RELATIVIDAD ESPECIAL
La teoría de la relatividad especial fue presentada por Albert Einstein en su trabajo Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, el 30 de junio de 1905. El formalismo básico de la teoría ya había sido descubierto un año antes por Poincaré y por Lorentz, aunque Einstein desconocía estos trabajos (supuestamente).
A finales del siglo XIX James Clerk Maxwell publicó un conjunto de cuatro ecuaciones capaces de describir todos los fenómenos electromagnéticos. Estas requerían la existencia de una constante c que equivale a la velocidad de la luz y es independiente del observador o de la velocidad de la fuente. La veracidad de esta teoría había sido demostrada de un modo aplastante, sin embargo, era incompatible con la mecánica de Newton, que había hecho predicciones válidas siempre que se puso a prueba.
Ejemplo de por qué la mecánica de Newton no es compatible con la velocidad de la luz como constante.
Imaginemos un tren en movimiento a velocidad constante de 1000 km/s y de una longitud enorme. Dentro de este, encontramos a Juan (observador I) y en el andén al lado del tren a Carmen (observador II). Si Juan lanzase una pelota hacia adelante con una velocidad de 200 m/s, según la mecánica de Newton, para él esta pelota al cabo de un segundo recorrería una distancia de 200 metros con respecto a él, mientras que para Carmen, que se encuentra fuera del tren, la pelota recorrería una distancia de 1000,2 km (el espacio que recorre la pelota más el que ha recorrido el tren en ese tiempo). Es decir, al cabo de un segundo la pelota se encuentra a 200 metros de Juan, pero a 1000,2 kilómetros de Carmen.
Ahora imaginemos que en vez de lanzar una pelota, Juan enciende un puntero láser. La luz que este emite viaja a una velocidad de 300.000 km/h (c). Al cabo de un segundo, según la mecánica de Newton, los fotones (partículas que forman la luz) se encontraría a 300.000 km de distancia con respecto a Juan y a 300.001 km con respecto a Carmen. O lo que es lo mismo, con respecto a Carmen, los fotones viajan a una velocidad de 300.001 km/h.
He aquí el problema de porque la mecánica de Newton entra en conflicto con la teoría de Maxwell, ya que según esta última la luz siempre viaja a la misma velocidad independientemente del estado del observador, 300.000 km/h aproximadamente
Ahora imaginemos que en vez de lanzar una pelota, Juan enciende un puntero láser. La luz que este emite viaja a una velocidad de 300.000 km/h (c). Al cabo de un segundo, según la mecánica de Newton, los fotones (partículas que forman la luz) se encontraría a 300.000 km de distancia con respecto a Juan y a 300.001 km con respecto a Carmen. O lo que es lo mismo, con respecto a Carmen, los fotones viajan a una velocidad de 300.001 km/h.
He aquí el problema de porque la mecánica de Newton entra en conflicto con la teoría de Maxwell, ya que según esta última la luz siempre viaja a la misma velocidad independientemente del estado del observador, 300.000 km/h aproximadamente
A partir de estos hechos, Albert Einstein desarrolla la llamada Teoría de la Relatividad Especial o Restringida, que es una nueva cinemática que hace compatibles la Mecánica y el Electromagnetismo, al precio de radicales cambios en las concepciones del espacio, del tiempo y de la materia. Prescinde de los conceptos de éter, espacio absoluto y simultaneidad de la mecánica de Newton, e introduce la constante c de la estructura espacio-tiempo, que no es otra cosa que la velocidad de la luz y que será la velocidad límite alcanzable en la cinemática einsteniana.
Los postulados en los que se basa toda la teorías son: el Principio de Relatividad según el cual, no existe ningún experimento mecánico o electrodinámico que permita averiguar si un sistema de referencia está en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme, y el Principio de existencia de una velocidad límite de propagación de las interacciones físicas, que coincide con la velocidad de la luz, es decir, no existe nada más rápido que la velocidad de la luz. El principio de la relatividad de los movimientos a velocidad constante ya fue redactado en su día por el mismísimo Galileo Galilei.
Los postulados en los que se basa toda la teorías son: el Principio de Relatividad según el cual, no existe ningún experimento mecánico o electrodinámico que permita averiguar si un sistema de referencia está en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme, y el Principio de existencia de una velocidad límite de propagación de las interacciones físicas, que coincide con la velocidad de la luz, es decir, no existe nada más rápido que la velocidad de la luz. El principio de la relatividad de los movimientos a velocidad constante ya fue redactado en su día por el mismísimo Galileo Galilei.
1) Principio de Relatividad
Este principio dice que para todos los objetos y observadores situados en sistemas de referencia inerciales, que son aquellos que permanecen en reposo o se mueven con movimiento rectilíneo uniforme, las leyes de la física deben ser iguales. Con esto Einstein quiere decir que si estamos quietos o nos movemos a velocidad constante (por ejemplo en un tren, un barco, un avión, ...), cualquier fenómeno físico que observemos lo describiríamos con la misma ley, sin tener en cuenta si estamos en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.
2) Principio de constancia de la Velocidad de la Luz
La velocidad de la luz en el vacío c (300.000 km/s) es la misma para todos los sistemas de referencia inerciales, con independencia de la velocidad del foco y del observador.
Este principio indica que si los dos observadores del ejemplo anterior que se mueven entre sí con una velocidad relativa, y al pasar uno al lado del otro lanzan dos destellos de luz, ambos irán a la misma velocidad (c). Esto parece contradecir nuestra experiencia habitual. ¿Cómo se explica esta aparente contradicción? Esto ocurre porque a bajas velocidades, los efectos relativistas son imperceptibles, en contra de lo que sucede a velocidades cercanas a c.
Este postulado es el causante de los extraños resultados de la Relatividad Especial, como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud.
Este principio indica que si los dos observadores del ejemplo anterior que se mueven entre sí con una velocidad relativa, y al pasar uno al lado del otro lanzan dos destellos de luz, ambos irán a la misma velocidad (c). Esto parece contradecir nuestra experiencia habitual. ¿Cómo se explica esta aparente contradicción? Esto ocurre porque a bajas velocidades, los efectos relativistas son imperceptibles, en contra de lo que sucede a velocidades cercanas a c.
Este postulado es el causante de los extraños resultados de la Relatividad Especial, como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud.