La relatividad de Galileo estuvo vigente durante un par de centurias. Pero a principios del siglo XX nos dimos cuenta que no casaba bien con algunas cosas. En particular, con el electromagnetismo.
Por aquel entonces el electromagnetismo era una teoría joven, pero arrancaba con fuerza cosechando éxitos impresionantes. Pero no se llevaba bien con las transformaciones de Galileo. En resumidas cuentas, simplificando mucho, sí un observador inercial realiza una observación sobre un fenómeno electromagnético e intenta usar las transformaciones para.averiguar el resultado obtenido por otro observador inercial diferente, resulta que fracasa estrepitosamente.
Dicho de otra forma, las ecuaciones del electromagnetismo son diferentes en cada sistema de referencia, lo cual es inaceptable para el principio de referencia. Además, nos crea el problema de tener que elegir qué sistema de referencia escoger. Durante algunos años se creyó que era debido a que había algún motivo por el que, en electromagnetismo, hay un sistema de referencia intrínsecamente mejor que los demás, rompiendo de raíz con el principio de relatividad. De esta forma, volvía el concepto de sistema de referencia.absoluto, pero esta vez sin estrellas lejanas.
A éste sistema de referencia hipotético se le llamó éter, seguro que os suena la palabra. Y debía tener unas propiedades extrañísimas para permitir la enorme velocidad de las ondas electromagnéticas. Con la perspectiva moderna, hablar del éter puede incluso llegar a parecer ridículo. Pero, ¿quién iba a pensar que las transformaciones de Galileo estaban mal?
Pues lo pensó un tal Lorentz. Aunque él se lo planteó como un ejercicio más bien matemático, no fue hasta el advenimiento de Einstein que se tuvo claro que había que modificar la relatividad de Galileo para dar lugar a unas nuevas leyes de transformación que sean amigables con el electromagnetismo. Precisamente, las descubiertas por Lorentz.
Llegados a este punto, dos incisos. Aunque la relatividad de Einstein y Lorentz históricamente apareció para reconciliar él electromagnetismo con él resto de la física, las nuevas transformaciones modifican también la mecánica clásica de raíz. Y mucho. A menudo esta nueva versión del mundo clásico recibe él nombre de “mecánica relativista”. Pero no os llevéis a engaño, la otra también tiene un principio de relatividad, el de Galileo.
Por supuesto, la mecánica relatividad se parece mucho a la clásica en situaciones cotidianas. Los efectos relativistas sólo son notorios cuando intervienen velocidades próximas a la de la luz (o cuando la precisión del experimento es enorme, por ejemplo el efecto Mosbauer permite observar relatividad a velocidades de unos cuántos cm/s).
Precisamente costó mucho entender las transformaciones de Lorentz porque dichas velocidades no son muy comunes. Si viéramos en un mundo de altas velocidades, jamás se nos habría ocurrido recurrir a una simplificación, como fueron las transformadas de Galileo.
El electromagnetismo tiene la virtud que implica objetos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Sin ir más lejos, las ondas electromagnéticas se mueven a esa velocidad, exactamente… porque de hecho, son luz.
Pero quiero dejar claro que ni el electromagnetismo, ni la luz en si, no tienen nada de especial. Simplemente se cruzaron en el camino de la ciencia en el momento adecuado. Si hubiera sido posible detectar las ondas gravitatorias antes que las electromagnéticas, por decir algo, la relatividad se habría podido construir en base a ello, y ahora estaríamos hablando de “la velocidad de la gravedad”.
De esta forma, la relatividad de Einstein, con las transformaciones de Lorentz, es una ampliación de la galileana, que provoca grandes cambios. Pero que muy grandes,... aunque no me voy a parar en ellos ahora, eso lo dejo para otro día. Hoy sólo nos centramos en el principio de relatividad en sí.
Sin embargo, Einstein heredó de Galileo la necesidad de que los sistemas de referencia sean inerciales. Es decir, las transformaciones de Lorentz sólo nos sirven para relacionar mediciones hechas por dos observadores inerciales. ¿Es posible eliminar esta restricción?
La respuesta es sí. Pero es bastante más difícil. De hecho, conseguir este punto es esencialmente la panacea: obtendríamos una teoría en que uno podría usar cualquier observador, sin límite de ningún tipo. No en vano la teoría que lo consiguió recibió el nombre de Relatividad General. De nuevo, de mano del mismísimo Einstein (aunque, por supuesto, tubo mucha ayuda; por ejemplo de Poincaré, quien posa a su lado en la fotografía anterior).
Por supuesto, esta nueva relatividad ya no utiliza las transformaciones de Lorentz. El enorme poder de transformar cualquier observador implica también la necesidad de usar una herramienta matemática igualmente potente, pero a su vez difícil y abstracta. Se trata del grupo de difeomorfismos.
Albert se dio cuenta que el problema de generalizar la relatividad estaba muy ligado con la naturaleza de la gravitación. De hecho, cualquier efecto no-inercial que sufra un observador situado en un sistema de referencia no-inercial (valga la redundancia), se puede relacionar con un efecto gravitatorio. Esto es lo que se conoce por el nombre de principio de equivalencia. Pero, como dije antes, no me extenderé en ello hoy.
En resumidas cuentas, si uno quiere formular una teoría de relatividad tiene que hacer dos cosas: primero, definir qué observadores son válidos, y segundo definir las leyes de transformación que relacionan dichos sistemas de referencia. Tanto la relatividad de Galileo como la de Einstein se limitan a sistemas de referencia inerciales; la primera usa las transformaciones de Galileo, la segunda las de Lorentz. Por último, la relatividad general abarca absolutamente todos los observadores posibles, y permite pasar de uno a otro mediante los abstractos difeomorfismos.
Foto | Beto Ruiz Alonso, Fundoro
Comentarios
De nuevo, otra tanta de artículos relacionados con la física muy interesantes. Gracias Jaume.
Pero una sola cosa (siento ser así): por favor, revisa la redacción de los artículos antes de subirlos. Los fallos que tienen ambas partes son muy tontos, probablemente debidos al "inteligente" corrector automático de los móviles actuales, pero con una pasada estoy seguro que se los errores se esfumarían. El problema es cuando estás concentrado leyendo y los determinantes son pronombres, etc.
Quitando esto, gracias por los artículos ;-)
Precisamente iba a comentar esto, ambas partes tienen varios errores de ortografía presumiblemente causados por el autocorrector. En concreto en la primera parte las palabras "Quieta" fueron sustituidas por "quiera", y "quieto" por "quito", en este último he visto la palabra "tubo" en lugar de "tuvo". Y no sé si se me escapa algo.
Muy buenos artículos, muchas gracias.
Hay un par de "de echo" seguidos.
Es una puñeta, porque estas cosas deslucen artículos que por lo demás tienen bastante de interés.
A veces cometer errores beneficia, ya que muchos blogs lo que hacen es un Copy/Paste de otros. El mundo de la blogosfera funciona así. Así si colocas "pequenos" errores te das cuenta que han copiado trozos de lo que has escrito, y "claroestá" a veces los cometes porque no te das cuenta.
Yo nunca he entendido por qué se llamó así la teoría de la Relatividad, cuando uno de los aspectos que afirmaba era precisamente que la velocidad de la luz es constante, independientemente del observador. Además, como tú bien dices en la mecánica clásica ya existía el concepto de relatividad con respecto al observador. Serán cosas del marketing...
la velocidad de la luz no es constante. Al cambiar de medio cambias la velocidad. Gracias a esto se puede construir toda la óptica.
interesante
Cierto y falso al mismo tiempo.
Para empezar, con "velocidad de la luz" en realidad siempre nos referimos al vacío.
En segundo lugar, lo que ocurre en los medios es un efecto "aparente". Se puede explicar de diversos modos. El más sencillo es que la luz pierde cierto tiempo interaccionando con los átomos del medio, por lo que si se mira desde lejos "parece" que vaya más lenta. Pero la velocidad "entre átomos" siempre es la misma.
Otra forma de verlo es que cada átomo alcanzado por la onda se convierte, a su vez, en un emisor de ondas. Estas nuevas ondas interfieren con las antiguas, provocando el aparente cambio de velocidad (y dirección).
Lo que si es cierto, e indiscutible, es que todo esto es la base de la óptica.
y la refracción entonces es un efecto "aparente"? o sea son cambios macroscopicos?
No entiendo muy bien que quieres decir con velocidad entre átomos XD. Todo esto que comentas aún lo tengo que estudiar, ya que de momento estoy en 1ro de física XD.
Lo segundo que dices es el principio de Huygens no?
A escala microscópica, los medios no existen. Porque si miramos de cerca, cualquier material está compuesto de átomos, no es un continuo. Hablar de "medios" es una aproximación macroscópica.
Luego, el concepto es muy simple. Si tú tienes que ir a un lugar, tardarás menos tiempo si nada te entretiene. Tu caminarás siempre a la misma velocidad, pero si tienes que pararte a comprar el pan tardarás más. Alguien que no vea los pormenores de tu viaje, sacará la conclusión de que caminabas lento.
La difracción no es más que la interferencia de dos "trozos" de la misma onda que tardan tiempo diferente en llegar al mismo punto, así que sí, puede ser causada por este fenómeno.
"De echo, las ondas electromagnéticas se mueven a esa velocidad, exactamente… porque de echo, son luz."
OMG!
Buen post!
Poniéndonos estrictos es al revés, la luz visible es una banda de las ondas electromagnéticas.
El termino "velocidad de la luz" me parece algo horriblemente incorrecto que dificulta el entendimiento de las ondas electromagnéticas y de la relatividad general.
Debí recalcar la ausencia de haches en esa frase jajaja..
anyway, interesante comentario.
El hecho es que quería echar luz sobre lo dicho y no sobre las haches
Bua me encantan tus post Jaume, son fáciles de leer y entender y te ries algo, pero quiero más!! jaja
la luz es el único tipo de onda electromagnética que podemos observar a simple vista. Del resto, solo podemos notar los efectos que pueden tener. Por eso para mí está bien que la luz siga siendo el referente para la velocidad de las ondas electromagnéticas.
interesante
Yo con la relatividad me quedo grabado el ejemplo de los astronautas en el espacio que se cruzan sin ninguna referencia para ambos, y discuten porque casi chocan y se echan la culpa mutuamente,para el contrario es el quien se acerca y choca y el quien esta parado, desde su experiencia ambos tienen razón y solo un tercer observador estacionario seria capaz de decir quien la lleva. Es para comerse la cabeza
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