teoria de la relatividad
Páginas: 18 (4430 palabras)
Publicado: 14 de julio de 2014
Relatividad Especial
Barbol
1 Introducción
La teoría de la relatividad especial fue presentada por Albert Einstein en su trabajo Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, en 1905. El formalismo básico de la teoría ya había sido descubierto un año antes por Poincaré y por Lorentz, aunque Einstein desconocía estos trabajos (y trabajos aún anteriores en los que se utilizabanlas transformaciones de Lorentz, incluso antes de que las postulase físico holandés).
El éxito de Einstein consistió en eliminar un gran número de hipótesis hechas por Lorentz hasta reducir la teoría de la relatividad a dos postulados muy simples que parten de la experimentación. Posteriormente, en 1916, Einstein publicó la teoría de la relatividad general, que globaliza todos los hechos físicosy de la que la teoría que se explica aquí es sólo un caso especial (y de ahí el nombre).
1.1 Las primeras sospechas
A finales del siglo XIX la teoría electromagnética había demostrado su vericidad de un modo aplastante. Por otro lado la mecánica de Newton había hecho predicciones válidas siempre que se puso a prueba. Sin embargo, ambas teorías eran incompatibles entre sí: mientras lasecuaciones de Newton eran invariantes de Galileo las ecuaciones de Maxwell resultaron no serlo. Además en ellas aparecía una velocidad constante ($ c$ ) que era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
El hecho de que las ecuaciones de Maxwell no fuesen invariantes de Galileo se podía deber a tres motivos, principalmente:
Las ecuaciones de Maxwell no son válidas
Existe unsistema de referencia preferido (éter) respecto al cual se puede medir absolutamente cualquier movimiento
Las transformaciones de Galileo no son las adecuadas
La primera de estas opciones se descartó casi de inmediato, las ecuaciones de Maxwell estaban harto comprobadas.
La segunda opción (que venía implicada por la tercera) no era muy creíble, ya que el éter debería presentar unascaracterísticas totalmente contradictorias entre si.
Fue el experimento de Michelson-Morley, en 1887, el que proporcionó pruebas experimentales de la constancia de la velocidad de la luz, que se convirtió en uno de los postulados de la teoría de la relatividad. Esto implicaba que las transformaciones de Galileo no eran correctas.
1.2 El experimento de Michelson-Morley
El experimento de Michelson-Morleyconsistía en un interferómetro que mediante un mecanismo creaba un patrón de interferencias debido al desfase de la luz causado por la velocidad de la Tierra.
Se lanzaba un rayo de luz de una longitud de onda conocida (con una lámpara de sodio) que incidía en un espejo semiplateado. Este espejo tiene la propiedad de que refleja la mitad del rayo y la otra mitad la reflicte. Ahora tenemos dosrayos de igual longitud de onda que salen formando un ángulo recto entre ellos y van a dar a dos espejos donde se reflejan. Vuelven a incidir en el espejo semiplateado y vuelve a reflejarse una mitad de cada rayo y a reflectirse la otra. Sin preocuparnos de lo que le ocurre a los rayos que no nos interesan tomamos dos que vayan en la misma dirección.
Si existe alguna diferencia entre laslongitudes de los brazos del interferómetro aparecerá un patrón de interferencias, o si esta distancia es igual pero los rayos se mueven a velocidades diferentes. Como los rayos que salen del espejo semiplateado forman un ángulo recto entre ellos uno se moverá en la misma dirección que la Tierra y otra en una dirección perpendicular (en el mejor de los casos, el interferómetro se podía rotar, de modo quecualquier combinación entre la dirección de un rayo y la dirección de movimiento de la Tierra era posible).
Al mover la posición del interferómetro (estaba situado sobre mercurio para poder girarlo) las rayas de interferencia se moverían (porque las velocidades también variarían) y observando cuánto se movieron podríamos comprobar la existencia del éter y la validez de las transformaciones...
Barbol
1 Introducción
La teoría de la relatividad especial fue presentada por Albert Einstein en su trabajo Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, en 1905. El formalismo básico de la teoría ya había sido descubierto un año antes por Poincaré y por Lorentz, aunque Einstein desconocía estos trabajos (y trabajos aún anteriores en los que se utilizabanlas transformaciones de Lorentz, incluso antes de que las postulase físico holandés).
El éxito de Einstein consistió en eliminar un gran número de hipótesis hechas por Lorentz hasta reducir la teoría de la relatividad a dos postulados muy simples que parten de la experimentación. Posteriormente, en 1916, Einstein publicó la teoría de la relatividad general, que globaliza todos los hechos físicosy de la que la teoría que se explica aquí es sólo un caso especial (y de ahí el nombre).
1.1 Las primeras sospechas
A finales del siglo XIX la teoría electromagnética había demostrado su vericidad de un modo aplastante. Por otro lado la mecánica de Newton había hecho predicciones válidas siempre que se puso a prueba. Sin embargo, ambas teorías eran incompatibles entre sí: mientras lasecuaciones de Newton eran invariantes de Galileo las ecuaciones de Maxwell resultaron no serlo. Además en ellas aparecía una velocidad constante ($ c$ ) que era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
El hecho de que las ecuaciones de Maxwell no fuesen invariantes de Galileo se podía deber a tres motivos, principalmente:
Las ecuaciones de Maxwell no son válidas
Existe unsistema de referencia preferido (éter) respecto al cual se puede medir absolutamente cualquier movimiento
Las transformaciones de Galileo no son las adecuadas
La primera de estas opciones se descartó casi de inmediato, las ecuaciones de Maxwell estaban harto comprobadas.
La segunda opción (que venía implicada por la tercera) no era muy creíble, ya que el éter debería presentar unascaracterísticas totalmente contradictorias entre si.
Fue el experimento de Michelson-Morley, en 1887, el que proporcionó pruebas experimentales de la constancia de la velocidad de la luz, que se convirtió en uno de los postulados de la teoría de la relatividad. Esto implicaba que las transformaciones de Galileo no eran correctas.
1.2 El experimento de Michelson-Morley
El experimento de Michelson-Morleyconsistía en un interferómetro que mediante un mecanismo creaba un patrón de interferencias debido al desfase de la luz causado por la velocidad de la Tierra.
Se lanzaba un rayo de luz de una longitud de onda conocida (con una lámpara de sodio) que incidía en un espejo semiplateado. Este espejo tiene la propiedad de que refleja la mitad del rayo y la otra mitad la reflicte. Ahora tenemos dosrayos de igual longitud de onda que salen formando un ángulo recto entre ellos y van a dar a dos espejos donde se reflejan. Vuelven a incidir en el espejo semiplateado y vuelve a reflejarse una mitad de cada rayo y a reflectirse la otra. Sin preocuparnos de lo que le ocurre a los rayos que no nos interesan tomamos dos que vayan en la misma dirección.
Si existe alguna diferencia entre laslongitudes de los brazos del interferómetro aparecerá un patrón de interferencias, o si esta distancia es igual pero los rayos se mueven a velocidades diferentes. Como los rayos que salen del espejo semiplateado forman un ángulo recto entre ellos uno se moverá en la misma dirección que la Tierra y otra en una dirección perpendicular (en el mejor de los casos, el interferómetro se podía rotar, de modo quecualquier combinación entre la dirección de un rayo y la dirección de movimiento de la Tierra era posible).
Al mover la posición del interferómetro (estaba situado sobre mercurio para poder girarlo) las rayas de interferencia se moverían (porque las velocidades también variarían) y observando cuánto se movieron podríamos comprobar la existencia del éter y la validez de las transformaciones...
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