Feb
10
Una simple pincelada de la relatividad
por Emilio Silvera ~ Clasificado en Física ~ Comments (29)
“En 1905, un oscuro empleado de la Oficina de Patentes de Berna publicó cinco artículos científicos que sentaron las bases de la física de nuestro tiempo. Albert Einstein tenía 25 años. A pesar de la importante repercusión de estos estudios, siguió trabajando como examinador de patentes.”
Efecto fotoeléctrico
Fue por esta investigación, publicada en junio de 1905, que Einstein ganó el premio Nobel de Física en 1921 (y no por la teoría de la relatividad).
- ¿Es la luz una onda o una partícula? Einstein respondió “ambas” y cambió la física para siempre
El movimiento Browniano
Determinación de las dimensiones moleculares
Este estudio le valió su doctorado en la Universidad de Zúrich, en Suiza.
Varios autores lo consideran como parte del “año milagroso” porque Einstein terminó de escribirlo en abril de 1905 y lo envió a Annalen der Physik en agosto, pero fue publicado en enero de 1906, después de corregir algunos cálculos.
En esta investigación, Einstein desarrolló un método de dos ecuaciones para medir el tamaño y la masa de las moléculas.
Las ecuaciones se valían de datos sobre la viscosidad (resistencia que ofrece un líquido a la acción de fluir) y la difusión de partículas de azúcar en agua, para despejar las dos variables que buscaba: el tamaño de las moléculas y el número que hay de ellas (conocido como el número de Avogadro).
“Su tesis se convertiría en uno de sus trabajos más citados y de mayor utilidad práctica, con aplicaciones en ámbitos tan diversos como la mezcla de cemento, la producción de leche y la fabricación de aerosoles”, señala Isaacson en la biografía del físico.
Movimiento browniano
En 1827 Robert Brown, un botánico escocés, observó en el microscopio que unas partículas de polen llamadas amiloplastos se movían aleatoriamente cuando estaban suspendidas en agua, sin seguir un patrón definido. Pero no supo explicar por qué.
Este misterioso movimiento pasó a ser conocido como “movimiento browniano”.
Albert Einstein, hace un siglo, pensaba que era imposible medir la velocidad elocidad resultado confirma, como es de esperar, predicción teórica de Einstein (realizada en 1907). Raizen y su grupo han logrado demostrar experimentalmente el teorema de equipartición de la energía para partículas en movimiento browniano, uno de los principios fundamentales de la mecánica estadística (el teorema afirma que la velocidad cinética de estas partículas depende sólo de la temperatura y no de su forma, tamaño o masa).
En su investigación, publicada en 1905, Einstein dijo que las partículas suspendidas se movían al ser colisionadas por pequeñas partículas del agua, que a su vez se movían por efecto del calor, un fenómeno de la termodinámica.
Mientras más calor haya, más se mueven las partículas, que no serían otra cosa que átomos y moléculas de agua.
Esta explicación de Einstein sirvió como una prueba de la existencia de los átomos, que en esa época todavía no estaba completamente confirmada.
Electrodinámica de los cuerpos en movimiento o “relatividad especial”
Quizá este artículo, publicado en septiembre de 1905, sea el más famoso de los cinco que escribió en el “año milagroso”.
Einstein contaba que el origen de su trabajo sobre la relatividad especial se remontaba a un problema que él mismo se había planteado a los 16 años: ¿Cómo se vería un rayo de luz si uno viajara al lado de este a su misma velocidad?, cuenta Isaacson en la biografía del físico.
- Principio de la relatividad: Las leyes de la electrodinámica y de la óptica serán igualmente válidas para todos los sistemas de referencia en los cuáles se cumplan las leyes de la mecánica (sistemas inerciales, que se mueven con velocidad constante).
- La luz se propaga siempre en el espacio vacío con una velocidad definida, independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor.
El concepto de “simultaneidad” se vuelve relativo:
- Sucesos que ocurren en el mismo lugar pero en diferentes tiempos en un sistema, ocurren en diferentes lugares cuando son observados desde otro sistema que se mueve respecto al primero.
- Sucesos que ocurren al mismo tiempo pero en diferentes lugares de un sistema, ocurren en diferentes tiempos cuando son observados desde otro sistema que se mueve respecto al primero.
- Sucesos que ocurren en el mismo lugar y al mismo tiempo serán simultáneos para todos los observadores.
El concepto de “sistema de referencia” produce efectos en el espacio y en el tiempo:
- Un observador de un sistema encontraría, a partir de sus propias medidas, que los intervalos de longitud de los objetos que se mueven con otro sistema se acortan (contracción de la longitud).
- Un observador de un sistema encontraría, a partir de sus propias medidas, que los intervalos de tiempo entre los sucesos que se producen en otro sistema se alargan (dilatación del tiempo).
- Estos efectos aparentes no existen para el sistema propio de cada observador y van desapareciendo a medida que la velocidad del movimiento disminuye respecto a la velocidad de la luz.
Los cinco trabajos que Einstein escribió en 1905 y que publicó en la revista Annalen der Physik tratan sobre problemas relacionados con tres grandes ramas de la física de esa época: la mecánica clásica, el electromagnetismo y la termodinámica, dice Dennis Lehmkuhl, editor científico de Einstein Papers Project, del Instituto de Tecnología de California (Caltech), a BBC Mundo.
Equivalencia de la masa y energía
En esta investigación, publicada en noviembre de 1905, Einstein presentó la fórmula E=mc², que es tal vez la ecuación más famosa del mundo, aunque no necesariamente sea la más fácil de entender.
En una carta enviada a Habitch, entre junio y septiembre de 1905, Einstein se refiere a este estudio, aunque reconoce que duda de sus resultados.
“Una consecuencia del estudio de la electrodinámica (relatividad especial) cruzó mi mente. El principio de la relatividad, junto con las ecuaciones de Maxwell, requieren que la masa sea una medida directa de la energía contenida en un cuerpo. La luz transporta masa con ella”, le dice a su amigo.
“La idea es divertida y seductora pero hasta donde sé, Dios podría estar riéndose de todo el asunto y podría muy bien haberme tomado el pelo”, añade.
Sin embargo, Einstein tenía razón. En la fórmula que propuso, “E” es por energía, “m” es por masa y “c”, por la velocidad de la luz (300.000 km/s) al cuadrado.
El aumento de energía causa un aumento directamente proporcional en la masa. En otras palabras, al viajar más rápido y aumentar la energía, la masa crece, y mientras más masa tiene un objeto, más difícil es acelerar, por lo que nada puede alcanzar la velocidad de la luz.
Esta fórmula completó la teoría de la relatividad especial.
“El brote de creatividad de Einstein en 1905 resultó asombroso”, escribe Isaacson.
La teoría de la relatividad:
https://proyectointegradomates.webnode.es/news/historia-de-la-astronomia-albert-einstein/
La ecuación
Cuando Einstein tenía 26 años, calculó exactamente cómo debía cambiar la energía si el principio de la relatividad era correcto, y descubrió la relación E=mc2. Puesto que la velocidad de la luz al cuadrado (c2) es un número astronómicamente grande, una pequeña cantidad de materia puede liberar una enorme cantidad de energía. Dentro de las partículas más pequeñas de materia hay un almacén de energía, más de un millón de veces la energía liberada en una explosión química. La materia, en cierto sentido, puede verse como un depósito casi inagotable de energía; es decir, la materia es en realidad, energía condensada.
Einstein supo ver que las dimensiones más altas tienen un propósito: unificar los principios de la Naturaleza. Al añadir dimensiones más altas podía unir conceptos físicos que, en un mundo tridimensional, no tienen relación, tales como la materia y la energía o el espacio y el tiempo que, gracias a la cuarta dimensión de la relatividad especial, quedaron unificados.
Desde entonces, estos conceptos, los tenemos que clasificar, no por separado, sino siempre juntos como dos aspectos de un mismo ente materia-energía por una parte y espacio-tiempo por la otra. El impacto directo del trabajo de Einstein sobre la cuarta dimensión fue, por supuesto, la bomba de hidrógeno, que se ha mostrado la más poderosa creación de la ciencia del siglo XX. Claro que, en contra del criterio de Einstein que era un pacifista y nunca quiso participar en proyectos de ésta índole.
Einstein completó su teoría de la relatividad con una segunda parte que, en parte, estaba inspirada por lo que se conoce como principio de Mach, la guía que utilizó Einstein para crear esta parte final y completar su teoría de relatividad general.
Einstein enunció que, la presencia de materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor. Esta es la esencia del principio físico que Riemann no logró descubrir: la curvatura del espacio está directamente relacionada con la cantidad de energía y materia contenida en dicho espacio.
La presencia de grandes masas curva el espacio y distorsiona el Tiempo
Esto, a su vez, puede resumirse en la famosa ecuación de Einstein, que esencialmente afirma:
Materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo
Esta ecuación engañosamente corta es uno de los mayores triunfos de la mente humana (me he referido a ella en otras muchas ocasiones). De ella emergen los principios que hay tras los movimientos de las estrellas y las galaxias, los agujeros negros, el Big Bang, y seguramente el propio destino del Universo.
Es curiosa la similitud que se da entre la teoría del electromagnetismo y la relatividad general, mientras que Faraday experimentó y sabía los resultados, no sabía expresarlos mediante las matemáticas y, apareció Maxwell que, finalmente formuló la teoría.
Marcel Grossmann
Einstein desesperado al no encontrar la manera de expresar su Teoría de la Relatividad General, escribió a su amigo Marcel Grossmann, al que le pidió ayuda, y, éste le mandó una conferencia dada por un tal Riemann 70 años antes.
Cuando Einstein comenzó a ojear los documentos, su sangre se le heló en las venas, allí, delante de sus ojos tenía el Tensor métrico de Riemann que le solucionaba todos sus problemas
Faraday y Maxwell
Einstein, al igual que Faraday, había descubierto los principios físicos correctos, pero carecía de un formulismo matemático riguroso suficientemente potente para expresarlo (claro que Faraday no era matemático y Einstein si lo era). Carecía de una versión de los campos de Faraday para la Gravedad. Irónicamente, Riemann tenía el aparato matemático, pero no el principio físico guía, al contrario que Einstein. Así que, finalmente, fue Einstein el que pudo formular la teoría con las matemáticas de Riemann.
Supo comprender el alcance de ideas dispersas
Einstein, como todos sabéis, se apoyo en otros muchos para formular sus teorías relativistas desde Mach, Maxwell y Lorentz hasta el propio Riemann. Sin embargo, fue él quien tuvo la chispa de ingenio de ver con claridad el significado de todos aquellos postulados que andaban sueltos por el mundo de la física y supo reunirlos en una teoría coherente y unificadora que, a lo largo del tiempo, ha sido demostrada de manera más que suficiente y aclaratoria.
La obra de Einstein está revestida de grandes éxitos en el campo de la Física y de la Cosmología, y, hasta tal punto es así que, el Cosmos sería otro sin la teoría de la Relatividad General de cuyas ecuaciones -arriba reseñadas- aún se están obteniendo consecuencias mucho más allá de los agujeros negros.
También esa simple ecuación que, se está convirtiendo en uno de los mayores logros de la Humanidad, por su sencillez y simpleza en contraposición con su profundidad y complejidad en cuanto a los mensajes que encierra, como por ejemplo, el hecho de que dichas ecuaciones de campo de la teoría de Einstein emerjan como por encanto desde las profundidades de la Teoría de cuerdas. Sin que nadie las llame, allí aparecen.
¿Qué tienen estas ecuaciones? ¿Qué mensajes nos envía? ¿Qué secretos encierra?
Con ellas nació una nueva cosmología.
emilio silvera
el 24 de febrero del 2021 a las 16:53
Problema: tenemos un vehiculo y un burro, recorren 5km cada uno, en un mismo tiempo uno recorre 1 km (coche) y el otro 300 m(burro) .,
Pregunta :¿Quien es mas veloz?
Sin ningun miramiento diriamos que el coche.
Ahora surge la cuestion fundamental ¿ Son comparables sus velocidades? Si resulta que su indole energetica que las nutre son tan dispares, energia quimica ( gasolina y energia potencial del animal) ¿Acaso no habra que aplicar un factor de equivalenvia? Y una vez aplicado dicho factor, entonces ya si podemos hacer la comparativa entre sus distintas velocidades. Haber si resulta que el burro gana la carrera, os lo imaginais al burro con ruedas.
el 27 de febrero del 2021 a las 11:11
¿Quien seria el ganador? “o bien ¿Quien el mas veloz? O bien ¿Como llamar a la magnitud que refleje dicha diferencia?
¿Quien seria el ganador?
En definitiva, definir la velocidad en funcion del tiempo deja mucho que desear, por que no cambiamos de criterio y lo definimos en funcion de la indole energetica implicada, aplicando coeficientes de equivalencia.
Ya que no es lo mismo un litro de gasolina, que un litro de gasoil, tampoco es lo mismo un m3 de gas propano que un m3 de gas butano, un kg de polvora que un kg queroseno, o un m3 de hidrogeno, o un 7 amperios de un motor electrico, etc.
Al margen del rendimiento de motores u diseños de los mismos coches, u contestos u variaciones de dichas pruebas.
Comparar lavelocidad de unvehiculo, con la de un burro no se sostiene sin mas, salvo aplicar un criterio de equivalencia.
Lo mismo ocurre con la velocidad de una particula con respecto a un objeto orbitando la tierra, etc.
Si actualmente toda la fisica pivota en funcion de la velocidad de la luz y el tiempo que transcurre, ¿Que parte de la misma no ha hecho sus deberes con respecto al coeficiente energetico? (¿la luz su propagacion no tiene coste energetico en el vacio? , solo es frecuencia / tiempo, algo tendra que decir el vacio circundante)
Conclusion:”El tiempo es la tabla rasa que hace que toda magnitud de indole cualesquiera relacionada con el mismo cobre u pierda sus brios y o muestre su excentricidad frente a la subyacente magnanimidad de todo impetu energetico de indole cualesquiera. ”
Se avecinan malos tiempos para la fisica actual: Se vislumbra tal desmoronamiento conceptual de la temporalidad que toda su guaritmica quede reducida a una escombrera sin igual, esto no quiere decir que el umbrar de su impetuosidad quede reducido a mera ociosidad.
el 28 de febrero del 2021 a las 5:27
el 28 de febrero del 2021 a las 8:39
Veo que vd se va por las ramas, la cuestion es si es comparable la velocidad de un vehiculo con la velocidad de un burro, sin un factor de equivalencia.
el 1 de marzo del 2021 a las 5:54
Siempre que la velocidad esté presente, podremos compararla y medirla sin importar la potencia de la misma, el factor de más o menos empuje que dicha velocidad pueda llevar en cada caso, al fin y al cabo velocidad será. Ese es el único factor de equivalencia que en los diversos casos se pueda observar, que el objeto o el ser viviente se está moviendo y está en reposo.
Todo lo demás es buscarse complicaciones que no existen, el problema central será si se mueve o no se mueve lo que estamos comparando y, si se están moviendo ver el por qué de las distintas velocidades que en cada caso se están produciendo.
Un vehículo, un burro, una gacela, un águila real, una nave espacial… Todos tienen en común el movimiento que los desplaza que, por distintos motivos será siempre diferente en cada caso.
el 1 de marzo del 2021 a las 19:20
Primero:”Todos tienen en comun el movimiento que los desplaza”
Esto no se sostiene, solo hay desplazamiento si hay energia que lo promueba.
Segundo:
La disparidad de velocidades son debidas a la indole energetica implicada, asi como a la gestion de dicha energia
Hasta aqui todo correcto
Siento discrepar, ¿Hay interaccion posible sin energia implicita, llamese movimiento, empuje, o como lo queramos llamar?
En la ecuacion v=e/t ¿Donde esta reflejada la componente energetica? ¿Los objetos se mueven solos?
Una objecion clara: dos vehiculos (un mismo peso) hacen un mismo recorrido en un mismo tiempo, ¿Que les distingue? Vd dira ambos tienen la misma velocidad y se quedara tan ancho.
Ahora el mismo ejemplo:un mismo recorrido en un mismo tiempo, cambiando una magnitud: uno pesa una tonelada y el otro tres toneladas, ¿Que les distingue? Vd dira ambos tienen la misma velocidad, ¿se quedara igualmente de ancho?
Se distinguen fundamentalmente en como uno gestiona su energia con respecto al otro.
Esa diferencis de energia donde queda reglejada en la ecuacion que vds tanto pregonan.
el 2 de marzo del 2021 a las 5:03
Dicho de otra manera: Un objeto de un kg a 10km/h embiste a otro de un kg a 10 km/h
El mismo ejemplo ahora :Un objeto de un kg frente a otro de 100 kg, ambos a igual velocidad ¿La energia implicita es la misma respecto a igualdad de pesos
el 2 de marzo del 2021 a las 5:52
Lo único cierto es que, en nuestro Universo… ¡Todo es energía! Así quedó explicado en uno de los trabajos aquí mostrados. Por lo demás, todos los sucesos son diferentes escenarios en los que, la energía, está presente.
El vuelo del colibrí, el galope del caballo, la radiación que produce la fusión nuclear en las estrellas, las explosiones supernovas, las transformaciones de fase, un embarazo, el amanecer… Cualquier cosa que se nos ocurra pensar estará acompañado de la energía que transforma los paisajes (terremotos y Tsunamis, el eructo de la montaña, el viento…
Claro que, en la velocidad de todo lo que se desplace, también la energía estará allí, es tan obvio que, no parece que haga falta el mencionarlo.
el 3 de marzo del 2021 a las 17:56
La cuestion no es si esta implicita la energia, que eso todos sabemos de su obviedad, sino en suconceptualuzacion que componente de la ecuacion indica su cuantia en la ecuacion v=e/t, un mismo espacio, un mismo tiempo, una misma velocidad, un vehiculo de 1 tonelada y un vehiculo de 3 toneladas recorriendo un mismo espacio. ¿Consumen por igual? No, entonces cambie el tiempo por consumo energetico ,y resuelto el hecho de que los coches no se muevensolos, asicomo lavelocidad de un paseante,etc. velocidadaaquellsamagnitud que relaciona espacio recorrido por energia implicita en dicha interaccion.
Y tendra narrativa que explique la velocidad de una flecha,lla velocidad de unsbala,la velocidad de una pelota lanzada por un niño,lav velocidad de una lanza , etc es cuestion de distinguir la indole energetica, y su cuantia.
No hay mayorobstaculod enucualquier disciplina que encallarse
en una de sus perpectivas”
el 4 de marzo del 2021 a las 4:20
Axiomático, todos y cada uno de los ejemplos que admiten poca discusión.