objeto absorbe energía, adquiere una masa inercial (m=E/c^2) que se suma a su masa invariante.

En su Teoría de la Relatividad General, Albert Einstein llevó esta transformación de Lorentz a otras ecuaciones, como los movimientos circulares uniformes, o las Leyes de Newton, demostrando que era necesario “retocar” estas expresiones para que fueran invariantes a la transformación, haciendo que la velocidad de la luz fuese inalcanzable gracias a ella. Además, abstrae la transformación de Lorentz al espacio tridimensional y considera al tiempo como una variable más a incluir como variable compleja en la transformación. El cálculo matemático está asociado al espacio cuatridimensional de Minkowski, un continuo NO euclídeo.

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