RELATIVIDAD
La teoría de la relatividad está compuesta a grandes rasgos por
dos grandes teorías (la de la relatividad especial y la de la relatividad general) formuladas por Albert Einstein a principios del siglo XX, que
pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica newtoniana y elelectromagnetismo.
La
primera teoría, publicada en 1905, trata de la física del movimiento de los
cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias, en el que
se hacían compatibles las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo con una
reformulación de las leyes del movimiento. La segunda, de 1915, es una teoría
de la gravedad que reemplaza a la gravedad newtoniana pero coincide
numéricamente con ella en campos gravitatorios débiles.
La teoría general se reduce a la teoría especial en ausencia de campos
gravitatorios.
No fue
hasta el 7 de marzo de 2010 cuando fueron mostrados públicamente los
manuscritos originales de Einstein por parte de la Academia Israelí de
Ciencias, aunque la teoría se había publicado en 1905. El manuscrito tiene 46
páginas de textos y fórmulas matemáticas redactadas a mano, y fue donado por
Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en 1925 con motivo de su inauguración.1
La teoría de la relatividad
especial, también llamada teoría de la relatividad restringida, publicada por Albert Einstein en 1905, describe la física del movimiento en el marco de un espacio-tiempoplano,
describe correctamente el movimiento de los cuerpos incluso a grandes
velocidades y sus interacciones electromagnéticas y se usa básicamente para
estudiar sistemas de
referencia inerciales. Estos conceptos fueron presentados
anteriormente por Poincaré y Lorentz, que son considerados como
originadores de la teoría. Si bien la teoría resolvía un buen número de
problemas del electromagnetismo y daba una explicación del experimento de Michelson-Morley, esta
teoría no proporciona una descripción relativista del campo gravitatorio.
Tras la
publicación del artículo de Einstein, la nueva teoría de la relatividad
especial fue aceptada en unos pocos años por la práctica totalidad de los
físicos y los matemáticos, de hecho personas como Poincaré o Lorentz habían
estado muy cerca de llegar al mismo resultado que Einstein. La forma geométrica
definitiva de la teoría se debe a Hermann
Minkowski, antiguo profesor de Einstein en la Politécnica de Zürich;
acuñó el término "espacio-tiempo" (Raumzeit) y le dio la forma
matemática adecuada.4 El espacio-tiempo de Minkowski es una variedad tetradimensionalen la que se entrelazaban de una manera
insoluble las tres dimensiones espaciales y el tiempo. En este espacio-tiempo
de Minkowski, el movimiento de una partícula se representa mediante sulínea de universo (Weltlinie), una curva cuyos
puntos vienen determinados por cuatro variables distintas: las tres dimensiones
espaciales (
,
,
) y el tiempo (
). El nuevo esquema de
Minkowski obligó a reinterpretar los conceptos de la métrica existentes hasta
entonces. El concepto tridimensional de punto fue sustituido por el de evento. La magnitud de distancia se reemplaza por la magnitud de intervalo.
,,) y el tiempo (). El nuevo esquema de
Minkowski obligó a reinterpretar los conceptos de la métrica existentes hasta
entonces. El concepto tridimensional de punto fue sustituido por el de evento. La magnitud de distancia se reemplaza por la magnitud de intervalo.
Relatividad general[
La relatividad general fue publicada por
Einstein en 1915,
y fue presentada como conferencia en la Academia de Ciencias Prusiana el 25 de noviembre. La
teoría generaliza el principio de
relatividad de Einstein para un observador arbitrario. Esto implica que las
ecuaciones de la teoría deben tener una forma de covariancia más general que la covariancia de Lorentz usada en la teoría de la relatividad especial. Además de esto, la teoría de
la relatividad general propone que la propia geometría del espacio-tiempo se ve
afectada por la presencia de materia, de lo cual resulta una teoría relativista delcampo gravitatorio. De
hecho la teoría de la relatividad general predice que el espacio-tiempo no será
plano en presencia de materia y que la curvatura del espacio-tiempo será
percibida como un campo gravitatorio.
Debe notarse que el matemático alemán David Hilbert escribió e hizo públicas las ecuaciones de
la covarianza antes que Einstein. Ello resultó en no pocas acusaciones de
plagio contra Einstein, pero probablemente sea más, porque es una teoría (o
perspectiva) geométrica. La misma postula que la presencia de masa o energía
«curva» al espacio-tiempo, y esta curvatura afecta la trayectoria de los
cuerpos móviles e incluso la trayectoria de la luz.
Einstein expresó el propósito de la teoría
de la relatividad general para aplicar plenamente el programa de Ernst Mach de la relativización de todos los efectos
de inercia, incluso añadiendo la llamada constante cosmológica a sus ecuaciones de campo5 para este propósito. Este punto de
contacto real de la influencia de Ernst Mach fue claramente identificado en 1918,
cuando Einstein distingue lo que él bautizó como el principio de Mach (los efectos inerciales se derivan de la interacción de los cuerpos) del
principio de la relatividad general, que se interpreta ahora como el principio
de covarianza general
En la teoría de la relatividad una partícula
puntual queda representada por un par 
, donde 
es una curva diferenciable, llamadalínea de
universo de la partícula, y m es
un escalar que representa la masa en reposo. El vector tangente a esta curva es
un vector temporalllamado cuadrivelocidad, el
producto de este vector por la masa en reposo de la partícula es precisamente
el cuadrimomento. Este
cuadrimomento es un vector de cuatro componentes, tres de estas componentes se
denominan espaciales y representan el análogo relativista delmomento lineal de
la mecánica clásica, la otra componente denominada componente temporal
representa la generalización relativista de laenergía
cinética. Además, dada una curva arbitraria en el espacio-tiempo,
puede definirse a lo largo de ella el llamado intervalo relativista, que se obtiene a partir del tensor métrico. El
intervalo relativista medido a lo largo de la trayectoria de una partícula es
proporcional al intervalo de tiempo propio o
intervalo de tiempo percibido por dicha partícula. En la teoría de la
relatividad una partícula puntual queda representada por un par , donde es una curva diferenciable, llamadalínea de
universo de la partícula, y m es
un escalar que representa la masa en reposo. El vector tangente a esta curva es
un vector temporalllamado cuadrivelocidad, el
producto de este vector por la masa en reposo de la partícula es precisamente
el cuadrimomento. Este
cuadrimomento es un vector de cuatro componentes, tres de estas componentes se
denominan espaciales y representan el análogo relativista delmomento lineal de
la mecánica clásica, la otra componente denominada componente temporal
representa la generalización relativista de laenergía
cinética. Además, dada una curva arbitraria en el espacio-tiempo,
puede definirse a lo largo de ella el llamado intervalo relativista, que se obtiene a partir del tensor métrico. El
intervalo relativista medido a lo largo de la trayectoria de una partícula es
proporcional al intervalo de tiempo propio o
intervalo de tiempo percibido por dicha partícula.
, donde es una curva diferenciable, llamadalínea de
universo de la partícula, y m es
un escalar que representa la masa en reposo. El vector tangente a esta curva es
un vector temporalllamado cuadrivelocidad, el
producto de este vector por la masa en reposo de la partícula es precisamente
el cuadrimomento. Este
cuadrimomento es un vector de cuatro componentes, tres de estas componentes se
denominan espaciales y representan el análogo relativista delmomento lineal de
la mecánica clásica, la otra componente denominada componente temporal
representa la generalización relativista de laenergía
cinética. Además, dada una curva arbitraria en el espacio-tiempo,
puede definirse a lo largo de ella el llamado intervalo relativista, que se obtiene a partir del tensor métrico. El
intervalo relativista medido a lo largo de la trayectoria de una partícula es
proporcional al intervalo de tiempo propio o
intervalo de tiempo percibido por dicha partícula. En la teoría de la
relatividad una partícula puntual queda representada por un par , donde es una curva diferenciable, llamadalínea de
universo de la partícula, y m es
un escalar que representa la masa en reposo. El vector tangente a esta curva es
un vector temporalllamado cuadrivelocidad, el
producto de este vector por la masa en reposo de la partícula es precisamente
el cuadrimomento. Este
cuadrimomento es un vector de cuatro componentes, tres de estas componentes se
denominan espaciales y representan el análogo relativista delmomento lineal de
la mecánica clásica, la otra componente denominada componente temporal
representa la generalización relativista de laenergía
cinética. Además, dada una curva arbitraria en el espacio-tiempo,
puede definirse a lo largo de ella el llamado intervalo relativista, que se obtiene a partir del tensor métrico. El
intervalo relativista medido a lo largo de la trayectoria de una partícula es
proporcional al intervalo de tiempo propio o
intervalo de tiempo percibido por dicha partícula.
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