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TEORIA DE LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN

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on 16 September 2014

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La teoría de la relatividad de Einstein se divide en dos grandes teorías:
Teoría especial de la relatividad.
Formulada en 1905, describe como se percibe el espacio y el tiempo en función del observador.
Teoría general de la relatividad:
Formulada en 1915, trata de explicar la gravedad, la fuerza más incomprendida de todas las fuerzas presentes en la naturaleza.
Teoría especial de la relatividad.
Hasta la formulación de las teorías de Einstein en 1905 se aceptaban como correctas la física de Newton sobre la inercia, la gravedad y el movimiento.


Teoría de la relatividad general
En 1907 Albert Einstein llegó a la conclusión de que a su teoría de la relatividad especial le faltaba algo que no estaba de acuerdo con la realidad que vivimos. Es por eso que tuvo que ir un poco más allá y realizar una nueva teoría: la teoría de la relatividad general, que formuló más tarde en 1915
Según la teoría de la relatividad, no sólo es relativa la velocidad, sino también el tiempo. Si un sujeto se mueve a una determinada velocidad sobre un objeto que se mueve a otra velocidad, habrá que sumar o restar sus velocidades si es observado desde "fuera".
TEORIA DE LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN
Tenemos a dos tipos (B y C) que han decidido dar un paseo en barco. Es tan grande que tienen espacio suficiente para que uno de ellos, (C), se ponga a andar en bici por la cubierta mientras B lee el periódico. El lector observa como el ciclista se aleja de él a 20 km/h. Para el ciclista el lector permanece quieto con respecto al barco. Por otro lado tenemos a un pescador sentado en la orilla de la playa que observa a los dos, sin embargo para éste el ciclista no se mueve a 20 km/h, sino a 50 km/h, ya que tiene que sumar la velocidad del propio barco. Además, el lector no está quieto, sino que se mueve a 30 km/h, exactamente la velocidad del barco. Arriba del todo, en el sol, está Superman, y observa la escena y concluye que el pescador se mueve a una gran velocidad (la velocidad que supone la rotación de la tierra alrededor del sol) y que el lector va un poco más rápido y el ciclista más rápido aún. La conclusión es que la velocidad de los cuerpos depende del observador.
Sin embargo, la física newtoniana percibe el tiempo como absoluto e independiente del observador, es decir, que si a la hora de salir el barco todos ponen a cero su cronómetro, a la llegada del barco pueden comprobar que siguen sincronizados y dan lecturas idénticas. Nuestra experiencia diaria nos dice que el tiempo es el mismo, independientemente de si vas en coche, andando, estás durmiendo o vas en avión.
Einstein dice que no, que el tiempo también depende del observador. Esta sorprendente conclusión es mucho más complicada de asimilar de lo que parece.
Según la teoría de la relatividad, el tiempo depende de la velocidad del observador, es decir que los cronómetros del lector, del pescador, de superman y del ciclista darían diferentes resultados a la llegada del barco a tierra. El cronómetro del ciclista marcará menos tiempo que el del lector, éste menos que el pescador y éste menos que el de superman. Con la velocidad se produce una especie de compresión en el tiempo, transcurre de manera distinta. Este fenómeno de la variación del tiempo dependiendo de la velocidad ocurre así, efectivamente, pero sólo es perceptible a altísimas velocidades (cercanas a las de la luz). A escala humana la diferencia de tiempos es tan pequeña que es despreciable y sigue funcionando perfectamente la física de Newton, que considera al tiempo absoluto.
Por ejemplo, si el ciclista estuviera andando durante 24 horas, al final el ciclista habría medido en su cronómetro 84600 segundos, mientras que el pescador obtendría 84.600,0000000001 segundos
Pero en viajes espaciales, con el tiempo y la velocidad a la que viajan, la desincronización empieza a ser apreciable. Si fuéramos capaces de viajar a velocidades cercanas a la de la luz, pongamos 150.000 kms/s (la mitad de la velocidad de la luz), y dieramos una vuelta por el sistema solar durante 10 años (medidos desde la nave espacial) al volver los astronautas se darían cuenta que en la tierra habrían pasado 11,54 años. Los astronautas serían 1 año y medio más jovenes que sus compañeros en la tierra!
El tiempo t' se calcula en base al tiempo t (el tiempo medido desde el objeto móvil). Depende de la velocidad V (del objeto móvil) y la velocidad de la luz. Como vemos, la diferencia entre t' y t sólo es apreciable con velocidades cercanas a la de la luz.
La teoría de la relatividad especial, llamada también relatividad particular, especifica o restringida, es una teoría que describe bien el movimiento de los cuerpos, pero solo a velocidades constantes, y en un espacio plano, de tres dimensiones espaciales y una temporal.
En el universo la gravedad acelera a todos los cuerpos, poniéndolos en movimiento. Además, la gravedad es una fuerza universal, en el sentido de encontrarse en todo lugar. Entonces, dada esta realidad, podemos afirmar que nada está en reposo: todo en el universo se mueve y con aceleración. Einstein se dio cuenta entonces de que era necesario generalizar su teoría.
La teoría de Newton de la gravedad solo explica que los objetos se atraen con una fuerza proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Según la ecuación de Newton, la fuerza tenía que actuar instantáneamente. Esto significaba que las ondas o partículas que interactúan entre los cuerpos, viajaban con velocidades infinitas para hacerla correcta, así, si estos, distaban años luz, la fuerza tenia que arreglárselas para actuar inmediatamente, si uno de los dos o ambos eran alterados.
En 1919 Sir Arthur Eddington, un astrónomo inglés, demostró durante un eclipse solar cómo la ecuación de Einstein predijo con gran exactitud cómo se curvan los rayos luminosos al pasar por el sol, debido a su influencia gravitacional. Y con esto, comprobó también que Einstein fue uno de los más grandes científicos que tuvo la humanidad.
C = 299 792 458 m/s
(Aprox. 300.000 km/2)
Diferencia entre la relatividad especial y general
Interacciones a distancia
Pero como la fuerza tenia que adivinar si los objetos habían sido alterados, la teoría de la relatividad especial puso limite a la velocidad en que los cuerpos debían moverse y esta era el valor de c: la velocidad de la luz.
Equivalencia entre fuerza de contacto y a distancia
Einstein imaginó un cajón moviéndose a velocidad constante en el espacio, alejado de toda influencia gravitacional. Pensó que si en el interior del cajón ubicamos un hombre, este flotaría. Y si aplicamos una fuerza de contacto en cualquier lado del cajón concluyó que el cuerpo de este hombre descansaría en el punto de aplicación de la fuerza de contacto, que se convertiría en el suelo o el piso para el hombre, por la ley de acción y reacción.
Lo que lo llevó a pensar que la fuerza de contacto es equivalente a la fuerza de gravedad.
Esta es la ecuación propuesta por Einstein:
Gmv = -kTmv

Aclaremos que en esta ecuación T debe ser mayúscula, G mayúscula, y solo k es minúscula. Las letras m y v son subíndices de G y T.

- Gmv : Tensor de curvatura de Riemann
- Tmv : Tensor de energía, que tiene que ver tambien con la masa en el universo

k : Es una constante de gravitacion, y k = 8PIK/c2
K = 6,7x10 -8
Esta ecuación esta simplificada y generalizada, pero explica muy bien cómo se relacionan el espacio y la materia/energía.

Los objetos masivos se deforman el espacio y una vez deformados se dirigen a los objetos, marcando el camino o trayectoria que deben recorrer. La fuerza de gravedad según la teoría de la relatividad general, afecta a la cuarta dimensión; el tiempo.
Por ejemplo, si coges el coche para ir de vacaciones y se hace de noche. Vas en tu auto a 200 km/h y decides encender los faros para ver la carretera. Un observador que estuviera sentado en un banco al pie de la carretera debería observar que la velocidad de la luz que proyectan los faros del coche va a 300.000 km/s (la velocidad de la luz) más la velocidad del coche. Evidentemente si la luz sale desde un sujeto en movimiento (el coche) debería salir "disparada" más rápido que si se enciende una linterna estando parado en la carretera. Es lo lógico, si el conductor se asoma por la ventana y dispara una bala hacia adelante la velocidad del proyectil se sumará a la del coche.
Sin embargo con la luz no ocurre esto,
la luz es una constante universal y obtendremos exactamente la misma medida independientemente de la velocidad del objeto que la proyecta e independientemente del observador. Es decir, el conductor y el hombre sentado en el banco obtendrían la misma medición de la luz, algo que contradice toda lógica.

La velocidad de la luz es constante se mida desde donde se mida. Esto es así debido a que el tiempo transcurre de forma distinta en la medición de los dos observadores y por tanto la medición será idéntica. Los períodos de tiempo que transcurren en ambos observadores son distintos (para el coche el tiempo transcurre de forma más breve), por eso obtendrían medidas iguales para la velocidad de la luz.
Si aceptamos como cierta la teoría de la relatividad (hasta ahora los experimentos la han corroborado constantemente) no se puede ir más rápido que la velocidad de la luz.
Einstein viene a demostrar que la masa es energía contenida, aunque no se mueva. De aquí surgió la energía nuclear, las bombas atómicas y demás tecnologías basadas en obtener esa energía almacenada en la materia (separando los átomos).
La masa es energía por sí misma, pero la velocidad a la que vaya un objeto también va a aumentar su energía. Un kilo de patatas, además de tener energía por el hecho de ser un kilo de masa, aumentará su energía total según vaya aumentando su velocidad. La formula e=mc2 realmente es para objetos sin movimiento, pero es más complicada si intentamos obtener la energía que le da su velocidad:

Es decir, sería necesaria una energía infinita para hacer que un objeto con algo de masa alcanzara la velocidad de la luz, algo que obviamente no es posible. Necesitaríamos toda la energía del universo para lograrlo. Podemos acercarnos a la velocidad, pero nunca alcanzarla.
¿Por qué no se puede alcanzar la velocidad de la luz?
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