Relatividad para principiantes

Relatividad para principiantes

1. Teoría de la relatividad

   • Nace a partir de la incompatibilidad entre la teoría de Maxwell y principio de relatividad galileano
     • Espacio y tiempo
       • No existe un tiempo absoluto ni un espacio absoluto, depende de quien lo mide
         • La velocidad de la luz es la misma en cualquier sistema de referencia inercial
           • La relación entre los tiempos medidos en dos sistemas de referencia en movimiento relativo depende del tamaño de la velocidad V respecto a la velocidad de la luz
             • Siendo V la velocidad del sistema 2 respecto al primero
             • Si queremos medir el tiempo transcurrido entre dos sucesos, nos conviene hacerlo en un sistema de referencia en el que los dos sucesos ocurren en el mismo punto. Al tiempo así medido, los físicos llaman tiempo propio
           • 300.000km/s
         • Si la longitud de un cuerpo en reposo es L, entonces su tamaño en movimiento, digamos L’, será menor, de acuerdo con la fórmula
           • Cuando vemos un objeto, percibimos en cada instante la luz que fue emitida por distintas partes del cuerpo a tiempos distintos, porque la luz no se propaga instantáneamente
     • Materia y energía
       • La masa y la energía de un cuerpo aparecen siempre unidas de una manera muy conspicua en las ecuaciones de su teoría. Existe una equivalencia entre la masa y la energía
         • E=mc²
           • Energía de movimiento de un cuerpo
             • Incluso cuando un cuerpo se encuentra en reposo, posee una energía que es justamente mc² . Einstein concluyó que un cuerpo aun en reposo posee una energía almacenada en forma de masa.
               • 1 kg de materia equivale aproximadamente a toda la energía que se consume en la Tierra en una hora.
                 • Un cuerpo que se mueve aumenta su masa, adquiriendo una nueva masa m’
                   • La energía de un cuerpo aumenta indefinidamente a medida que su velocidad tiende a la velocidad luminosa.
                     • Ningún cuerpo puede alcanzar la velocidad de la luz pues se necesitaría una cantidad infinita de energía
                   • Es más un aumento de energía
     • La naturaleza de la luz
       • Si la luz es una onda, ¿Por qué medio se propaga?
         • Todo cuerpo caliente radia energía en forma de luz. La cantidad de energía emitida en cada longitud de onda depende fundamentalmente de la temperatura del cuerpo emisor y se puede medir
           • Hipótesis de Planck: la luz se propaga en paquetes de energía, siendo la energía de cada paquete inversamente proporcional a la longitud de la onda.
             • hv
               • h = constante de Planck v= frecuencia de la onda
             • Según Einstein la luz presenta una dualidad onda-partícula
               • La partícula de la luz es el fotón, que viaja a velocidad de la luz. Por lo tanto, es una partícula sin masa
                 • Entonces, ¿Cómo se propaga?
                   • El campo electromagnético posee energía, y esta energía está cuantizada: aparece sólo en paquetes de energía. El fotón se interpreta como un quantum (cantidad mínima indivisible) de campo electromagnético.

2. Espacio y tiempo

   • Einstein
     • El espacio posee 3 dimensiones: todo cuerpo posee altura, anchura y profundidad.
       • Sistema de coordenadas
     • El tiempo es unidimensional y sólo se necesita un número para precisar un intervalo de tiempo.
     • En la teoría de la relatividad, se unen para formar el espacio-tiempo de cuatro dimensiones: tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal
       • Cada punto del espacio-tiempo es un suceso que se caracteriza con cuatro números: tres para describir la posición donde ocurre y uno para determinar el tiempo al que sucede
         • Tiene propiedades geométricas establecidas. d. Los fenómenos físicos ocurren en el espacio-tiempo que los físicos y matemáticos llaman espacio de Minkowski, un espacio de cuatro dimensiones en el que cada punto es un suceso y en el que se puede, incluso, definir la distancia entre sucesos
   • Contracción del tiempo
     • Ejemplo del viaje interestelar: si una nave viaja al espacio exterior, el tiempo transcurrido en la nave será menor al transcurrido en la Tierra, pues el tiempo se contrae
       • Entre más cercana a la velocidad de la luz sea la velocidad de la nave, mayor será la contracción
         • El tiempo en un sistema se ve transcurrir más rápidamente o másentamente en otro sistema según si ambos sistemas se acercan o se alejan.
           • En un viaje que presente aceleración, cuando se llega cerca a la velocidad luminosa influyen algunos factores
             • La nave espacial se acelera uniformemente, aumentando cada vez más su velocidad hasta que, a la mitad del trayecto, el vehículo rota 180 grados y, a partir de ese momento, los motores de la nave la desaceleran para aterrizar.
   • ¿Mas rápido que la luz?
     • La velocidad de la luz es una barrera natural a la velocidad que puede adquirir cualquier cuerpo o señal
       • Es a escala cósmica donde este límite muestra un inconveniente
         • En una misión tripulada al espacio, la emisión y recepción de mensajes tiene un retraso progresivo de varios minutos
         • Hipótesis de los taquiones, partículas que rebasan esta velocidad
           • Principio de causalidad: Si A es la causa de B, A siempre sucederá antes que B sin importar el sistema de referencia
             • Sin embargo, para un taquión este principio no aplica y es relativo, puede que B suceda antes que A si el taquión supera la velocidad de la luz. Sería posible viajar al pasado
               • Invertir el sentido del tiempo no parece ser factible, más por razones lógicas que por motivos físicos, debido a la geometría del espacio-tiempo, las contradicciones superan las posibilidades.
   • Apariencia óptica de los cuerpos en movimiento
     • La aparente contracción de un cuerpo en movimiento es más un fenómeno de la percepción del observador que una compresión real
       • Por ejemplo, al medir la longitud de una barra, el observador que la mida en reposo no tiene problema. Pero para el observador que la mida a una velocidad que alcance efectos relativistas en otro sistema de referencia, la simultaneidad es un concepto relativo pues los sucesos no ocurren al mismo tiempo.
         • Un cuerpo que se mueve con una velocidad comparable con la de la luz debe verse deformado. Esto se debe a que la luz recibida simultáneamente de un objeto en movimiento no partió simultáneamente de todas sus partes.
           • También se ha demostrado que un objeto lejano (cuyo tamaño aparente es pequeño) no se ve deformado ni contraído: por ejemplo, un cubo en movimiento sigue viéndose como cubo, pero rotado.

Bilder und Dateien der Mindmap