Teoría General de la Relatividad
Universo y física cuántica
· La aportación de Albert Einstein con su teoría de la relatividad supuso un cambio drástico a la hora de interpretar y comprender todos los fenómenos básicos de la física cuántica.
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10/5/2024 ― La teoría de la relatividad con una explicación fácil es un reto complicado, pero me voy a meter en charco para intentar que, de forma sencilla, lo comprendas. La teoría de la relatividad es una de las ideas más importantes en la física propuesta por Albert Einstein a principios del siglo XX. En este aspecto todo el mundo está de acuerdo, no obstante, tal como relato en mi libro de física cuántica «Por qué brillan las estrellas», la genialidad del maestro estuvo al imaginar que el tiempo era relativo. Un aspecto difícil de poder imaginar por una mente humana. Puedes ver el contenido desarrollado en el libro en Amazon física cuántica
La teoría de la relatividad de Einstein explicada de forma fácil para principiantes
La teoría de la relatividad consta de dos partes esenciales: la relatividad especial y la relatividad general. De momento te explicaré la primera, que es más fácil de comprender.
La relatividad especial
La relatividad especial trata sobre cómo el tiempo y el espacio se comportan cuando algo se mueve muy rápido. Einstein descubrió que el tiempo y el espacio no son cosas fijas, sino que pueden cambiar dependiendo de la velocidad a la que te muevas. Esto, tal como te he comentado, es muy difícil de imaginar, pero en el caso que te lo puedas imaginar, es muy complejo de entender.
Supongamos que vas en un tren que viaja a una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz. Para ti, dentro del tren, el tiempo pasa normalmente. Pero para alguien que está fuera del tren, el tiempo dentro del tren parece ir más despacio. Esto se llama dilatación del tiempo.
Te voy a poner un ejemplo práctico. Imagina que tienes un hermano gemelo que se queda en la Tierra y tú te vas en una nave espacial que viaja a una velocidad cercana a la luz. Cuando regreses a la Tierra, habrás envejecido menos que tu hermano gemelo que se quedó aquí. Esto es debido a la dilatación del tiempo.
Otro aspecto importante de la teoría de la relatividad es la contracción de la longitud. A medida que te mueves más rápido, tu longitud en la dirección del movimiento parece más corta para un observador exterior. Él te vería como si te encogieras.
Entonces, la relatividad especial nos dice que el tiempo y el espacio son relativos, y cambian dependiendo de cómo te estés moviendo. Esta idea ha revolucionado nuestra comprensión del universo y ha llevado a descubrimientos increíbles en la física moderna.
Voy a profundizar un poco más en la teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad especial se basa en dos principios fundamentales que te voy a desarrollar un poco más.
Fundamento de la relatividad ― Las leyes de la física son en principio las mismas para todos los observadores. Esto significa que no importa cuánto te estés moviendo, las leyes de la física se aplican de la misma manera. Por ejemplo, si estás en un tren en movimiento y lanzas una pelota hacia arriba, la pelota seguirá una trayectoria predecible según las leyes de la física, independientemente de la velocidad del tren.
Velocidad de la luz constante ― La velocidad de la luz en el vacío es constante e invariable para todos los observadores, independientemente de su movimiento relativo. Esto significa que la luz siempre se mueve a la misma velocidad, sin importar si el observador está quieto, en movimiento o incluso si se mueve hacia la fuente de luz o se aleja.
Estos dos principios condujeron a Albert Einstein a algunas conclusiones magistrales que te voy a comentar.
Dilatación del tiempo ― Como te dije antes, el tiempo no es absoluto, sino que es relativo y puede trascurrir a diferentes velocidades para diferentes observadores. Cuando algo se mueve a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, el tiempo para ese objeto se ralentiza desde el punto de vista de un observador en reposo. Esto se conoce como dilatación del tiempo y se ha demostrado experimentalmente en experimentos con partículas subatómicas y relojes atómicos precisos.
Encogimiento de la longitud ― La longitud de un objeto en movimiento parece contraerse en la dirección del movimiento desde el punto de vista de un observador en reposo. Esto significa que, si un objeto se mueve muy rápido, como una nave espacial, su longitud medida por un observador en reposo será más corta que su longitud medida por un observador en la nave.
Estos conceptos pueden parecer extraños, pero han sido confirmados por numerosos experimentos y son fundamentales para nuestra comprensión actual de la física. La teoría de la relatividad especial nos ha llevado a reconsiderar nuestra concepción del tiempo, el espacio y la realidad misma, y ha dado lugar a tecnologías como el GPS, que tienen en cuenta los efectos de la relatividad para funcionar con precisión.
La fuerza de la gravedad en relación a la teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad general, propuesta por Albert Einstein en 1915, establece una conexión profunda entre la gravedad, el tiempo y el espacio. Por lo tanto, la gravedad actúa y altera directamente la dimensión del tiempo y espacio.
En la relatividad general, Einstein postula que la gravedad no es simplemente una fuerza como se pensaba en la física clásica, sino que es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de masa y energía. Esta idea se resume en la famosa frase de Einstein: «La materia dice a la geometría cómo curvarse, y la geometría dice a la materia cómo moverse».
Para entender todo esto, imagina el espacio-tiempo como una sábana estirada ―ver foto superior―. Cuando colocas una masa grande, como un planeta, en esta sábana, esta se curva alrededor de la masa, creando lo que llamamos una «curva de espacio-tiempo». Los objetos que se mueven cerca de esta masa, como la Luna alrededor de la Tierra, siguen trayectorias curvas debido a la curvatura del espacio-tiempo, lo que percibimos como la fuerza de la gravedad.
La relatividad general también predice efectos interesantes, como la dilatación del tiempo en campos gravitacionales fuertes. Por ejemplo, el tiempo pasa ligeramente más despacio en la superficie de la Tierra que en el espacio exterior, debido a la influencia de la gravedad de la Tierra. Este es un aspecto que desarrollo con mucho interés en el libro Por qué brillan las estrellas.
Además, la relatividad general ha sido confirmada por observaciones astronómicas, como la desviación de la luz alrededor de objetos masivos ―efecto de lente gravitacional― y las ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por fenómenos cósmicos catastróficos, como la fusión de dos agujeros negros.
Ya ves, la teoría de la relatividad general proporciona una descripción unificada de la gravedad, el tiempo y el espacio, y ha transformado nuestra comprensión del universo a escalas tanto cósmicas como subatómicas. ― Juan Vicente Santacreu
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― La física de la luz y la relatividad en el mundo cuántico ― Cuando nos introducimos en este universo encontramos incertidumbre porque nada de lo que ocurre es racionalmente comprensible desde nuestro mundo, por lo tanto, debemos ahondar en estos fenómenos con otras reglas para poder comprenderlo.
La teoría de la relatividad de Einstein, que incluye la relatividad especial y general, es una base sólida de la física moderna, confirmada por numerosos experimentos. Sin embargo, presenta lagunas e incertidumbres. Primero, no se reconcilia con la mecánica cuántica, esto impide una teoría unificada de la gravedad cuántica. Segundo, predice singularidades en agujeros negros y el Big Bang, donde las leyes físicas fallan. Tercero, fenómenos como la energía oscura, que acelera la expansión del universo, y la materia oscura, necesaria para explicar la rotación galáctica, sugieren que podría requerir modificaciones. Aunque exitosa de momento, sigue siendo objeto de investigación.