Espacio-tiempo y marco de referencia

Contenido

* 1 Introducción
* 2 Propiedades geométricas del espacio-tiempo
* 2.1 Métrica
* 2.2 Contenido material del espacio-tiempo
* 2.3 Movimiento de las partículas
* 2.4 Homogeneidad, isotropía y grupos de simetrías
* 2.5 Topología
* 3 Ejemplos de diferentes clases de espacio-tiempo
* 3.1 El espacio-tiempo relativista de Minkowski
*4 El Universo de Einstein: Gravitación y Geometría
* 4.1 ¿Cuáles son estas intuiciones y sugerencias?
* 4.2 El espacio-tiempo curvo de la relatividad general
* 4.3 El espacio-tiempo de la física prerrelativista
* 5 Generalizaciones
* 5.1 Hiperespacio
* 6 Referencia
* 6.1 Enlaces externos
* 7 Sistema de referencia o marco de referencia
* 7.1Introducción
* 7.2 Cinemática de la partícula
* 7.3 Sistema inercial
* 8 Referencia

1. Introducción
Espacio-tiempo
El espacio-tiempo es la entidad geométrica en la cual se desarrollan todos los eventos físicos del Universo, de acuerdo con la teoría de la relatividad y otras teorías físicas. El nombre alude a la necesidad de considerar unificadamente la localizacióngeométrica en el tiempo y el espacio, ya que la diferencia entre componentes espaciales y temporales es relativa según el estado de movimiento del observador. De este modo, se habla de continuo espacio-temporal. Debido a que el universo tiene tres dimensiones espaciales físicas observables, es usual referirse al tiempo como la "cuarta dimensión" y al espacio-tiempo como "espacio de cuatro dimensiones"para enfatizar la inevitabilidad de considerar el tiempo como una dimensión geométrica más. La expresión espacio-tiempo ha devenido de uso corriente a partir de la Teoría de la Relatividad especial formulada por Einstein en 1905.

Analogía bidimensional de la distorsión del
espacio-tiempo debido a una gran masa.
En general, un evento cualquiera puede ser descrito por una o más coordenadasespaciales, y una temporal. Por ejemplo, para identificar de manera única un accidente automovilístico, se pueden dar la longitud y latitud del punto donde ocurrió (dos coordenadas espaciales), y cuándo ocurrió (una coordenada temporal). En el espacio tridimensional, se requieren tres coordenadas espaciales. Sin embargo, la visión tradicional en la cual se basa la mecánica Clásica, cuyos principiosfundamentales fueron establecidos por Newton, es que el tiempo es una coordenada independiente de las coordenadas espaciales y es una magnitud idéntica para cualquier observador. Esta visión concuerda con la experiencia: si un evento ocurre a 10 metros, es natural preguntar a 10 metros de qué, pero si nos informan que ocurrió un accidente a las 10 de la mañana en nuestro país, ese tiempo tienecarácter absoluto.
Sin embargo, resultados como el experimento de Michelson y Morley, y las ecuaciones de Maxwell para la electrodinámica, sugerían, a principios del siglo XX, que la velocidad de la luz es constante, independiente de la velocidad del emisor u observador, en contradicción con lo postulado por la mecánica clásica.
Einstein propuso como solución a éste y otros problemas de la mecánicaclásica considerar como postulado la constancia de la velocidad de la luz, y prescindir de la noción del tiempo como una coordenada independiente. En la Teoría de la Relatividad, espacio y tiempo tienen carácter relativo o convencional, dependiendo del estado de movimiento del observador. Eso se refleja por ejemplo en que las transformaciones de coordenadas entre observadores inerciales (lasTransformaciones de Lorentz), involucran una combinación de las coordenadas espaciales y temporal. El mismo hecho se refleja en la medición de un campo electromagnético, que está formado por una parte eléctrica y otra parte magnética, pues dependiendo del estado de movimiento del observador el campo electromagnético es visto de diferente manera entre su parte magnética y eléctrica por diferentes...