Contracción de la longitud

La distancia medida entre dos puntos depende del marco de referencia del observador. La longitud propia Lp de un objeto es la longitud del objeto según mide un observador en reposo relativo con el objeto. La longitud de un objeto medida en un marco de referencia que se mueve con respecto al objeto siempre es menor que la longitud propia. Este efecto se conoce como contracción de la longitud.

Para entender cuantitativamente la contracción de la longitud, considere una nave espacial que viaja con una velocidad v de una estrella a otra según la ven dos observadores, uno en la Tierra y el otro en la nave espacial. El observador en reposo en la Tierra (y también supuesto en reposo con respecto a las dos estrellas) mide la distancia entre las estrellas como Lp. De acuerdo con este observador, el tiempo que tarda la nave espacial en completar el viaje es Δt = Lp/v. Debido a la dilatación del tiempo, el viajero espacial, que usa el reloj de su nave, mide un tiempo de viaje más pequeño: Δtp = Δt/𝛄. El viajero espacial afirma estar en reposo y ve la estrella de destino moverse hacia la nave espacial con velocidad v. Puesto que el viajero espacial llega a la estrella en el tiempo Δtp, concluye que la distancia L entre las estrellas es más corta que Lp. La distancia medida por el viajero espacial es

L = vtp = vt𝛄

Dado que Lp = vΔt, se sigue que

L =Lp𝛄= Lp1 - v2/c2

De acuerdo con este resultado, que se ilustra en la figura activa 26.9, si un observador en

reposo con respecto a un objeto mide su longitud en Lp, un observador que se mueve con una velocidad v relativa al objeto descubrirá que es más corta que su longitud propia por el factor1 - v2/c2. Observe que la contracción de la longitud tiene lugar sólo a lo largo de la dirección de movimiento.

Los efectos de dilatación del tiempo y contracción de la longitud tienen interesantes aplicaciones para futuros viajes espaciales a estrellas distantes. Para llegar a la estrella en una fracción de una vida humana, el viaje se debe realizar a muy altas velocidades. De acuerdo con un observador en la Tierra, el tiempo para que una nave espacial llegue a la estrella de destino estará dilatado en comparación con el tiempo medido por los viajeros. Como se discutió en el tratamiento de la paradoja de los gemelos, los viajeros serán más jóvenes que sus gemelos cuando regresen a la Tierra. Por lo tanto, para cuando los viajeros lleguen a la estrella, habrán envejecido algún número de años, mientras que sus compañeros en la Tierra envejecerán un mayor número de años y la razón exacta depende de la velocidad de la nave espacial. En una nave espacial con una velocidad de 0.94c, esta razón es aproximadamente 3:1.

La contracción de la longitud sólo ocurre en la dirección de movimiento del observador. Ninguna contracción ocurre perpendicular a dicha dirección. Por ejemplo, una nave espacial en reposo relativo con un observador puede tener la forma de un triángulo equilátero, pero si pasa al observador a velocidad relativista en una dirección paralela a su base, la base se acortará, mientras que la altura permanece igual. Por lo tanto, el observador reportará que la nave tiene la forma de un triángulo isósceles. Un observador que viaja con la nave todavía la observará como equilátera.

Danilo

Dilatación del tiempo

Es posible ilustrar que observadores en diferentes marcos inerciales pueden medir diferentes intervalos entre un par de eventos al considerar un vehículo que se mueve hacia la derecha con una velocidad v, como en la figura a. 

Un espejo se fija al techo del vehículo y un observador O’ en reposo en este sistema sostiene un láser a un distancia d abajo del espejo. En algún instante, el láser emite una luz dirigida hacia el espejo (evento 1) y cierto tiempo después, luego de reflejarse en el espejo, el pulso llega de vuelta al láser (evento 2). El observador O’ porta un reloj y lo usa para medir el tiempo Δtp entre esos dos eventos, que él ve que ocurren en el mismo lugar. (El subíndice p significa propio, como verá dentro de un momento.) Puesto que el pulso de luz tiene una velocidad c, el tiempo que tarda en viajar del punto A al espejo y de vuelta al punto A es 

Δtp = distancia recorridavelocidad= 2dc  [26.1]

El tiempo Δtp medido por O’ requiere un solo reloj ubicado en el mismo lugar que el láser

en este marco.

Ahora considere el mismo conjunto de eventos como los ve O en un segundo marco,

como se muestra en la figura activa 26.6b. De acuerdo con este observador, el espejo y el láser se mueven hacia la derecha con una velocidad v y, como resultado, la secuencia de eventos parece diferente. Para cuando la luz del láser llega al espejo, el espejo se movió hacia la derecha una distancia vΔt/2, donde Δt es el tiempo que tarda el pulso de luz en viajar desde el punto A hasta el espejo y de vuelta al punto A, según mide O. En otras palabras, O concluye que, debido al movimiento del vehículo, si la luz golpea el espejo, debe salir del láser a un ángulo con respecto a la dirección vertical. Al comparar las figuras activas 26.6a y 26.6b, se ve que la luz debe recorrer más en b) que en a). (Observe que ningún observador “sabe” que se mueve. Cada uno está en reposo en su propio marco inercial.)

De acuerdo con el segundo postulado de la teoría de la relatividad especial, ambos

observadores deben medir c para la velocidad de la luz. Puesto que la luz viaja más lejos

en el marco de O, tenemos que el tiempo Δt medido por O es mayor que el intervalo

Δtp medido por O’. Para obtener una relación entre estos dos tiempos, es conveniente

examinar el triángulo rectángulo que se muestra en la figura activa 26.6c. El teorema de

Pitágoras da

(cΔt2)2 = (vΔt2)2 + d2

Al resolver para Δt se obtiene

Δt = 2dc2´- v2 =  2dc 1 - v2/c2

Puesto que Δtp = 2d/c, este resultado se puede expresar como

Δt = Δtpc 1 - v2/c2= 𝛄 Δtp

donde

𝛄 = 1c 1 - v2/c2

Puesto que 𝛄 siempre es mayor que 1, la ecuación 26.2 indica que el intervalo Δt entre dos |eventos medidos por un observador que se mueve con respecto a un reloj es mayor que el intervalo Δtp entre los mismos dos eventos medidos por un observador en reposo con respecto al reloj. En consecuencia, Δt > Δtp, y el tiempo propio se expande o dilata por el factor 𝛄. Por lo tanto, este efecto se conoce como dilatación del tiempo.

Por ejemplo, suponga que el observador en reposo con respecto al reloj mide el tiempo requerido para que el destello de luz salga del láser y regrese. Suponga que el tiempo medido en este marco de referencia, Δtp, es 1 s. (Esto requeriría un vehículo muy alto.)

Ahora encuentre el intervalo medido por el observador O que se mueve con respecto al

mismo reloj. Si el observador O viaja a la mitad de la velocidad de la luz (v 5 0.500c),

entonces 𝛄 = 1.15 y, de acuerdo con la ecuación 26.2, Δt = 𝛄 Δtp = 1.15(1.00 s) = 1.15 s.

Por lo tanto, cuando el observador O’ afirma que ha transcurrido 1.00 s, el observador O

afirma que transcurrió 1.15 s. El observador O considera que el reloj de O’ lee un valor

muy bajo para el tiempo transcurrido entre los dos eventos y dice que el reloj de O’ “corre

lento”. A partir de este fenómeno, se puede concluir lo siguiente:

Un reloj que pasa junto a un observador con velocidad v funciona más lentamente

que un reloj idéntico en reposo con respecto al observador por un factor de g-1

.

El intervalo Δtp en las ecuaciones 26.1 y 26.2 se llama tiempo propio. En general, el

tiempo propio es el intervalo entre dos eventos según mide un observador quien ve que

los eventos ocurren en la misma posición.

Aunque es posible que ya se haya dado cuenta, es importante manifestar que la relatividad es una democracia científica: la visión de O’ de que O es quién en realidad se mueve con velocidad v hacia la izquierda y que el reloj de O funciona más lentamente, es tan válida como la visión de O. El principio de relatividad requiere que las visiones de los dos observadores en movimiento relativo uniforme es igualmente válido y capaz de comprobarse experimentalmente.

Se ha visto que los relojes en movimiento corren más lentamente por un factor de 𝛄-1.Esto es cierto para relojes mecánicos ordinarios así como para el reloj de luz recién descrito. De hecho, estos resultados se pueden generalizar al afirmar que todos los procesos físicos, incluidos los químicos y biológicos, disminuyen su velocidad en relación con un reloj cuando dichos procesos ocurren en un marco que se mueve con respecto al reloj. Por ejemplo, el latido cardiaco de un astronauta que se mueve a través del espacio mantendría su ritmo con un reloj dentro de la nave espacial. Tanto el reloj como el latido cardiaco del astronauta correrían más lentos en relación con un reloj asentado sobre la Tierra (aunque el astronauta no tendría sensación de vivir más lentamente en la nave espacial).

La dilatación del tiempo es un fenómeno muy real que se ha verificado mediante varios

experimentos que involucran el tictac de los relojes naturales. Un ejemplo interesante de

dilatación del tiempo involucra la observación de muones, partículas elementales inestables

que son muy similares a electrones y tienen la misma carga, pero 207 veces su masa. Los

muones pueden producirse mediante la colisión de radiación cósmica con átomos en la parte superior de la atmósfera. Estas partículas tienen vidas de 2.2 ms cuando se miden en

un marco de referencia en reposo con respecto a ellos. Si considera 2.2 ms como la vida promedio de un muón y supone que su velocidad es cercana a la de la luz, descubre que estas partículas pueden viajar solamente alrededor de 600 m antes de decaer (figura 26.7a).

En consecuencia, nunca podrían llegar a la Tierra desde la atmósfera superior donde se

producen. Sin embargo, los experimentos muestran que un gran número de muones sí

llegan a la Tierra y el fenómeno de dilatación del tiempo explica cómo. En relación con

un observador en la Tierra, los muones tienen una vida igual a 𝛄tp, donde tp 5 2.2 ms es la

vida en un marco de referencia que viaja con los muones. Por ejemplo, para v 5 0.99c,

𝛄 ≌ 7.1 y 𝛄tp ≌ 16 ms. Por lo tanto, la distancia promedio que recorren los muones, medida por un observador en la Tierra, es 𝛄vtp ≌ 4 800 m, como se indica en la figura 26.7b. En consecuencia, los muones pueden llegar a la superficie de la Tierra.

En 1976 se realizaron experimentos con muones en el laboratorio del Consejo Europeo

para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra. En un gran anillo de almacenamiento se inyectaron muones, que alcanzaron velocidades de aproximadamente 0.999 4c. Los electrones producidos por los muones en decaimiento se detectaron en contadores alrededor del anillo, lo que permitió a los científicos medir la razón de decaimiento y, por ende, la vida de los muones. La vida de los muones en movimiento se midió en aproximadamente 30 veces las de los muones estacionarios hasta dentro de dos partes en mil, en concordancia con la predicción de la relatividad.

Simultaneidad y relatividad del tiempo

Simultaneidad y la relatividad del tiempo

Una premisa básica de la mecánica newtoniana es que existe una escala de tiempo
universal que es la misma para todos los observadores. Newton y sus seguidores
simplemente toman la simultaneidad como un hecho. En su teoría de la relatividad
especial, Einstein abandonó dicho
supuesto.

Einstein diseñó el siguiente experimento mental para ilustrar este punto. 

Un vagón se mueve con velocidad uniforme y dos relámpagos impactan sus
extremos, como en la figura y dejan marcas en el vagón y el suelo. Las marcas
en el vagón se etiquetan A’ y B’, y las del suelo se etiquetan A y B. Un observador
en O’ que se mueve con el vagón está a la mitad entre A’ y B’, y un observador en
el suelo en O está a la mitad entre A y B. Los eventos registrados por los
observadores son el golpe al vagón por los dos relámpagos.

Las señales de luz que registran el instante cuando ocurre el impacto de los dos
rayos llegan al observador O al mismo tiempo, como se indica en la figura.
Este observador se da cuenta de que las señales viajaron con la misma velocidad
sobre iguales distancias y, por lo tanto, concluye correctamente que los eventos
en A y B ocurrieron simultáneamente.

Ahora considere los mismos eventos vistos por el observador O’. Para cuando
las señales llegan al observador O, el observador O’ se movió como se indica
en la figura . Por ende, la señal de B’ ya pasó a O’, pero la señal de A’ todavía
no llega a O’. En otras palabras, O’ ve la señal de B’ antes de ver la señal de A’.
De acuerdo con Einstein, los dos observadores deben encontrar que la luz viaja
con la misma velocidad. Por lo tanto, el observador O’ concluye que el relámpago
golpea el frente del vagón antes de golpear la parte trasera.

Este experimento mental demuestra claramente que los dos eventos que parecen ser
simultáneos al observador O no parecen ser simultáneos al observador O’. En otras
palabras:

Dos eventos que son simultáneos en un marco de referencia en general no son
simultáneos en un segundo marco que se mueve en relación con el primero. La simultaneidad depende del estado de movimiento del observador y, por ende,
no es un concepto absoluto.

En este punto, usted debe preguntarse cuál observador está en lo correcto en cuanto

a los dos eventos. La respuesta es que ambos están en lo correcto porque el principio
de relatividad afirma que no hay un marco de referencia inercial privilegiado. Aunque
los dos observadores llegan a diferentes conclusiones, ambos están en lo
correcto en sus propios marcos de referencia porque el concepto de simultaneidad
no es absoluto. De hecho, éste es el punto central de la relatividad: cualquier marco
de referencia inercial se puede usar para describir eventos y hacer física.

Hola!

 Acá les voy a dejar una TED talk, una breve conferencia, dada por el físico mexicano Miguel Alcubierre, titulada "Viajar a una estrella lejana y regresar a tiempo para cenar".

Si bien nuestro proyecto no se especifica en relatividad general sino especial, en este video el físico nos da un pantallazo de una manera muy amena sobre la misma, fácil de comprender y que nos incentiva a seguir investigando.

 Que lo disfruten!

Click acá para ir al video

Nacha

El espacio-tiempo

En palabras de Luis Álvarez Gaumé:

La revolución de la teoría de la relatividad es que crea un cono de luz, tanto hacia delante en el tiempo, como hacia detrás. Puesto que lo que define los límites de ese cono es la velocidad de la luz y ninguna partícula puede superarla, nada de lo que ocurra puede estar fuera de los límites del mismo.

Este es el cono

Ese cono describe al observador moviéndose por la hipersuperficie que es el presente. Hacia “arriba” quedan los eventos del futuro, lo que va a ocurrir. Cualquier posibilidad o hecho tiene que ocurrir dentro de ese cono. Hacia abajo quedan los eventos que te han ocurrido.

Para comprender mejor, acá les dejo unos ejemplos

Fuente: "Una breve historia del tiempo" de Stephen Hawking

...Sería como las pequeñas olas que se forman en la superficie del agua cuando tiramos una piedra en ella,las olas se expanden como un círculo que se vuelve más grande a medida que pasa el tiempo. 

Si tomamos una secuencia de fotos en distintos momentos, y luego las apilamos respectivamente, el círculo que se expande será un cono cuya cúspide está en el tiempo y espacio en el que la piedra cayó al agua

Ejemplo 2

Si el sol fuera a dejar de brillar en este momento, no afectaría a las cosas en la puerta en tiempo presente, ya que la tierra no estaría en el cono de luz del evento cuando el sol se apaga. No entraríamos sobre eso, únicamente después de 8 minutos (el tiempo que le toma a la luz del sol llevar a nosotros) solo entonces, los eventos de la tierra estarían en el cono de luz del futuro en el evento en el sol se apagó.

Similarmente nosotros no sabemos qué está pasando más lejos en el universo en nuestro presente, la luz que nosotros vemos desde galaxias distantes las dejó hace millones de años. Por lo tanto, cuando vemos el universo desde la tierra estamos viéndolo como era en el pasado.

El cono delimita eventos que puedan tener efecto sobre otros. La línea del universo es la unión de la infinidad de puntos correspondientes a todos lo que ha ocurrido en tu vida. Siempre dentro del cono.

Nacha.

Tiempo

El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos. El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica a esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado.
Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es {s} debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior).

El concepto físico del tiempo:
Dados dos eventos puntuales E1 y E2, que ocurren respectivamente en instantes de tiempo t1 y t2, y en puntos del espacio diferentes P1 y P2, todas las teorías físicas admiten que estos pueden cumplir una y solo una de las siguientes tres condiciones:
•Es posible para un observador estar presente en el evento E1, y luego estar en el evento E2, y en ese caso se afirma que E1 es un evento anterior a E2. Además, si eso sucede, ese observador no podrá verificar E2.

•Es posible para un observador estar presente en el evento E2 y luego estar en el evento E1, y en ese caso se afirma que E1 es un evento posterior a E2. Además si eso sucede, ese observador no podrá verificar E1.

•Es imposible, para un observador puntual, estar presente simultáneamente en los dos eventos E1 y E2.

Danilo.
Fuente: Conceptos.De

Relatividad de Galileo:

Si no le hubieran dicho en la escuela que la Tierra está en movimiento, ¿lo podría saber? ¿en qué medida sufre usted los efectos del movimiento de la Tierra, sobre la que se encuentra? ¿es consciente de que está en movimiento el suelo bajo sus pies?

Algo parecido podemos plantearnos al estar dentro de un vehículo o en un ascensor: ¿estamos en movimiento o estamos quietos? Sin duda los sonidos mecánicos, el ruido del motor o las vistas nos indican que estamos dentro de un sistema en movimiento (el coche, el ascensor, el autobús, el barco…), pero a efectos físicos no hay nada que nos haga pensar que, efectivamente, nos estamos moviendo. Esta aparente paradoja es demostrable de manera muy sencilla: la próxima vez que suba a un autobús lleve consigo una piedra.

Cuando el autobús esté en marcha y avance a velocidad constante por una avenida,  colóquese en el pasillo central del vehículo. Saque la piedra de su bolsillo y colóquese mirando hacia la parte trasera del autobús. A continuación extienda su brazo de manera perpendicular a su cuerpo, sujetando la piedra con el puño cerrado. El autobús avanza en dirección contraria a la dirección a la que usted está mirando, es decir, usted está dejando atrás el mundo exterior.

Ahora es el momento de sorprenderles a todos. Lo que va a hacer es abrir su puño y dejar que la piedra caiga al suelo del autobús. ¡Un momento! Antes de hacerlo diga en voz alta: “Como el autobús está avanzando hacia delante, al soltar la piedra ésta no caerá de manera vertical, y no caerá por lo tanto junto a mis pies, sino que lo hará varios centímetros más atrás, hacia el fondo del autobús”. Sería lo más lógico, debido a la velocidad que lleva el vehículo.

El dibujo intenta representar lo que ocurriría siguiendo la lógica común. Si cuando estamos quietos en nuestra habitación y dejamos caer la piedra, ésta cae a nuestros pies, cuando nos encontremos en movimiento (en un autobús, por ejemplo) y dejemos caer la piedra, nos alejaremos de ella en cuanto la soltemos de nuestra mano, ya que nosotros estaremos avanzando en el espacio y la piedra caerá en el aire.

Esta concepción de la mecánica (el estudio del movimiento) es completamente errónea. El autobús, los pasajeros que nos observan, nosotros, nuestra piedra, el aire, el suelo del vehículo y todo forma parte de un mismo sistema, y por tanto el movimiento del vehículo afecta a todo el sistema. Cuando hagamos caer la piedra, ésta se moverá con nosotros, con el aire, con los pasajeros y con el conjunto del autobús. Y por tanto caerá a nuestros pies, porque para la piedra (así como para nosotros), el autobús está parado. Físicamente hablando, no hay indicios que nos hagan pensar que el autobús está en movimiento. Los cuerpos y objetos se comportan igual que si el sistema estuviera quieto. Las piedras caen verticalmente y todo funciona igual.

Fíjense en lo absurdo que supone pensar que el movimiento del sistema-autobús afectaría a la caída de la piedra: si esto fuera así, cuando dejáramos caer la piedra en nuestra habitación, tampoco debería caer en vertical perfectamente, ya que el planeta Tierra se está moviendo, y el movimiento del sistema-Tierra afectaría a la caída de la piedra. En realidad, si queremos ser completamente precisos, la piedra en el autobús se vería afectada en su caída por el movimiento del autobús, por el movimiento de la Tierra, por el movimiento del Sistema Solar, y por el mismo movimiento de la Galaxia.

El hecho de que el movimiento de la Tierra sea prácticamente imperceptible en la experiencia cotidiana se debe a un principio fundamental que Galileo enunció ya en el siglo XVII: las leyes de la física son independientes de cualquier sistema de referencia.



Con este sencillo experimento los pasajeros del autobús comprenderán el principio de relatividad de Galileo, que dice que: “Dos sistemas de referencia en movimiento relativo de traslación rectilínea uniforme son equivalentes desde el punto de vista mecánico; es decir, los experimentos mecánicos se desarrollan de igual manera en ambos, y las leyes de la mecánica son las mismas.” Un descubrimiento apasionante que ayudó al propio Einstein a elaborar la definitiva Teoría de la Relatividad.

El Principio de Relatividad de Galileo
Galileo demostró el carácter relativo del movimiento, que hace referencia a que todo depende de dónde nos encontremos como observador, es decir, todo depende del sistema de referencia que utilicemos. A partir de ese punto de vista, de ese sistema de referencia basado en coordenadas, podremos analizar, calcular, observar, medir y conocer la realidad física que nos rodea.
La idea es que en un sistema de referencia que se mueve con velocidad constante, todos los procesos físicos ocurren de la misma manera que en un sistema en reposo. Lo que nos importa es el proceso tan artificial con el que medimos la realidad del mundo en el que vivimos: hay que coger un sistema de coordenadas, que nos servirá para indicar la posición de los objetos en el espacio (la posición relativa con respecto a nosotros) y por otro lado hay que fijar un reloj, para indicar el tiempo (el tiempo relativo, también). De esta manera tan artificial establecemos el tablero donde vamos a jugar. Las reglas las establece la física, y esas no se pueden cambiar, aunque cambiemos de tablero.

Galileo nos propone un curioso experimento para observar y conocer el Principio de Relatividad. Hace casi 400 años el genio nacido en Pisa (Italia) se dio cuenta de cómo funcionaba el mundo…

Si para calcular y describir el movimiento de las mariposas nos viéramos obligados a calcular el movimiento del barco, el movimiento del planeta Tierra, el movimiento de nuestra Galaxia y hasta el movimiento expansivo del propio Universo, tendríamos que llenar páginas y páginas de operaciones y cálculos matemáticos. Por ello, lo más sencillo y lo más práctico es fijar un punto de vista y referir los movimientos relativos respecto a él. Es decir: establecer un sistema de referencia y dentro de él hacer todos los cálculos.

Para calcular el movimiento de los coches, el del viento o el de Usain Bolt no cogemos la calculadora y tenemos en cuenta la traslación de la Tierra o el movimiento de la Vía Láctea, sino que nos quedamos en el sistema de referencia de nuestro planeta y ya está. Al fin y al cabo, todas las leyes de la naturaleza son iguales en todos los sistemas de referencia, así que no tenemos que preocuparnos por cometer errores matemáticos ni físicos: los resultados de la mecánica son los mismos calculados dentro de un barco que medidos desde fuera de él.



El experimento que propuso Galileo allá por 1638 en su Diálogo sobre los dos sistemas máximos del mundo sí tiene, sin embargo, algunos resultados diferentes. Evidentemente dos observadores situados en distintos puntos obtendrán datos distintos a la hora de medir ciertos sucesos físicos, pero éstos datos no alterarán la verdadera naturaleza del suceso o del objeto en cuestión. Lo explicamos: que Paco (desde el muelle) y Luis (en el interior del barco) obtengan un dato diferente en cuanto a la posición en el eje de las equis de una mariposa es muy comprensible: Luis está midiendo el vuelo de la mariposa, pero es que Paco además de medir el vuelo está sumando inevitablemente el avance del barco. Así pues, ese dato será diferente para cada observador.

Esta diferencia se arregla con la llamada transformación de Galileo, una serie de ecuaciones que restan o suman el movimiento de uno de los dos sistemas de referencia, para superar el efecto del movimiento y asegurar los mismos resultados para ambos observadores.

Lo curioso, y aquí entra la relatividad, es que aunque Paco, desde el muelle, esté midiendo el vuelo de las mariposas añadiendo el movimiento del barco, lo cierto es que este factor no afecta al verdadero estado físico del interior del barco, ya que el resto de objetos (la botella, el cubo en el suelo, Luis, las paredes de la bodega) también se están moviendo con las mariposas a la misma velocidad. Así pues, la distancia entre los objetos dentro de la bodega es la misma para Luis que para Paco, aunque éste se encuentre fuera y vea cómo el barco se está alejando.

La existencia de la relatividad en nuestro mundo y en el Universo demuestra que nuestros ojos no son de fiar. No podemos afirmar que lo que vemos es verdaderamente lo real. En relación a la mecánica: “el mejor detector de movimiento es el que llevamos “instalado” en las tripas, y sólo responde a la aceleración”, como apunta el físico David Blanco Laserna. La aceleración es otra de las bases para seguir entendiendo el mundo de la mecánica y del movimiento, y con él el mundo de la física, pero lo dejaremos para otro artículo. En los experimentos de Galileo el barco no sufría aceleraciones, y mantenía la velocidad constante. Con la aceleración todo cambia.

En el siguiente enlace se puede encontrar un interesante recurso: los apuntes de Galileo sobre mecánica. Se encuentran las páginas originales recopiladas por la Biblioteca Nazionale Centrale (Florencia), el Max Planck Institute for the History of Science (Berlín) y el Instituto e Museo di Storia della Scienza (Florencia), en un proyecto que data del año 1999, y que sigue ahí olvidado en Internet. Una verdadera joya para los amantes de la historia de la ciencia.

https://vaventura.com/divulgacion/ciencia/galileo-la-primera-teoria-la-relatividad/

Velocidad de la luz:

En la antigüedad, los filósofos griegos, hindúes y árabes diferían en sus creencias acerca de si la luz viajaba a velocidad finita o si tenía una rapidez infinita (Empédocles, Aristóteles).

Más recientemente, Johannes Repeler (1571 - 1630), Francis Bacon (1561 - 1626), Descartes (1596 - 1650) y muchos otros filósofos y matemáticos argumentaron a favor de que la luz viajaba a velocidad infinita.

El primero que descubrió experimentalmente que la luz viaja a gran velocidad, pero no a una velocidad infinita, fue el astrónomo danés, Ole Christensen Rømer (1644 - 1710), en el año 1676. Observando y midiendo los tiempos de los eclipses de la luna Io de Júpiter, la que está más cerca del planeta que las otras tres conocidas en ese tiempo, descubrió que los tiempos entre dos ocultaciones del satélite, aumentaban cuando Júpiter estaba a mayor distancia de la Tierra. Supuso, y supuso bien, que Io no cambiaba su velocidad de traslación por el hecho de que Júpiter estuviera más lejos. Entonces, la diferencia de tiempo sólo podía deberse a que la luz tardaba más en llegar a la Tierra cuando Júpiter estaba más lejos. Este fue un descubrimiento que hace a Ole Romer acreedor del agradecimiento de la humanidad. Desde entonces ya sabemos con certeza que la luz tiene una velocidad limitada.

En 1728, la comunidad científica aceptó definitivamente que la velocidad de la luz es muy grande, pero finita, cuando el astrónomo inglés James Bradley (1693 - 1792) mediante comparaciones de la velocidad de la Tierra en su órbita, dedujo que la velocidad de la luz era de 298.000 km/seg.

Un siglo más tarde, en el año 1849, Hyppolite Fizeau (1819 - 1896), llevó a cabo un experimento que era conceptualmente similar a otro propuesto por Galileo. El resultado encontrado fue que la velocidad de la luz es de 313.000 km/s. Poco después, en 1862, el físico francés Leon Foucault (1819 - 1868) introdujo mejoras en el método de Fizeau y encontró un valor estimado de 298.000 km/seg.

El método de Foucault también fue usado por Simon Newcomb y Albert Michelson, Este último comenzó su larga carrera científica replicando y mejorando este método. En 1926, Michelson utilizó espejos rotatorios para medir el tiempo que tardaba la luz en hacer un viaje de ida y vuelta entre la montaña Wilson y la montaña San Antonio en California. Las medidas exactas dieron como resultado una velocidad de 299.796 km/seg.

En el año 1865, Maxwell formuló cuatro ecuaciones que de forma sencilla y elegante resumen y completan las leyes que Gauss, Faraday y Ampère habían establecido para el estudio del magnetismo y de la electricidad. Las ecuaciones de Maxwell establecen uno de los hitos más importantes de la historia.
Utilizando sus ecuaciones, Maxwell predijo la existencia del "ondas electromagnéticas" y avanzó la idea deque la luz era simplemente una onda electromagnética que se propaga a través del éter.Lo más interesante, en lo que ahora nos ocupa, es que, trabajando con sus ecuaciones, Maxwell dedujo que la luz se propaga a una velocidad de 300.000 km/seg. Esto es una demostración de la enorme capacidad que tienen los modelos matemáticos para predecir los comportamientos de la materia, incluso sin necesidad de la observación experimental. La observación confirmó posteriormente esta genial deducción.Desde el 21 de octubre de 1983, la velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal y su valor está establecido en 299.792.458 m/seg. De ordinario se utiliza el valor aproximado de 300.000.000 m/seg y 300.000 km/seg. Se simboliza con la letra c (del latín celerites, celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.


  James Clark Maxwell

Fuente: https://astrojem.com/teorias/velocidadluz.html

Albert Einstein (Biografía).

En el siglo XVII, la sencillez y elegancia con que Isaac Newton había logrado explicar las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos y el de los astros, unificando la física terrestre y la celeste, deslumbró hasta tal punto a sus contemporáneos que llegó a considerarse completada la mecánica. A finales del siglo XIX, sin embargo, era ya insoslayable la relevancia de algunos fenómenos que la física clásica no podía explicar. Correspondió a Albert Einstein superar tales carencias con la creación de un nuevo paradigma: la teoría de la relatividad, punto de partida de la física moderna.
En tanto que modelo explicativo completamente alejado del sentido común, la relatividad se cuenta entre aquellos avances que, en los albores del siglo XX, conducirían al divorcio entre la gente corriente y una ciencia cada vez más especializada e ininteligible. No obstante, ya en vida del físico o póstumamente, incluso los más sorprendentes e incomprensibles aspectos de la relatividad acabarían siendo confirmados. No debe extrañar, pues, que Albert Einstein sea uno de los personajes más célebres y admirados de la historia de la ciencia: saber que son ciertas tantas ideas apenas concebibles (por ejemplo, que la masa de un cuerpo aumenta con la velocidad) no deja más opción que rendirse a su genialidad.

Origen y familia de Einstein: ¿Albert un mal estudiante?...
Albert Einstein nació en la ciudad alemana de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de Suabia. Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época.
El pequeño Albert fue un niño quieto y ensimismado, y tuvo un desarrollo intelectual lento. El propio Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única persona que elaborase una teoría como la de la relatividad: «un adulto normal no se inquieta por los problemas que plantean el espacio y el tiempo, pues considera que todo lo que hay que saber al respecto lo conoce ya desde su primera infancia. Yo, por el contrario, he tenido un desarrollo tan lento que no he empezado a plantearme preguntas sobre el espacio y el tiempo hasta que he sido mayor».
En 1894, las dificultades económicas hicieron que la familia se trasladara a Milán; Einstein permaneció en Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al año siguiente. En el otoño de 1896 inició sus estudios superiores en la Eidgenossische Technische Hochschule de Zúrich, en donde fue alumno del matemático Hermann Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional introducido por las teorías de su antiguo alumno.
En 1903 contrajo matrimonio con Mileva Maric, antigua compañera de estudios en Zúrich, con quien tuvo dos hijos: Hans Albert y Eduard, nacidos respectivamente en 1904 y en 1910. En 1919 se divorciaron, y Einstein se casó de nuevo con su prima Elsa.

(Einstein con su segunda esposa Elsa)

La relatividad

Durante 1905, publicó cinco trabajos en los Annalen der Physik: el primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de Zúrich, y los cuatro restantes acabarían por imponer un cambio radical en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De estos cuatro, el primero proporcionaba una explicación teórica en términos estadísticos del movimiento browniano (así llamado en honor a su descubridor, Robert Brown), y el segundo daba una interpretación del efecto fotoeléctrico basada en la hipótesis de que la luz está integrada por cuantos individuales, más tarde denominados fotones. Los dos trabajos restantes sentaban las bases de la teoría restringida de la relatividad, estableciendo la equivalencia entre la energía E de una cierta cantidad de materia y su masa m en términos de la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz, que se supone constante.

El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que recibió en 1921, le fue concedido exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del efecto fotoeléctrico». En 1909 inició su carrera de docente universitario en Zúrich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zúrich en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus estudios.
En el plano científico, su actividad se centró, entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento de la teoría general de la relatividad, basada en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuum espacio-tiempo. La confirmación de sus previsiones llegó en 1919, al fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó como el nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a multiplicar sus conferencias de divulgación por todo el mundo y popularizando su imagen de viajero de la tercera clase de ferrocarril, con un estuche de violín bajo el brazo.

(Einstein tocando el violín en 1930, otra de sus pasiones)

Hacia una teoría unificadora
Durante la siguiente década, Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática entre el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física: descubrir las leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el comportamiento de todos los objetos del universo, desde las partículas subatómicas hasta los cuerpos estelares, y agruparlas en una única teoría "de campo unificado". Tal investigación, que ocupó el resto de su vida, resultó infructuosa y acabó por acarrearle el extrañamiento respecto del resto de la comunidad científica. A partir de 1933, con el acceso de Hitler al poder, su soledad se vio agravada por la necesidad de renunciar a la ciudadanía alemana y trasladarse a Estados Unidos; Einstein pasó los últimos veinticinco años de su vida en el Instituto de Estudios Superiores de Princeton (Nueva Jersey), ciudad en la que murió el 18 de abril de 1955.
Einstein dijo una vez que la política poseía un valor pasajero, mientras que una ecuación valía para toda la eternidad. En los últimos años de su vida, la amargura por no hallar la fórmula que revelase el secreto de la unidad del mundo hubo de acentuarse por la necesidad que sintió de intervenir dramáticamente en la esfera de lo político. En 1939, a instancias de los físicos Leo Szilard y Eugene Paul Wigner, y convencido de la posibilidad de que los alemanes estuvieran en condiciones de fabricar una bomba atómica, se dirigió al presidente Roosevelt instándole a emprender un programa de investigación sobre la energía atómica.
Albert Einstein sigue siendo una figura mítica de nuestro tiempo; más, incluso, de lo que llegó a serlo en vida, si se tiene en cuenta que aquella fotografía suya en que exhibe un insólito gesto de burla (sacando la lengua en una cómica e irreverente expresión) se ha visto elevada a la dignidad de icono doméstico después de ser convertida en un póster tan habitual como los de los ídolos de la canción y los astros de Hollywood. Sin embargo, no son su genio científico ni su talla humana los que mejor lo explican como mito, sino, quizás, el cúmulo de paradojas que encierra su propia biografía, acentuadas con la perspectiva histórica. Al Einstein campeón del pacifismo se le recuerda aún como al «padre de la bomba»; y todavía es corriente que se atribuya la demostración del principio de que «todo es relativo» precisamente a él, que luchó encarnizadamente contra la posibilidad de que conocer la realidad significara jugar con ella a la gallina ciega.

FUENTE: Biografías y vidas, la enciclopedia biográfica en línea. 
PUBLICADO POR: Danilo De Olivera.