La teoría de la relatividad, desarrollada por Albert Einstein, describe la estructura del espacio y el tiempo, así como la naturaleza de la gravedad. Consta de dos partes: la Teoría Especial de la Relatividad TRE, que se publicó en 1905 en la revista «Annalen der Physik» en el artículo «Zur Elektrodynamik bewegter Körper», y la Teoría General de la Relatividad ART, que se terminó en 1916. En la Teoría Especial de la Relatividad, Einstein demuestra que las experiencias comunes en relación con una variedad de sucesos en el espacio y el tiempo están invertidas, y que no son válidas de forma absoluta sino relativa porque dependen del estado de movimiento o reposo del observador. En consecuencia, el tiempo no es absoluto, como se suele suponer: los relojes en movimiento van más lentos. Unió la relatividad con la gravedad en la Teoría General de la Relatividad, que se basa en la TER y es matemáticamente más sofisticada.
Teoría de la relatividad
El espacio y el tiempo, a menudo conocido como espaciotiempo, es dinámico, se ve afectado por la materia que contiene e influye en el movimiento de la materia. Por ejemplo, la TRE permite predecir que la luz puede desviarse.
TER significa Teoría de la Relatividad Especial.
Sin el efecto de la gravedad, la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein formula el principio de relatividad para todos los procesos físicos en el espacio y el tiempo. Afirma que los sucesos son relativos o dependen del estado de movimiento del observador al hacer una afirmación o emitir un juicio sobre ellos. Según esto, hay numerosas realidades de un mismo suceso, porque hay tantas velocidades como velocidades. El científico continúa diciendo que los tamaños de la velocidad, el camino y el tiempo en la fórmula velocidad = camino/tiempo se ven afectados por la posición del observador.
Los relojes que se mueven son más lentos que los relojes que permanecen estables.
La dilatación del tiempo es uno de los ejemplos más conocidos de la TER. El tiempo es absoluto y se mueve a la misma velocidad en todas partes, según una creencia muy extendida. Sin embargo, la dilatación del tiempo, también conocida como «dilatación relativista del tiempo», muestra que los relojes en movimiento se mueven más lentamente que los relojes en reposo. Dado que se requieren tecnologías de alta precisión, como los relojes de cesio, para medir desviaciones menores, esta teoría de la relatividad no pudo confirmarse experimentalmente hasta alrededor de 1960. Tienen una precisión de nanosegundos, o milmillonésimas de segundo. Se ha demostrado experimentalmente que el reloj de un avión que viaja a una velocidad de crucero de 830 km/h en un viaje de Frankfurt a Boston y vuelta es 28 milmillonésimas de segundo más lento que un reloj en reposo.
Un ejemplo es el viaje diario en tren
Un pasajero que pasea por el pasillo de un tren que viaja a 60 km/h tiene un ritmo de marcha típico de unos 5 km/h para los demás pasajeros. Sin embargo, para un observador que espera fuera de la estación, este pasajero, que camina a una velocidad de aproximadamente 5 km/h en el tren, parece caminar más rápido. 60 km/h más 5 km/h son 65 km/h. Dos ejemplos más del estado de movimiento o reposo, así como de la posición del observador: Un observador en tierra puede ver un avión de combate volando más rápido que un pasajero a bordo de un avión que está siendo adelantado por el avión de combate. Por otra parte, una persona sentada en un escritorio puede estar en reposo para sí misma o para la persona que está a su lado, pero para un observador desde el espacio se está moviendo con la tierra girando alrededor de sí misma y alrededor del sol.
La longitud de los cuerpos en movimiento se reduce
La contracción de la longitud, que establece que un cuerpo en movimiento se acorta en la dirección del movimiento, también se incluye en la teoría de la relatividad especial. Si un cuerpo con una longitud de 6 m se mueve a un 60% de la velocidad de la luz, se acorta en la dirección del movimiento en un factor de 1,25. Entonces sólo mide 4,8 metros. Para calcular el factor de acortamiento en relación con la velocidad se utiliza el llamado factor de Lorentz. En cambio, la altura y la anchura del cuerpo de una persona no disminuyen.
E=mc2: la energía se transforma en masa y viceversa.
Es, sin duda, la fórmula más conocida: E=mc2: la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz es igual a la energía. Afirma que la energía se transforma en masa y viceversa. La fórmula se encuentra con frecuencia en la vida cotidiana. El agua caliente, por ejemplo, pesa más que el agua fría. La placa caliente proporciona calor y, por tanto, energía al agua. Como resultado, el volumen del agua aumenta. En cierto sentido, la masa y la energía son dos caras de la misma moneda. La constancia de la velocidad de la luz, que es independiente del observador y absoluta, sigue estando incluida en la teoría de la relatividad especial. Cuando se encienden las luces de dos coches con velocidades diferentes, no se suman, a diferencia de otros valores. El movimiento, las distancias y el tiempo son magnitudes relativas en movimiento uniforme, según la TER. Sin embargo, la fuerza gravitatoria actúa en toda la naturaleza, influyendo en estos valores y en los acontecimientos asociados a ellos, lo que hace que la TER parezca más bien una teoría ideal.
La TER se amplía con el ARTE de Einstein, que considera la gravedad y sus efectos sobre las masas, el movimiento, las distancias y el tiempo. ¿Qué diferencia hay entre la aceleración y la gravedad? Ambas fuerzas son físicamente idénticas y presentan los mismos efectos, como la dilatación del tiempo y la desviación de la luz. La teoría general de la relatividad se basa en este «principio de equivalencia». Los relojes funcionan más despacio a medida que la atracción gravitatoria se hace más fuerte. En consecuencia, los relojes de las altas montañas funcionan más rápido que los de las tierras bajas. La luz también se desvía: Los cuerpos grandes, como el sol, desvían el curso de la luz debido a la gravedad. Esta predicción se hizo famosa gracias a la teoría general de la relatividad de Einstein, que también fue confirmada por un eclipse de sol el 29 de mayo de 1929. El espacio está curvado por la materia: La gravedad, según Einstein, es simplemente la curvatura del espacio. Un buen ejemplo visual es el de una pelota sobre una superficie blanda que se ve forzada por su volumen. Como resultado, todos los cuerpos celestes no sólo desvían la luz, sino que también curvan el espacio en el espacio.
En su Teoría General de la Relatividad, Einstein predijo que la luz pierde energía en las proximidades de los agujeros negros. Investigadores de la Universidad de Maryland han demostrado la pérdida de energía de la luz cerca de los agujeros negros, según la revista científica británica New Scientist. «Es increíble que la teoría general de la relatividad de Einstein se mantenga en condiciones tan duras».