Albert Einstein científico: Teoría de la relatividad especial, 3 Postulados

Hola, Muchas gracias por visitar la web, acá te hablaré del Científico Albert Einstein y sobre su  Teoría de la Relatividad Especial, quiero traerte una información para saber más sobre la Ciencia y Tecnología.

Biografía de Albert Einstein

Albert Einstein, Nació en Alemania en la ciudad de Ulm en el Año 1.879 un 14 de Marzo; Es considerado uno de los más grandes cerebros científicos del siglo XX y en mi opinión quizás de todos los tiempos.

Algo que muchas personas desconocen, es que sus primeras incursiones en los estudios fueron de poco nivel, tan así, que uno de sus profesores expresó estas palabras: «Einstein, nunca llegarás a ser alguien«. Era que debido a su torpeza, del cuál se hablaba, que sus familiares vivían angustiados en su hogar. Era de pensar retardado, y además debía realizar mucho esfuerzo para cumplir sus actividades.

Su despertar surge cuando en una oportunidad fue a su casa un estudiante de medicina de la Universidad de Munich, y éste lo motivó regalándole un libro de Geometría. De éste resolvió en apenas 3 meses todos los problemas y a los 14 años prácticamente había asimilado asignaturas que no eran objeto de estudio en la escuela donde asistía como discípulo (Geometría, Álgebra,  y calculo infinitesimal).

Curso estudios en la Universidad de Zurich, donde completó su educación, y logrando así obtener excelentes calificaciones, en Física y Matemáticas, hecho que asombró a sus profesores. A los 21 Años se gradúa de Doctor en Filosofía y a pesar de que le habían prometido un cargo en la Universidad de Zurich, éste al final se lo negaron. Es a partir de este momento cuando trabaja de Inspector de Patentes de Berna, donde tenía el suficiente tiempo para dedicarlo a sus investigaciones en física.

Con a penas 25 años mostró al mundo 4 Artículos que trajo una gran repercusión en el mundo de las ciencias.

Presentó un estudio teórico del efecto fotoeléctrico, artículo con el cuál gana en el año 1921 el premio Nobel de la Física.

El tema del movimiento Browniano, movimiento irregular que tiene lugar cuando se encuentran partículas suspendidas en un líquido.

Su contribución más grande fue la llamada Teoría de la Relatividad, revolucionando los conceptos clásicos de espacio y tiempo.

Diez años después, publica el resultado de sus nuevos estudios en un trabajo denominado Teoría de la Relatividad Generalizada, la cual contenía nuevos enfoques en cuanto a la Luz, el Movimiento y el Espacio.

Finalmente para cerrar esta breve Biografía de Albert Einstein, Científicos como Madame Curie, Poincaré, se pronunciaron para decir:

«El señor Albert Einstein está dotado de una de las mentes más originales y prodigiosas que jamás hemos encontrado. El futuro dará muchas más pruebas de los méritos del señor Einstein, y la Universidad que lo posea puede tener la seguridad que obtendrá máximos honores mediante su relación con el ilustre joven maestro».

Estudios más destacados de Albert Einstein

En 1905 el científico alemán Albert Einstein publicó un artículo en la Revista Annalen der Physik, denominado Zur Elektrodynamicbewegter Körper, (Sobre la Electrodinámica de los cuerpos en movimiento) que revolucionó el campo de las ciencias.

En este artículo se señalan los principios fundamentales de lo que hoy en día se conoce como: «teoría de la relatividad especial».

En efecto, esta teoría de Albert Einstein, significó un cambio radical en  la manera de pensar sobre las nociones de espacio y tiempo, ya que se toma la «naturaleza de la luz» en la relación entre observador y objeto observado.

Un experimento que contribuyó en la construcción de esta teoría fue el que Hicieron Michelson y Morley en el año 1887, con el propósito de demostrar la existencia del éter. Con este y una extraña paradoja de la historia lo que encontró fue conclusiones sobre la velocidad de la luz que se llamó leyes. Resumiéndose así:

• El valor de velocidad de la luz es constante, C= 300.000 Km/s. independiente de la fuente.
• La velocidad de la luz es independiente de la fuente.

¿A qué conclusión se puede llegar con dichas leyes?

 Estas leyes muestran que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores inerciales y que siempre medirán el mismo valor, independientemente que la fuente esté en reposo o moviéndose a velocidad constante.

¿Cómo podemos ejemplificarlo?

La imaginación no tiene límites, visualiza en tu mente por un instante que tienes una linterna en tu mano y estás buscando un objeto en un cuarto oscuro. Si estando en reposo alumbras al objeto, el rayo de luz sale de tu linterna a rapidez  (C), pero también saldrá a velocidad (C). Si acercas o alejas la linterna, la velocidad de la luz no cambia, aunque cambie el movimiento de la fuente que la produce.

Estos hechos, generaron sin duda un dilema en la audaz mente de Albert Einstein, ya que las mismas no parecen corresponder al principio de la relatividad de Galileo Galilei, que en su caso señala que estando en un sistema móvil. La velocidad de un objeto respecto a un sistema fijo será: la velocidad del objeto con respecto al sistema móvil, más la velocidad del sistema móvil con respecto al sistema fijo y es lo que se conocía como Ley de transformaciones de las velocidades de Galileo. Ley que no parece aplicar para la Velocidad de la luz.

Tercera discordia respecto a las Leyes de Albert Einstein

Para esa misma época James Clerk Maxwell, había conseguido teóricamente, la naturaleza ondulatoria de la luz y que también señalaba que esta onda debería viajar a una velocidad constante (C).

De hecho, la forma ingeniosa en la que Albert Einstein, resuelve aparentemente la contradicción, es que asume como válidas las leyes de la velocidad de la luz y las de Maxwell y por tanto, plantea la necesidad de reestructurar las leyes de transformación de Galileo. Con todo lo antes expuesto, supone una nueva concepción del espacio y el tiempo que desafían tremendamente al sentido común.

Albert Einstein, y los Postulados acerca de cómo hacer tal transformación, son conocidos hoy en día como principio de la relatividad especial y tres de las más importantes ideas te lo presentamos a continuación:

1.-Relatividad de la Simultaneidad.

2.-Relatividad del tiempo (Dilatación del Tiempo).

3.- Relatividad de las posiciones (Contradicción de las longitudes).

Teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein 3 Ideas importantes

Las ideas de Albert Einstein, que han transformado no solo a la ciencia sino que también el modo de como vemos o analizamos los conceptos de espacio y de Tiempo son a través de estos 3 postulados que aún siguen vigentes y siguen vigentes y me gustaría que leyéramos juntos.

1.-Postulado Relatividad de la Simultaneidad

Comencemos imaginándonos por un momento que estás en el centro de la plataforma que une a dos vagones de un tren que se desplaza hacia a la derecha y a ambos extremos de los vagones se produce un «chispazo de luz» como se muestra en la figura (A).

En esta circunstancias tu dirás que se produjeron simultáneamente si logras detectar que ambos chispazos llegan a tí, al mismo tiempo como se muestra en la Figura (B). 

En cambio, un observador que se encuentra fijo, asegura en ese momento, que primero se produjeron los chispazos en la parte trasera del tren. Esto significa que para este caso lo que es simultáneo para un observador que se encuentra en un sistema que se mueve a velocidad constante no es simultáneo para otro que se encuentra en un sistema fijo. Es decir, la simultaneidad de los eventos es relativa.

2.- Relatividad del tiempo (Dilatación del Tiempo)

Otra de las consecuencias importantes que se debe considerar, por tomar la velocidad de la luz como ley fundamental, es al momento de comparar las mediciones del tiempo que hacen dos observadores, uno en un sistema fijo (S) y otro en un sistema móvil (S´). De hecho, esta diferenciase puede demostrar a través de un «Experimento pensado».

Ahora, consideras que viajas sentado en el vagón de un tren que viaja a velocidad constante y que en el techo del vagón tiene pegado un espejo que refleje un rayo de luz enviado desde el piso, para que el observador ubicado dentro del tren, el rayo de luz recorrió una distancia.

Λt´= 2D / C

Consideramos ahora, un observador ubicado en tierra, éste dirá que la distancia recorrida por el rayo de luz reflejado por el espejo y su valor se determinará como:

Λt = √4D² + u² (Λt) / C  Despejando Λt , tenemos: Λt = 2D / √ C² – u²

Como en esta ecuación siempre se va a cumplir que √ C²  – u²  ≤ C, entonces comparando con la ecuación para

Λt´, se verifica que Λt ≥ Λt´, esto demuestra que un observador en tierra registrará un mayor tiempo en la realización de ese evento que uno colocado dentro del vagón, es por eso que se afirma que el tiempo es relativo y que para el observador en tierra se dilatado el tiempo (se hace más largo) en comparación con el observador dentro del vagón.

Al tiempo que mide el observador en el vagón se le llama tiempo propio.

Se puede demostrar que la relación matemática entre Λt = yΛt ´ donde y = 1 / √ C² – u²  ≥ 1

Lo cual demuestra que el tiempo es relativo a la velocidad a que se muestra el sistema en el cual se esté realizando la medición del tiempo. De esta dilatación del tiempo es que surge lo que se llama la paradoja de los gemelos que señala que si un hermano gemelo viaja por el espacio en una nave espacial a una velocidad próxima a la velocidad de la luz, este regresará más joven que el gemelo que se quedó en la tierra. Porque para este último el tiempo transcurre más lentamente.

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3.-Relatividad de las Posiciones (Contracción de las longitudes)

En el caso de la medición de la longitud, ocurre algo similar que con el tiempo, ya que debemos tomar en consideración las leyes de la velocidad de la luz. Consideremos el siguiente «experimento pensado». para medir la longitud de una barra, coloquemos un observador en un sistema móvil (S´), (Rojo) y lanza un rayo de luz desde la parte final de la barra hasta un espejo colocado al inicio de la misma, este observador dirá que la «longitud propia» de la barra será:

I´= C . Λt / 2 Considerando que la distancia que recorrió el rayo de luz en el viaja de ida al espejo, es igual a la que recorrió en el viaje de regreso.

En cambio, un observador colocado en un sistema de referencia fijo (S) (Azúl), dirá que el rayo de luz recorrió menos distancia en el viaje de regreso porque debe considerar que en ese tiempo la barra se estaba moviendo junto con el sistema, es decir el ve la barra de un menor tamaño, es por eso que para este observador se contraen las longitudes, en la dirección en la que se desplaza el objeto.

Es decir, la medición de las longitudes es relativa, depende de la rapidez del sistema de referencia. Se puede demostrar que la relación entre estas longitudes es:

I = I´ / y

Desde luego, el considerar la velocidad de la luz para medir los tiempos y las posiciones, trajo como consecuencia, que también hay que considerar su efecto, al momento de determinar la velocidad, fuerza, cantidad de movimiento, energía, es decir un cambio completo en las ideas de la mecánica de newton.

En vista de ello, una de esas ideas que surgió es la denominada energía en reposo, o energía para constituir la materia, con lo cual se demostró la relación permanente entre la materia y la energía.

Donde en esta relación, todo cambio en la materia (Desintegración o creación) se transforma en energía en una proporción E = m . C², la famosa ecuación de Albert Einstein

Aunque estas ideas de Albert Einstein cambiaron las concepciones absolutas de espacio, tiempos, y con la teoría de la relatividad cambió la concepción de fuerza, en un principio fueron vistas con cierto escepticismo y el premio Nobel de Física le fue otorgado a Albert Eisntein por otro trabajo que Hizo sobre el Efecto Fotoeléctrico.