RELATIVIDAD
La teoría de la relatividad nace con el fin de complementar el trabajo que se había realizado hasta el momento, dicho trabajo se sintetiza en la mecánica Newtoniana que presentaba problemas cuando se consideraban velocidades altas, cercanas a la velocidad de la luz. Albert Einstein presentó la Teoría de la Relatividad restringida en 1905, cuando tenía 26 años. Más tarde publicó la Teoría General de la Relatividad (que no se tratará porque el desarrollo matemático es demasiado complejo y utiliza métodos aún no estudiados).
La teoría de la relatividad se basa en el planteamiento de dos postulados que son: Las leyes físicas son aplicables y serán las mismas en cualquier sistema de referencia inercial. Einstein modificó conceptos de espacio y tiempo, materia y energía sin deformar la realidad. Lo que significa que en un intervalo de tiempo Dt medido en un sistema de referencia en movimiento, es mayor que si estuviera en reposo. Por lo tanto, el tiempo del observador es menor al tiempo del sistema de referncia en movimiento.
En seguida estudiaremos las cualidades que se presentan cuando un cuerpo se desplaza con una velocidad cercana a la de la luz, comenzaremos con los sistemas de referencia inerciales (SRI). La descripción del movimiento debe ser constante.
Se muestra un evento que ocurre durante un tiempo t en un SRI 1, con coordenadas tridimensionales X,Y,Z. Éste es analizado por un observador ubicado en un SRI 2 quien afirmará que el evento ocurrió durante un tiempo t' en las coordenadas X',Y',Z', que aunque suene confuso, físicamente es obvio. Para obtener mayor entendimiento consideremos el ejemplo de un niño que viaja en un bus y lanza una pelota verticalmente hacia arriba. Para un observador que está fuera asegurará que la pelota describió una trayectoria parabólica, pero para otro observador ubicado al lado del niño, la pelota simplemente ha descrito una trayectoria en línea recta.
En este caso el bus es un SRI y el observador es otro SRI. Por ahora lo que nos interesa es lograr relacionar las características de los sistemas de referencia 1 y 2, para tal fin se debe considerar que los tiempos t y t' son iguales entre sí a cero:
Los orígenes de los dos sistemas coinciden y como consecuencia se obtiene:
Estas tres expresiones son
conocidas con el nombre de transformaciones de Galileo, las cuales se pueden aplicar a eventos que presenten movimiento en los ejes Y o Z.
De estas transformaciones se pueden calcular otras variaciones de la velocidad en forma sencilla y consiste en
dividirlas miembro a miembro por t.
Las últimas expresiones son las transformaciones de velocidades, estas transformaciones tienen problemas de acuerdo con el segundo postulado, debido a que contradice las transformaciones de Galileo.
Por medio de experimentos se ha demostrado que la luz se desplaza a velocidad constante en cualquier dirección, sin importar el sistema de referencia inercial.
Analizando el primer postulado, nos afirma que podemos dar con seguridad las características de un sistema con referencia a otro, pero no se puede asegurar lo mismo de un único sistema como tal. Como ejemplo consideremos un hecho cotidiano en el que una persona se desplaza en auto, la persona no puede asegurar que se encuentra en movimiento, si no toma otro sistema de referencia, por ejemplo, puede ser las personas que se encuentran fuera, ya que para ellas sí estará en movimiento, pero con relación a una persona que se encuentre dentro del auto no se moverá.