4: Relatividad Especial

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 126127

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Albert Einstein inventó las teorías especiales y generales de la relatividad a principios del siglo XX, aunque muchas otras personas contribuyeron al clima intelectual que hizo posible estos descubrimientos. La teoría especial de la relatividad surgió de un conflicto entre las ideas de la mecánica desarrolladas por Galileo y Newton, y la teoría del electromagnetismo. Por esta razón, la relatividad se suele discutir en los libros de texto después de que se desarrolla el electromagnetismo. Sin embargo, la relatividad especial es en realidad una extensión válida de la cosmovisión galilea que se necesita cuando los objetos se mueven a velocidades muy altas, y solo se relaciona casualmente con el electromagnetismo. Por esta razón discutimos la relatividad antes del electromagnetismo.

El único hecho del electromagnetismo que necesitamos se introduce ahora: Hay una velocidad máxima a la que los objetos pueden viajar. Esto es coincidentemente igual a la velocidad de la luz en un vacío, c = 3 × 10 ⁸ m s ^-1. Además, una medición de la velocidad de un haz de luz en particular produce la misma respuesta independientemente de la velocidad de la fuente de luz o la velocidad a la que se mueve el instrumento de medición.

Este resultado experimental bastante extraño contrasta con lo que ocurre en la relatividad galilea. Si dos autos pasan por un peatón parado en una acera, uno a 20 m s ^-1 y el otro a 50 m s ^-1, el automóvil más rápido parece estar moviéndose a 30 m s ^-1 con relación al auto más lento. Sin embargo, si un haz de luz que se mueve a 3 × 10 ⁸ m s ^-1 pasa por una nave espacial interestelar que se mueve a 2 × 10 ⁸ m s ^-1, entonces el haz de luz parece que a los ocupantes de la nave espacial se está moviendo a 3 × 10 ⁸ m s ^-1, no a 1 × 10 ⁸ m s ^-1. Además, si la nave espacial emite una señal luminosa hacia su planeta de destino (estacionario), entonces el haz resultante parece estar moviéndose a 3 × 10 ⁸ m s ^-1 a los instrumentos en el destino, no a 5 × 10 ⁸ m s ^-1.

El hecho de que estemos hablando de haces de luz es sólo por conveniencia. Cualquier otro medio de enviar una señal a la velocidad máxima permitida resultaría en el mismo comportamiento. Por lo tanto, no podemos buscar la respuesta a esta aparente paradoja en las propiedades especiales de la luz. En cambio, tenemos que mirar a la naturaleza básica del espacio y el tiempo.

Miniatura: El cono de luz consiste en todas las líneas del mundo seguidas por la luz del evento A en el vértice del cono. (CC BY 4.0; OpenStax)