¿Cuál es la diferencia entre relatividad general y especial?

A Einstein, en su teoría de la Relatividad Especial, se le ocurrió la idea de que el espacio y el tiempo no son dos cosas independientes. Esto es lo especial de esta teoría.
La relatividad especial básicamente dice que todas las leyes de la física son iguales en todos los marcos inerciales.
La ley de gravitación dada por Isaac Newton no encajaba perfectamente con esta teoría sugerida por Einstein. Después de mucho pensar, a Einstein se le ocurrió otra teoría, en 1915, llamada Teoría general de la relatividad.
En esta teoría, Einstein dice que el espacio-tiempo que describió en Teoría especial de la relatividad, que luego consideró plano, no es plano, sino curvo. Por espacio-tiempo curvo, todo lo que quería decir era que la geometría euclidiana falla en esta superficie. Para nosotros es muy difícil (casi imposible) imaginar el espacio-tiempo curvo de 4 dimensiones, ya que somos simples objetos tridimensionales.

No entraré en detalles sobre la curvatura del espacio-tiempo aquí. En cambio, intentaré explicar esta diferencia usando una analogía.

Piense en el espacio-tiempo de la relatividad especial como un papel cuadriculado. Puedes dibujar triángulos, líneas rectas, círculos, sobre él. Ahora, considere el espacio-tiempo de la relatividad general como un balón de fútbol. Todavía puede dibujar triángulos y círculos en él, pero las líneas rectas ya no serán rectas. Además, como no puedes dibujar líneas rectas en esta superficie, el triángulo que hagas no será euclidiano. (En una pelota de fútbol, ​​la suma de los ángulos de un triángulo sumaría más de 180 grados)

(Claramente no puedes dibujar líneas rectas en una superficie así)

Ahora, si intentas pegar la hoja gráfica completa en este balón, no podrás hacerlo. Pruébalo por ti mismo. Pero, ciertamente podrá pegar pequeños pedazos de esta hoja de gráfico completamente en el balón de fútbol. Esta es la diferencia. La relatividad especial es esa pequeña hoja de gráfico que se adapta al balón de fútbol.

Básicamente, lo que estoy tratando de decir es que la relatividad especial es cierta en los marcos de inercia locales en el espacio-tiempo curvo de la relatividad general.

Para una mejor explicación, mira este video:

(A) RELATIVIDAD ESPECIAL

La teoría especial de la relatividad describe el efecto del * movimiento uniforme * en el espacio-tiempo. Se basa en el argumento de que la velocidad de la luz es constante para cualquier observador, siempre que la luz viaje en el vacío. Esta idea comenzó con las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell . Si un objeto se mueve a una velocidad constante v en relación con un observador, las conclusiones para el observador son: –
a.) El reloj en el objeto marcaría el tiempo lentamente, es decir, el tiempo parecería transcurrir lentamente para el objeto. Esto se llama dilatación del tiempo.
b.) La longitud del objeto se contrae en la dirección de su movimiento. Esto se llama contracción de longitud.
c.) La masa del objeto aumenta por el factor de dilatación del tiempo. Por lo tanto, la relatividad especial sugiere que la masa no es estacionaria. Es una función de su velocidad, denotada por m (v).
Es a través de la relatividad que Einstein hizo su famosa receta llamada E = mc ^ 2. Para entender esta receta, necesitamos comprender la aplicación de los ingredientes: momento relativista, noción de energía cinética en la relatividad.

(B) RELATIVIDAD GENERAL

La relatividad general fue hecha por Einstein cuando sintió que la primera era insuficiente para describir todo el universo. Esto se debe a que en el universo real hay muchos factores: gravedad, fuerza, etc. Pero la teoría anterior no tuvo en cuenta estos factores Así que Einstein tardó 10 años en construir el último. Era más complejo, completo y cubría gran parte del universo. Describió el espacio-tiempo como un tejido del universo y la gravedad era una especie de depresión creada en este tejido por objetos pesados .
Una ecuación famosa de relatividad general es la ecuación de campo de Einstein. Se da a continuación

Esta teoría enfatiza principalmente la noción de gravedad desde una nueva perspectiva.

A menudo se dice que la diferencia entre SR y GR es que la Relatividad Especial no puede lidiar con cuadros de aceleración – en palabras de mi profesor, esto es “un obstáculo inefable” – ¡SR puede lidiar con cuadros de aceleración muy bien!

Incluso tenemos un objeto especial llamado 4-aceleración para el que puede derivar una expresión:

[matemáticas] A ^ \ mu = \ left (\ begin {matrix} \ frac {\ gamma ^ 4} {c ^ 2} \ vec {a} \ cdot \ vec {u} \\ \ gamma ^ 4 \ left ( \ vec {a} + \ frac {\ vec {u} \ times (\ vec {u} \ times \ vec {a})} {c ^ 2} \ right) \ end {matrix} \ right) [/ math ]

¡Asqueroso, para ‘sho’, pero podemos hacer muchas cosas interesantes con esta pequeña plaga!

La relatividad general es, simplemente, necesaria para explicar la gravedad .

La relatividad especial es el caso especial de GR, cuando la métrica es plana , lo que significa que no hay gravedad.

Necesitas relatividad general cuando la métrica se vuelve curva y cuando las cosas comienzan a experimentar gravitación.

Hablando desde un punto de vista práctico, la principal diferencia es simplemente que GR es mucho más difícil de trabajar que SR.

En SR puede salirse con la suya al saber sorprendentemente poca matemática (esto simplemente no es así con GR), la diferencia en el conocimiento requerido entre los dos es fenomenal. No puede intentar estudiar GR sin conocer el análisis de tensor, mientras que para la relatividad especial, puede recorrer un largo camino antes de toparse con eso (la mayoría de las personas lo encuentran en el electromagnetismo, que es la relatividad especial avanzada)

Físicamente hablando, la principal (bueno, la única) diferencia es la gravedad .

Desde el punto de vista de aprenderlo , GR es mucho, mucho, mucho más difícil de aprender y hacer matemáticas.

¡El compromiso es que, aunque más difícil, GR produce muchos resultados realmente geniales!

Algunas personas están complicando demasiado esto. Es realmente simple:

La relatividad general es una teoría de la gravedad, o más precisamente, del campo gravitacional. En Quantum Field Theory aparece como un campo de spin 2, debido a su complejidad interna, pero no necesita preocuparse por eso. Matemáticamente es equivalente a la “curvatura del espacio-tiempo”, pero tampoco necesita preocuparse por eso. Como escribí en el resumen de la aplicación. SI:
En QFT, el campo gravitacional es un campo de fuerza como los campos de fuerza EM, fuerte y débil, pero con un giro mayor de 2. El espacio es el mismo espacio tridimensional “euclidiano” en el que intuitivamente creemos, y el tiempo es el mismo tiempo en el que creemos intuitivamente. La curvatura de cuatro dimensiones es mejor dejarla en manos de los físicos que lo encuentran útil en sus cálculos.
Puede leer el apéndice completo de forma gratuita en Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos.

La relatividad especial es el reconocimiento de que las leyes de la física (incluida la velocidad de la luz) son las mismas, no importa cuán rápido viaje un observador, siempre que la velocidad sea constante (lo que los físicos llaman un marco inercial). Einstein llamó a esto el “Principio de la Relatividad”. De este principio se desprenden algunos efectos sorprendentes, incluso paradójicos, que han confundido a muchas personas. (Yo lo llamo el enfoque “de arriba hacia abajo”). Sin embargo, en la teoría cuántica de campos, que describe un mundo hecho de campos, estos efectos se entienden fácilmente como resultado del comportamiento de los campos. Yo llamo a esto el enfoque “de abajo hacia arriba”. Esto está cubierto en el anexo. A de mi libro.

La teoría especial de la relatividad se ocupa de cómo cambian las cantidades físicas entre los marcos de referencia inerciales. Comienza asumiendo que (1) no hay un marco inercial “especial” con respecto al cual se puedan medir las “velocidades absolutas” (es decir, no existe la velocidad absoluta. Todas las velocidades son relativas) y (2) La velocidad de la luz en el vacío es una constante en todos los marcos inerciales. De estos dos postulados, podemos derivar resultados interesantes como la Contracción de longitud relativista, el aumento de masa relativista, la famosa fórmula de equivalencia masa-energía, la dilatación del tiempo relativista, etc. También dice que nada puede viajar más rápido que la luz. Otro resultado es que el tiempo no es un parámetro absoluto como se supone en la mecánica newtoniana, sino una cuarta coordenada como las 3 coordenadas espaciales (con algunas diferencias, por supuesto) y juntas, pueden describirse como un espacio-tiempo de 4 dimensiones.

La teoría general de la relatividad es la generalización de la teoría especial donde se tienen en cuenta los marcos de referencia no inerciales. Uno de los postulados de la teoría general es el principio de equivalencia, lo que implica que no se puede distinguir entre un marco de referencia no inercial y un marco de referencia donde la gravedad está presente solo observando el movimiento de las partículas. Debido a esto, la teoría general de la relatividad se convierte en una teoría de la gravitación.

En la teoría especial, el espacio-tiempo es plano. La transformación de un marco de referencia inercial a otro (llamada transformación de Lorentz) es básicamente una operación de traducción + rotación. En la teoría general, el espacio-tiempo ya no es plano. La gravitación se describe como curvatura en el espacio-tiempo causada por la presencia de masa. Cuanto más masivo es un objeto, más curvatura causa. Las trayectorias curvas trazadas por una partícula que se mueve en un campo gravitacional se pueden expresar como la partícula que se mueve en línea recta (o más precisamente, un camino de menor distancia) en un espacio-tiempo curvo. La teoría general predice fenómenos como los agujeros negros y la desviación gravitacional de la luz.

La relatividad especial es esencialmente un caso especial de relatividad general donde la aceleración es cero, es decir, los marcos de referencia se mueven con velocidad constante (solo para aclarar, esto incluye estar en reposo, v = 0). Pero recuerde, desde Newton III F = ma la presencia de aceleración solo corresponde a la acción de una fuerza. Piensa en GRAVITY … más sobre esto más adelante.

En el caso de la relatividad especial, tiene velocidades constantes, la aceleración cero, todo limitado por el postulado de la velocidad de la luz en el vacío c, es el límite de velocidad universal. Todas las leyes posteriores pueden derivarse por consideraciones geométricas simples en el espacio plano / euclidiano, es decir, todas las coordenadas espaciales x , y y z permanecen en ángulos de 90 grados entre sí, teniendo en cuenta que, independientemente del marco de referencia en el que se encuentre, considerando dos movimientos a diferentes velocidades uno respecto al otro, el valor de c debe permanecer sin cambios.

La relatividad general considera los casos en que las fuerzas están presentes, en particular una fuerza gravitacional. Con GR, la gravedad se ve esencialmente como una distorsión en el espacio-tiempo. Supongamos que pretendemos que alguna malla de malla (como una red de pesca) es nuestro espacio-tiempo. La red es en forma de cuadrícula con bonitos cuadrados, incluso todos bien abiertos. Ahora deja caer una bola de boliche masiva en el medio: terminas con distorsiones extrañas alrededor de esa masa en la estructura del espacio-tiempo para que ya no puedas verla como “plana”. Ahora se deben hacer cálculos equivalentes de SR en escenarios en los que el camino más corto entre dos puntos no es solo una línea recta (plana) sino un camino curvo. Entonces, la gravedad está hecha para ser equivalente a la curvatura del espacio-tiempo y las cosas fluyen a través del espacio-tiempo a lo largo de esas curvas, ya sea que tengan masa o no, incluso la luz se dobla.

Ahora, solo un rápido no en observadores inerciales:

• En SR un observador inercial no tiene fuerzas que actúen sobre él. En absoluto. Se mueve con velocidad constante a menos que actúe sobre él mediante una fuerza externa (Newton I).
• En GR, la gravedad (una fuerza) se incluye en la definición. Aquí, un observador inercial es uno que se mueve a velocidad constante en presencia de gravedad , es decir, se mueve a velocidades constantes a lo largo de los caminos curvos creados por la acción de la gravedad en la estructura del espacio-tiempo.

En ambos casos, el observador inercial todavía se mueve a lo largo de lo que perciben como líneas rectas. Así como caminar por la superficie de la Tierra parecería ser una línea recta. Es solo que con GR, suponiendo que pueda ver todo el sistema desde el exterior, estas líneas rectas en realidad son curvas.

Espero que esto tenga sentido.

La relatividad especial describe la relación entre espacio y tiempo . Más precisamente, dice que

a) todas las leyes de la física son las mismas en cada marco de referencia inercial y

b) que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.

De estos dos postulados se siguen implicaciones para muchas cosas, como el paso del tiempo. Para que todos estén de acuerdo en la misma velocidad de la luz, el tiempo debe pasar más lento para algunos y más rápido para otros. De esa forma, todos pueden estar de acuerdo en que la velocidad es la misma. Sin embargo, esto no pertenece solo a la luz. Algo que está en movimiento, por ejemplo, un satélite, experimenta un tiempo de tictac más lento en relación con las cosas que están estacionarias, como la Tierra.

La relatividad general (GR) amplía esta visión del espacio y el tiempo e incluye la gravedad en la imagen. GR dice que la relación entre el espacio y el tiempo, una construcción unificada llamada espacio-tiempo , puede doblarse y curvarse . Esta curvatura es lo que percibimos como gravedad . Y el hecho de que GR sea una extensión de la relatividad especial dice que esta flexión y curvatura también tiene implicaciones para el paso del tiempo, entre otras cosas. El tiempo en la Tierra, por ejemplo, marca más lento en relación con el tiempo en el espacio vacío.

Esto tiene una aplicación del mundo real para sistemas GPS. Esos satélites en la órbita tienen que corregir esas minúsculas diferencias de tiempo o nos perderíamos en unos minutos. Tienen que dar cuenta tanto del efecto de la relatividad especial como de la relatividad general. El satélite está en órbita y, por lo tanto, se mueve en relación con la Tierra estacionaria, lo que significa que el tiempo pasa más lento para el satélite en relación con nosotros. El satélite está en el espacio y, por lo tanto, bajo menos influencia gravitacional significa que el tiempo pasa más rápido para el satélite en relación con nosotros. La corrección de ambos efectos guía nuestro camino hacia el próximo Starbucks.

La teoría especial de la relatividad es tal porque trata solo de fenómenos en un entorno de campo débil . Es decir, un campo gravitacional débil. El caso especial de la relatividad especial se describe en la relatividad general utilizando la métrica minkowski (1, -1, -1, -1): el espacio es plano.

La relatividad especial no proporciona explicación para la gravedad y, por lo tanto, solo es válida en ciertas situaciones (es decir, lejos de los agujeros negros, etc.).

Como probablemente pueda descubrir, la teoría general de la relatividad es mucho más generalizada. A Albert Einstein le llevó 10 años desarrollar su teoría de la gravedad, pero en 1915 publicó su explicación del fenómeno que Newton simplemente describió (aunque notablemente bien).

Esta teoría predice que la materia y la energía deforman y curvan el tejido mismo de nuestra realidad, el espacio-tiempo y que esta curvatura es lo que da lugar a nuestra “fuerza” de gravedad observada.

Es nuestra mejor explicación hasta ahora de la cosmología a gran escala y ha sido validada en los últimos 100 años con extrema precisión.

De hecho, el mes pasado, el Premio Nobel de Física fue otorgado a tres miembros del grupo que trabajaba en LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales de interferometría de luz) por su evidencia observacional de ondas gravitacionales. Estas ondas fueron predichas por el propio Einstein, utilizando su nueva teoría general de la relatividad, en 1916.

Es un logro bastante notable del intelecto humano y cualquiera que lo haya estudiado sabe cuán profundo es y cuán difícil es trabajar con él.

Son solo … diferentes. No son lo mismo.

La relatividad especial es la teoría de que el espacio-tiempo es una variedad de cuatro dimensiones con firma métrica (+, -, -, -). Explica la velocidad de la luz que tiene un máximo, dilatación del tiempo, efectos relativistas y equivalencia de masa de energía. Es verdad. Es cierto , repito. Tan cierto como cualquier teoría, posiblemente confuso en los detalles extremos (~ escalas de energía de big bang o escalas de energía de Planck o lo que sea), pero correcto. Está totalmente incorporado a la mecánica cuántica; No hay conflicto. Y no tiene mención de la gravedad.

La relatividad general es la teoría de que ese colector cuatridimensional mencionado anteriormente tiene curvatura, y esa curvatura es inducida por la presencia de masa / energía en el espacio-tiempo. La gravedad, los agujeros negros y el doblez de la luz resultan. No está unificado con la mecánica cuántica; Esa es una gran área de trabajo. No tiene nada que ver con el bosón de Higgs. Funciona en escalas grandes, de estrellas y galaxias. También es correcto , pero tal vez menos. Da las respuestas correctas en las escalas donde funciona, pero no se hace. No da mucha respuesta en las escalas de la mecánica cuántica; Estamos trabajando en eso. Y hay razones para pensar que algo más podría estar sucediendo a la escala del universo (cosmología).

Relatividad especial, formula la relación entre espacio y tiempo. Principalmente tiene que ver con la luz y el tiempo. Sin tomar en gravedad. El STR de Einstein cambió para siempre la forma en que los físicos miraban el tiempo. El tiempo, dijo, no era absoluto, sino diferente para diferentes observadores en un marco de referencia. STR se basa en dos postulados

1. Las leyes de la física son las mismas para todos los marcos de referencia inerciales (no acelerados).
2. La velocidad de la luz en el vacío es siempre de 299,792,458 m / s para todos los observadores, independientemente de su posición en el espacio.

Debido a estos dos postulados, hay una serie de consecuencias. El más interesante es la dilatación del tiempo, la contracción de la longitud, la masa en reposo y la masa relativista, la equivalencia masa-energía, el límite de velocidad cósmica

STR generalmente establece que no existe un concepto universal de simultaneidad. Es imposible decir que ocurrieron dos eventos al mismo tiempo si están separados en el espacio

La relatividad general es la teoría moderna de la gravitación de Einstein. La relatividad general proporciona una definición unificada de la gravedad al proponer que la gravedad es parte del tejido del espacio-tiempo. No es una fuerza, como dijo Newton.

La gravedad como curvatura del espacio-tiempo.

La relatividad especial se denomina especial porque se aplica a los casos especiales en los que la curvatura del espacio-tiempo debido a la gravedad es insignificante.

Para una mejor comprensión de los marcos de referencia, recomiendo este video.

Su pregunta es sobre la diferencia entre la relatividad general y la especial, por lo que no daré detalles de las dos teorías. Más bien, discutiré cómo se relacionan los dos. Como sugieren los nombres, uno es un caso especial del otro. Hay dos puntos que deseo hacer. La relatividad general contiene relatividad especial como un caso especial, y también conserva características de relatividad especial localmente. Mire la imagen a continuación para obtener el concepto tal como lo describí. Sin embargo, no lea demasiado la analogía, porque la relatividad tiene estas propiedades en cuatro dimensiones, no dos como en la imagen.

En (a) tenemos una representación de una porción de un plano con una cuadrícula rectangular dibujada en ella. En (b) hemos representado una porción de una superficie curva, también con una cuadrícula formada por líneas curvas. La idea de una superficie bidimensional incluye ambos (a) y (b). Sin embargo, (a) es un caso especial, donde la cuadrícula se puede hacer a partir de líneas rectas. Decimos que (a) es un “espacio plano”. Así es con el espacio-tiempo de cuatro dimensiones. En el caso donde el espacio-tiempo de cuatro dimensiones es plano, tenemos una relatividad especial. En términos generales, no hay razón para que el espacio-tiempo sea plano, y la relatividad general permite esa posibilidad. De hecho, la gravitación puede ser “explicada” por una curvatura del espacio-tiempo.

Ahora al segundo punto. En (b) de la imagen de arriba, uno de los parches de la cuadrícula se aproxima a una pequeña porción de un plano. Con esto quiero decir que un parche no se aparta mucho de un parche similar en un plano tangente a la superficie en un punto central del parche. Diríamos que la superficie curva es localmente plana. Si consideramos más de dos dimensiones, digamos cuatro, llamaríamos al plano tangente el espacio tangente. (Recuerde que dije no leer demasiado en la analogía. El espacio tangente no existe físicamente, solo matemáticamente.) El espacio-tiempo de la relatividad general es localmente plano, lo que significa que la relatividad especial se mantiene en el espacio tangente en cada punto del espacio-tiempo y, por lo tanto, aproximadamente en el espacio-tiempo curvo real. A eso me refería cuando dije que la relatividad general conserva características de la relatividad especial localmente.

En un espacio plano, la conexión de línea más recta de dos puntos es, bueno, ¡una línea recta! Sin embargo, en espacios curvos en general, puede no haber una línea recta que conecte dos puntos. Entonces, lo mejor que podemos hacer es considerar las líneas más rectas. Estas líneas más rectas se llaman geodésicas. Uno de los principios de la relatividad general es que, cuando no hay una fuerza neta sobre una partícula, la partícula sigue una geodésica en el espacio-tiempo. Esto generaliza la primera ley de Newton: un cuerpo permanece en reposo o se mueve a lo largo de una línea recta a velocidad constante, a menos que actúe una fuerza neta distinta de cero.

Finalmente, ¿qué causa que el espacio-tiempo se curve, produciendo así la gravitación? Esa pregunta tiene su respuesta en las ecuaciones de campo de Einstein, que conectan geometría y “materia”. Para citar a John Wheeler: “El espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse; la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse “.

Para obtener más información sobre la relatividad general, consulte mi respuesta más técnica a

¿Cuál es la aproximación newtoniana en la relatividad general?

Para una discusión sobre la relatividad especial, vea las respuestas en

¿Qué es la relatividad especial?

La Relatividad especial se ocupa específicamente de la velocidad en referencia a otra cosa que llamamos un marco de referencia, como un observador estacionario. Sin embargo, todo en el universo está en movimiento, por lo que se vuelve más complicado que eso.

La dilatación del tiempo en SR viene dada por:

Se dice que la longitud se contrae, pero se dilata, como un ejemplo:

Esto requiere que la velocidad de la luz sea variable en todos los marcos de referencia, si la contracción de Lorentz es verdadera y correcta. Esa es una ecuación al revés. Cuando se muestra de esta manera, no hay redención matemática para el concepto de contracción de longitud.

De hecho, esta forma, que utiliza la disposición clásica de ‘contracción lorentziana’, establece que un objeto que se aleja a la velocidad de la luz no se mueve en ningún marco de referencia (cuando v = c, v / c = 1, el termino

(1- (v / c) 2) se convierte en cero, y la velocidad de la luz denotada por ‘c’ sería entonces cero. Esto es tan simple como que los fotones dejan su linterna en un punto muerto. Las matemáticas son sencillas e irrefutables.

El mismo enfoque funciona para la relatividad general. En GR, no hay marco de referencia como lo hay en SR. Puedes violar la velocidad de la luz sin azotes.

GR describe la curvatura del espacio. Sin embargo, el tiempo se dilata profundamente en una gravedad, al igual que la longitud. El pensamiento ortodoxo, de nuevo, tiene una duración de contracción sin evidencia, pero las ecuaciones están ordenadas correctamente:

Esto deja la velocidad de la luz variable. En términos simples, a medida que M o r (las dos únicas variables) cambian en esta ecuación, c , el resultado cambia. Esto no es una pérdida de las ecuaciones de dilatación del tiempo. El factor de dilatación se ha eliminado y, como puede ver, L0 y t0 se mantienen constantes, dejando solo c como variable. Además, este no es un caso de desplazamiento hacia el rojo de un pozo de gravedad, se trata de un cambio en c como velocidad, ya que está en el lado izquierdo de la ecuación.

Aunque esto parece ser intuitivamente el caso, no puede ser el caso. La variabilidad principal en cuestión aquí sería M, la masa central, como un planeta o estrella, yr , la distancia desde M. En este caso, en lugar de que la luz se doble a lo largo de la curvatura del pozo de gravedad, se acelera y disminuye abajo como si el fotón tuviera masa. Las variables L0 y t0 son variables espectadoras.

Al voltear la ecuación al revés, en su forma correcta (dilatación de longitud en un pozo de gravedad):

Si lees cuidadosamente la Teoría especial y general de la relatividad, de Einstein, puedes leer un comentario hecho por el propio Albert Einstein, donde menciona el hecho de que “la Constancia de la velocidad de la luz de la Teoría especial de la relatividad”, cuando se mira La teoría general no se aplica sin reserva, ¡porque la Gravitación hace que cambie la Velocidad de la Luz!

“Relatividad La teoría especial y general”, Albert Einstein, de las páginas 49,50

Algunas inferencias del principio general de relatividad

“… En segundo lugar, nuestro resultado nos muestra que, de acuerdo con la teoría general de la relatividad, la ley de la constancia de la velocidad de la luz en el vacío, que constituye uno de los dos supuestos fundamentales en la teoría especial de la relatividad y también ya nos hemos referido con frecuencia, no podemos reclamar ninguna validez ilimitada. Una curvatura de los rayos de luz solo tiene lugar cuando la velocidad de propagación de la luz varía con la posición. Ahora podríamos pensar que, como consecuencia de esto, la teoría especial de la relatividad y con si toda la teoría de la relatividad se depositara en el polvo. Pero en realidad este no es el caso. Solo podemos concluir que la teoría especial de la relatividad no puede reclamar ningún dominio ilimitado de validez; sus resultados se mantienen solo mientras podamos para ignorar las influencias de los campos gravitacionales en los fenómenos (por ejemplo, de la luz) … ”

También he leído su comentario en traducciones al alemán y sueco, diferentes páginas en diferentes ediciones, ¡pero el mismo contenido e idea!

Si la Velocidad de la Luz no es constante, cuando se considera la Gravitación, podría tener un gran impacto en los cálculos de distancias entre estrellas y galaxias,

impactando las preguntas de “Materia oscura” y “Energía oscura”!

Anders Kouru, Gotemburgo, Suecia

La relatividad especial es la ciencia de describir la física desde la perspectiva de los observadores que no aceleran. El principio básico es que para todos estos observadores, las leyes de la física deberían ser las mismas, independientemente de su velocidad. En el momento de su nacimiento, la relatividad especial se conocía como la teoría de la relatividad.

La relatividad general nació del deseo de extender el principio de la relatividad a los observadores en movimiento arbitrario. El “pensamiento más feliz” de Einstein equivalía a darse cuenta de que tal teoría necesariamente debe involucrar la gravedad, porque un observador dentro de una cámara cerrada no puede distinguir entre flotar en el espacio vacío o caer libremente en un campo gravitacional. Una vez que nació “la teoría general” (como se la llamaba entonces), lo que antes se llamaba la teoría de la relatividad ahora se denominaba “la teoría especial”, ya que era un caso especial de la teoría más general, restringida para uniformar (no acelerar) el movimiento.

En la práctica, se necesita una relatividad especial cuando se trata de cosas que se mueven rápido. (Qué tan rápido … bueno, eso depende de la precisión requerida). Curiosamente, la relatividad general no es necesaria solo porque algo se acelera; la relatividad especial puede lidiar con eso, solo trata a los observadores acelerados como ciudadanos de segunda clase. Sin embargo, la relatividad general es necesaria en presencia de fuertes campos gravitacionales.

Un buen ejemplo es la navegación de naves espaciales, que generalmente se realiza observando las propiedades (desplazamiento de frecuencia y tiempo de viaje) u ondas de radio entre la nave espacial y el suelo. Se requiere una relatividad especial para calcular el cambio de frecuencia esperado correctamente al nivel de precisión requerido, por ejemplo, para insertar una nave espacial en órbita alrededor de un planeta, porque la velocidad de la nave espacial (varios diez km / s) es lo suficientemente grande como para que las correcciones relativistas tengan importancia.

Cuando la onda de radio pasa cerca de un objeto masivo (especialmente si pasa cerca del Sol), se requiere una relatividad general para calcular su tiempo de viaje correctamente, incorporando el llamado retraso de Shapiro debido a la presencia de la gravedad.

La teoría de la relatividad no es tan complicada como creemos. La teoría de la relatividad demostró ser un descubrimiento innovador en el campo de la física. Es ciencia simple la que usamos en nuestra experiencia cotidiana. Einsteins en 1905 con su famoso artículo On the Electrodynamics of Moving Bodies explica su Teoría de la Relatividad Especial. La teoría de la relatividad especial (SR) se ocupa de cosas que se mueven cerca o a la velocidad de la luz. El nuevo concepto que se deriva de la relatividad se basa en el hecho de que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales, es decir, no acelerantes. Y la velocidad de la luz en el espacio libre es constante.

Según SR, el espacio y el tiempo no son conceptos separados. Si movemos un objeto en relación con otro, el tiempo es una mezcla de espacio y tiempo. Esto significa que, entre otros eventos, se ve como simultáneo para un observador que puede no ser simultáneo como lo ve otro observador que se mueve en relación con el primero.

La relatividad especial explica cómo la ley de la ciencia será la misma sin importar dónde se encuentren o en qué dirección se mueva, cuando haya ausencia de gravitación. Sería fácil abordar la relatividad en términos de coordenadas espacio-temporales. En relatividad especial, tratamos solo con espacio-tiempo plano.

La teoría de la relatividad general publicada en 1916 se basa en la misma teoría de la relatividad especial. La distinción es que la teoría general explica la fuerza de la gravedad en términos de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones curvo. Según Einstein, las fuerzas de aceleración y gravedad son equivalentes. Su publicación también establece que todas las leyes físicas pueden formularse para que sean válidas para cualquier observador, independientemente del movimiento del observador.

Según esta teoría, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, sin embargo, la atracción gravitacional entre dos objetos diferentes sería más fuerte cuando estén más cerca uno del otro. Si nos alejamos o nos acercamos más, el cambio en la atracción es instantáneo. Esta teoría también considera un caso mucho más amplio de espacio-tiempo y habla de que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia.

Esta teoría nos permite trabajar en la gravedad, ya que nos permite definir un marco local de Lorentz junto con el principio de equivalencia y el principio de la relatividad general.
La ecuación de Einstein explica que la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse. Esta teoría ha sido confirmada por una variedad de experimentos. También exige la existencia de cosas tales como agujeros negros y ondas gravitacionales.

“ ¿En qué se diferencia la relatividad especial de la relatividad general? ”

Están motivados por diferentes cosas.

La relatividad especial está motivada por la velocidad de la luz, específicamente, por qué es lo mismo, independientemente del movimiento de la fuente y el observador. Eso es imposible en la mecánica clásica, pero la relatividad especial modifica la mecánica clásica para lograr este resultado.

La relatividad general está motivada por la masa. En física, la masa aparece en dos contextos completamente diferentes: inercia y gravedad. Estos dos tipos de masas son siempre iguales para todo. ¿Por qué? Si siempre son iguales, esa es una gran pista de que deben ser iguales. La relatividad general es la teoría de la gravedad de Einstein, en la que solo hay un tipo de masa.

En ambos casos, los problemas se resuelven refinando nuestras nociones de espacio y tiempo.

La teoría general se aplica a los efectos gravitacionales. La teoría especial se aplica a la velocidad. Esa es la mnemónica que funciona para mí.

En cuanto a las diferencias, la explicación del laico es que el flujo del tiempo se experimenta de manera diferente en cada marco de referencia, pero se experimenta igual. OK, eso salió mal. Todos los marcos de referencia son iguales, pero perciben que otros marcos de referencia son diferentes. Alguien en lo profundo de un pozo de gravedad masivo envejece más lentamente que alguien en una región menos profunda de un pozo de gravedad; y alguien que viaja más rápido envejece más lento que alguien que viaja más lento. Los relojes en los satélites GPS funcionan más rápido que un reloj en la Tierra debido a la menor gravedad, pero esos mismos relojes GPS también funcionan más rápido porque tienen una velocidad más rápida. El horizonte de eventos de un agujero negro parece estar estacionario en el tiempo para nosotros, y para un observador en el horizonte de eventos parece que nos movemos infinitamente rápido.

Espero que ayude, al menos como una introducción. Puedes estudiar ambos durante 8 años a tiempo completo y solo obtener un doctorado en ellos, como yo no tengo. No se deje intimidar por comprender el concepto solo porque las matemáticas son desalentadoras.

La relatividad general es una versión generalizada de la relatividad especial. Por eso se llama Relatividad “General”. SR solo es aplicable cuando no hay aceleración (es decir, velocidad constante). Además, SR no considera los efectos de la gravedad en el espacio-tiempo.

Básicamente:

1. Relatividad general: describe las deformaciones del espacio-tiempo a través de la gravedad y la aceleración. No solo deformaciones, sino mucho más.
2. Relatividad especial : describe las deformaciones del espacio-tiempo en términos de velocidad constante.

La teoría especial vino primero, es más simple, pero está incompleta porque no dice nada sobre la gravitación. Es especial en el sentido de que se aplica solo a casos especiales en los que se puede descuidar la gravedad. Resiste porque es mucho más fácil trabajar con ella que la relatividad general.

La relatividad especial incluye la famosa [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática], pero no incluye el concepto de espacio-tiempo curvo. Su métrica es una función simple, mientras que la métrica más completa de GR es un tensor.

La relatividad especial se ha combinado con éxito con la teoría cuántica de campos, pero hasta ahora nadie ha logrado hacerlo con la relatividad general.