Historia

Aristóteles creía que la fuerza sólo se podía aplicar mediante el contacto, la fuerza a distancia era imposible y para que un cuerpo se mantuviera en movimiento uniforme se necesitaba una fuerza constante.

La visión que tenía Copernico del Sistema Solar era importante ya que permitía una consideración lógica de la gravedad. Las leyes del movimiento planetario de Kepler así como la comprensión del movimiento y caída libre de los cuerpos de Galileo, establecieron las bases para la Teoría de la Gravedad de Newton, que fue presentada en los Principia en 1687. La Ley de la Gravedad de Newton se expresa por:

F = G M₁M₂/d²

donde F es la fuerza entre los cuerpos de masas M₁, y M₂ y d es la distancia entre ellos. G es la Constante de gravitación universal.


Tras recibir su forma analítica definitiva por Euler, los axiomas del movimiento de Newton fueron reelaborados por Lagrange, Hamilton, y Jacobi para convertirlos en métodos más generales y de mayor potencia, pero más alejados de la experiencia cotidiana. Se consideró que la Ley de la Gravitación Universal de Newton había demostrado ser correcta, gracias al trabajo de Clairaut y Laplace. Laplace consideró la estabilidad del Sistema Solar en Traité du Mécanique Céleste en 1799. De hecho, el así llamado problema de los tres cuerpos, fue estudiado de forma extensiva en el siglo XIX y no fue comprendido adecuadamente hasta mucho tiempo después

La Teoría de la Gravedad de Newtontuvo bastante éxito. No había muchas razones para cuestionarla excepto por una debilidad, que era explicar cómo sabía cada uno de los dos cuerpos que el otro estaba allí. Maxwell en 1864 realizó importantes comentarios sobre la gravedad. En su principal obra Una Teoría Dinámica del Campo Electromagnético (1864)

En 1900 Lorentz conjeturó que la gravedad podría ser atribuida a acciones que se propagan a la velocidad de la luz. Poincaré, en un artículo publicado en Julio de 1905 (enviado días antes del artículo de Einstein de la Relatividad Especial), sugirió que todas las fuerzas deberían transformarse de acuerdo a las transformaciones de Lorentz. En este caso, destaca que la Ley de la Gravedad de Newton no es válida y propone ondas gravitacionales que se propagan con la velocidad de la luz.

En 1907, dos años después de proponer la Teoría Especial de la Relatividad, Einstein estaba preparando una revisión de la Teoría Especial de la Relatividad cuando, de repente, se preguntó en qué manera habría que modificar la gravitación de Newton para que encajara en la relatividad especial. En este momento se le ocurrió a Einstein lo que él describió como la idea más feliz de mi vida, es decir que un observador que está cayendo desde el tejado de una casa no experimenta campo gravitatorio. Como consecuencia propuso el Principio de Equivalencia:

… debemos suponer por tanto la equivalencia física completa de un campo gravitatorio y la correspondiente aceleración del marco de referencia. Este supuesto extiende el principio de relatividad al caso del movimiento uniformemente acelerado del marco de referencia.

Relatividad ¿Que es eso?

La relatividad es................ unaTeoría fisica y cosmológica formulada por Einstein, que mostró la insuficiencia de la llamada mecánica clásica sistematizada por Newton.

Relatividad para entenderle

La Tierra se mueve en el espacio como un grano de polvo en un vendaval: gira alrededor del Sol a 30 kilómetros por segundo, y este astro se mueve a su vez a 30 000 kilómetros por segundo alrededor del centro de la Vía Láctea, que es sólo una galaxia entre los millones de galaxias que efectúan un baile cósmico enlazadas por sus mutuas atracciones gravitacionales. Y, sin embargo, no percibimos ninguno de estos movimientos; la Tierra parece ser lo único firme e inmutable a nuestro alrededor. La distancia entre dos puntos fijos de la Tierra o la altura de otro con respecto a la superficie son tipos de medición bien definidos, que pueden repetirse tantas veces cuanto sea necesario, sin incertidumbre, pues la Tierra es un excelente sistema de referencia.

La Tierra constituye el ejemplo más obvio de lo que es un sistema de referencia con respecto al cual se efectúan la mayoría de las mediciones. Pero la Tierra no es el único sistema de referencia disponible. Supongamos que una piedra se suelta desde lo alto de un mástil en un barco en movimiento. ¿Caerá la piedra justo al pie del mástil o quedará rezagada debido al movimiento del barco? Esto era un problema filosófico que, en la época de Galileo, se trataba de resolver estudiando los escritos de Aristóteles y otros pensadores de la Antigüedad. No sabemos si Galileo realizó el experimento en un barco o en el laboratorio de su casa, pero podemos afirmar que él comprendió por primera vez las profundas implicaciones de ese problema.
En el ejemplo del barco, la piedra caería justo al pie del mástil si no fuera por el aire que la empuja hacia atrás. Para evitar complicaciones innecesarias, se puede realizar el experimento en el interior del barco, donde el aire está en reposo. En este caso; la caída de la piedra ocurre exactamente como si el barco no se moviera. Un experimentador que se encuentra dentro de un barco que avanza en línea recta y a una velocidad constante no puede decidir, por ningún experimento físico, si el barco se mueve.
Las fuerzas que surgen en un sistema de referencia únicamente por el cambio de velocidad o de trayectoria, y no por factores externos, se deben a la inercia de los cuerpos masivos; por esta razón, se les llama fuerzas inerciales. Un sistema de referencia inercial es aquel que se mueve en línea recta sin variar su velocidad; evidentemente en tal sistema de referencia no surgen fuerzas inerciales. De acuerdo con el principio de relatividad de Galileo, las leyes de la física son las mismas en cualquier sistema de referencia inercial
Si nunca se detecta el movimiento de la Tierra en la experiencia cotidiana, es justamente por el principio de relatividad de Galileo. Recordemos, sin embargo, que la Tierra no es un sistema de referencia adecuado para observar el curso de los astros. En efecto, los planetas giran alrededor del Sol, por lo que sus movimientos tienen una forma más simple vistos desde un sistema de referencia en el que el Sol está fijo. Vistos desde la Tierra, los planetas parecen moverse de manera tan complicada que desafiaron durante siglos los intentos de los astrónomos antiguos de racionalizarla. Y no olvidemos que el Sol gira alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y así sucesivamente... (Debido a su rotación, la Tierra ejerce una ligera fuerza inercial sobre los cuerpos en su superficie empujándolos en dirección perpendicular a su eje de rotación; este efecto es casi imperceptible, pero se puede medir con instrumentos suficientemente precisos.)

Mitos y respuestas sobre la relatividad

¿La Relatividad dice que todo es relativo?
La Relatividad no dice que todo sea relativo. Las leyes de la Física y las magnitudes que involucran no son relativas, no están referidas a un lugar en concreto. La relatividad más bien dice que ninguna ley física es relativa a ningún sistema de referencia absoluto porque de existir este sistema de referencia, nos es imposible conocer cuál es.

¿La máxima velocidad es la de la luz porque lo dice la Relatividad?
No es que lo diga la Relatividad. Es que la Relatividad se construye utilizando eso como uno de sus cimientos, y lo menos que se le puede pedir a una teoría es que dentro de ella sus postulados sean verdaderos. Así que, de la Relatividad NO se concluye que la velocidad de la luz sea la máxima. Es lógico por tanto que las ecuaciones que se obtienen en Relatividad se vea que no se puede rebasar dicha velocidad. Desde luego, no es una consecuencia inesperada ni mucho menos.

¿La dilatación del tiempo hace que vayamos a cámara lenta cuando vamos muy deprisa?

En realidad, este error surge si equiparamos el observador b) que se encuentra en un sistema de referencia bien definido al observador c) que no sabemos donde está ni nos interesa. Nosotros no vamos a notar ninguna diferencia si nos movemos a 100 km/h o si estamos quietos, pero el árbitro sí que notará la diferencia. Así que, la velocidad no cambia la sensación del tiempo, en el sentido de que no sabremos si discurre más rápido o más lento.

¿La contracción de longitudes hace que las cosas se contraigan al ir muy deprisa.?
Esto no es cierto, y como el caso anterior viene de confundir los observadores. Al igual que no notamos la diferencia con el tiempo tampoco notamos la diferencia con el espacio. Ahora bien, si el observador que está en reposo coloca un poste y mide lo que tarda en pasar nuestra nave por dicho poste, haciendo unos cálculos elementales verá que es más corta de lo que era cuando despegó

Paradoja de los Gemelos

Es un experimento mental que analiza la distinta percepción del tiempo entre dos observadores con diferentes estados de movimiento. Esta paradoja fue propuesta por Einstein al desarrollar lo que hoy se conoce como la relatividad especial.

Dicha teoría postula que la medida del tiempo no es absoluta, y que, dados dos observadores, el tiempo medido entre dos eventos por estos observadores, en general, no coincide, sino que la diferente medida de tiempos depende del estado de movimiento relativo entre ellos.

En la formulación más habitual se toma como protagonistas a dos gemelos (de ahí el nombre); el primero de ellos hace un largo viaje a una estrella en una nave espacial a velocidades cercanas a la velocidad de la luz; el otro gemelo se queda en la Tierra. A la vuelta, el gemelo viajero es más joven que el gemelo terrestre.

De acuerdo con la teoría especial de la relatividad, y según su predicción de la dilatación del tiempo, el gemelo que se queda en la Tierra envejecerá más que el gemelo que viaja por el espacio a gran velocidad porque el tiempo propio del gemelo de la nave espacial va más lento que el tiempo del que permanece en la Tierra y, por tanto, el de la Tierra envejece más rápido que su hermano.

¿Qué dice la teoría de la Relatividad General?

La gravedad (o atracción entre cuerpos con masa) es consecuencia de la forma del espacio.

• La fuerza que sentimos cuando nos movemos en un sistema acelerado (por ejemplo cuando la buseta frena) tiene la misma naturaleza que la fuerza de atracción entre masas (por ejemplo la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna).

Una forma muy compacta de expresar el punto central de la Teoría de la Relatividad General es diciendo que

la gravedad es equivalente a la curvatura del espacio.

¿Qué dice la teoría de la Relatividad Especial?

La Relatividad Especial toma el hecho de la constancia de la velocidad de la luz como condición básica para la construcción de la teoría.
Además, Einstein introduce otro elemento:

La coordenada del tiempo se debe tratar simplemente como una coordenada más del espacio.

Las consecuencias de esta teoría son inimaginables:

* Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido desde un móvil
* Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un móvil
* La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en otras formas de energía (como, por ejemplo, ondas de luz) y al contrario. De aquí sale la famosa fórmula

E = mc2

(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)

Asi se hace

Las consecuencias de la teoría de la relatividad son inimaginables:

• Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido desde un móvil
• Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un móvil
• La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en otras formas de energía (como, por ejemplo,ondas de luz) y al contrario. De aquí sale la famosa fórmula
  

E = mc2

(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)

Equivalencia masa energía

Artículo principal: Equivalencia entre su masa y energia

El cuarto artículo de aquel año se titulaba Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig y mostraba una deducción de la ecuación de la relatividad que relaciona masa y energía. En este artículo se exponía que "la variación de masa de un objeto que emite una energía L, es:

L/ V^2

… donde V era la notación de la velocidad de la luz usada por Einstein en 1905.

Esta ecuación implica que la energía E de un cuerpo en reposo es igual a su masa m multiplicada por la al cuadrado:

Muestra cómo una partícula con masa posee un tipo de energía, "energía en reposo", distinta de las clásicas energía cinética y energía potencial. La relación masa-energía se utiliza comúnmente para explicar cómo se produce la energía nuclear; midiendo la masa de núcleos atómicos y dividiendo por el número atómico se puede calcular la energía de enlace atrapada en los núcleos atómicos. Paralelamente, la cantidad de energía producida en la fisión de un núcleo atómico se calcula como la diferencia de masa entre el núcleo inicial y los productos de su desintegración, multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.

¿Qué dice la teoría de la Relatividad General?

• La gravedad (o atracción entre cuerpos con masa) es consecuencia de la forma del espacio.
• La fuerza que sentimos cuando nos movemos en un sistema acelerado (por ejemplo cuando la buseta frena) tiene la misma naturaleza que la fuerza de atracción entre masas (por ejemplo la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna).

Una forma muy compacta de expresar el punto central de la Teoría de la Relatividad General es diciendo que

la gravedad es equivalente a la curvatura del espacio.

Pero, ¿Qué significa todo esto?
Para entenderlo, vamos a tomar un ejemplo en el que tenemos que poner a trabajar nuestra imaginación. Supongamos que vivimos en un mundo de dos dimensiones (en vez de tres), por ejemplo en una hoja de papel (sin profundidad).

Vamos a medir la forma del espacio usando una rejilla. La distancia entre un nodo y su vecino es el patrón de medida:

Cuando no existe materia alguna el espacio es plano. Todas las celdas de la rejilla son del mismo tamaño.

Coloquemos una estrella en medio de este espacio. La presencia de la estrella (por su masa) ha deformado el espacio dandole una 'curvatura' en la región vecina a la estrella. Notar como la distancia patrón se modifica de forma más pronunciada en cercanías de la estrella:

¿Qué ocurre si en vez de la estrella colocamos un agujero negro muy masivo? En este caso la deformación del espacio es mayor:

La fuerza que siente un planeta hacia el Sol, en realidad es simplemente el efecto producido por su movimiento en el espacio que ha sido deformado por la masa del Sol.