Relatividad general y especial: teoría y ejemplos

Relatividad especial y general

La luz se ve afectada por la gravedad y se inclina hacia un objeto con masa, lo que hace que se acelere.

Albert Einstein velocidad marco inercial de referencia aceleración

La luz no es una excepción a las leyes de la física y Einstein lo sabía. Sabía que la luz se veía afectada por la fuerza de la gravedad; es decir, la luz se inclina hacia un objeto con masa. A medida que la luz cambia de dirección, cambia su velocidad o, simplemente, la luz se acelera. Por tanto, era necesario distinguir entre lo que llamamos relatividad especial y relatividad general. La relatividad especial explica la velocidad constante de la luz en un marco de referencia inercial, es decir, sin gravedad. En otras palabras, la velocidad de la luz es constante siempre que se mueva en línea recta a través del espacio sin masa circundante. Se necesita la relatividad general para explicar el efecto de la gravedad sobre la luz.

Gravedad

Todos sabemos que la gravedad funciona. De hecho, la gravedad se ha convertido en un lugar común en nuestras conversaciones diarias. Pero esto no siempre ha sido el caso. Newton cambió nuestra comprensión del universo cuando postuló que la gravedad es la misma fuerza responsable de mantener a los planetas en órbita y tirar manzanas al suelo. Sus ideas sobre el movimiento se aceptan tan fácilmente que se las conoce como ley científica. Durante años, fue suficiente simplemente saber que la gravedad existe y sus efectos son evidentes. Sin embargo, nadie sabía realmente qué era la gravedad o cómo funcionaba.

¿Qué es la gravedad?

Newton pensó que la gravedad era una fuerza instantánea.

Newton pensó que la gravedad era una fuerza instantánea. En otras palabras, el efecto de la gravedad se nota tan pronto como aparece una masa y su efecto se pierde en el instante en que se retira la masa. Por ejemplo, si el sol se retirara instantáneamente de nuestro sistema solar , la tierra saldría instantáneamente de su órbita y viajaría a través del espacio en línea recta. Esto era aceptable hasta que Einstein postuló que nada puede viajar más rápido que la luz, incluida la gravedad. Si la gravedad no puede viajar más rápido que la luz, entonces el efecto de la gravedad dependería del tiempo. Ya no era suficiente simplemente apreciar la existencia de la gravedad. Esto provocó que la ciencia reabriera el caso de la gravedad en busca de su propia naturaleza.

Espacio-tiempo y gravedad

Einstein pensó que el espacio y el tiempo son una sola entidad, y se refirió a ella como espacio-tiempo . Como el espacio está definido por tres dimensiones, es decir, longitud, ancho y profundidad, el tiempo se convirtió en la cuarta dimensión en el espacio-tiempo. Imaginó un tejido continuo del espacio-tiempo para mantener unidos los objetos, incluidos los planetas de nuestro sistema solar y las galaxias de nuestro universo.

Es útil pensar en el espacio-tiempo como en un trampolín. Los planetas serían como personas sentadas en el trampolín. Los objetos crearían un hoyuelo en el espacio-tiempo como lo harían en un trampolín. Si un objeto más pequeño se rueda cerca del objeto más grande en el trampolín, el objeto más pequeño se inclinará hacia el objeto más grande.

Quizás así es como funciona la gravedad. Los objetos más pequeños cambiarían su estado de movimiento hacia y alrededor de los objetos más grandes en el espacio-tiempo, al igual que en un trampolín. Asimismo, si un objeto se elimina del espacio-tiempo, también lo hace su efecto sobre el espacio-tiempo. Una ola se esparciría lejos del objeto una vez eliminado. Por lo tanto, se necesitaría tiempo para que se notara este efecto. En otras palabras, la gravedad no es instantánea, sino que la gravedad depende del efecto de la masa en el espacio-tiempo.

Los objetos más grandes crean hoyuelos en el espacio-tiempo y los objetos más pequeños gravitan hacia ellos.

Relatividad general

Como dije antes, la luz no es una excepción a las leyes de la física. Así como una pequeña canica rodaría hacia una persona sentada en un trampolín, la luz se inclinaría hacia una gran masa en el espacio-tiempo. En otras palabras, la velocidad de la luz se ve afectada por la gravedad. La ciencia ha demostrado que la velocidad de la luz disminuye dentro de un campo gravitacional. La relatividad general utiliza el espacio-tiempo para explicar el efecto de la gravedad sobre la velocidad de la luz.

Resumen de la lección

En resumen, la velocidad de la luz es constante en un marco de referencia inercial en el que la velocidad es constante. La relatividad especial explica la velocidad constante de la luz en este marco de referencia inercial, es decir, sin gravedad. La gravedad es una fuerza de atracción entre dos objetos que tienen masa. A medida que la luz se acerca a la masa, se ve afectada por su atracción gravitacional. La luz se curva y cambia de dirección dentro del campo gravitacional. Este cambio de dirección es un cambio de velocidad; por lo tanto, la luz se acelera dentro del campo gravitacional. Específicamente, la velocidad de la luz disminuye en un campo gravitacional. La relatividad general explica el efecto de la gravedad sobre la luz.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

• Diferenciar entre relatividad general y especial
• Explicar el concepto de espacio-tiempo de Einstein
• Describe cómo funciona la gravedad en referencia al espacio-tiempo.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador