¿Cuál es la explicación más simple de la teoría de la relatividad de Einstein que has escuchado?

La teoría de la relatividad es un tema muy complejo y difícil de entender, aunque puedo decirle lo básico aquí. La teoría de la relatividad es en realidad dos teorías que Albert Einstein surgió a principios del siglo XX. Uno se llama relatividad “especial” y el otro se llama relatividad “general”.

Relatividad especial

Hay 2 ideas principales detrás del principio de la teoría especial de la relatividad.

• Las leyes de la física son las mismas para cualquier marco de referencia inercial.
• El principio de la velocidad de la luz: la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, independientemente de su movimiento relativo o del movimiento de la fuente de luz.

¿Qué significa “relativo”?

Los científicos pensaron que todo movimiento se produjo contra un punto de referencia llamado “éter”. Einstein afirmó que el éter no existía. Dijo que todo movimiento era “relativo”. Esto significaba que la medición del movimiento dependía de la velocidad relativa y la posición del observador.

Un ejemplo relativo

Un ejemplo de relatividad es imaginar a dos personas en un tren jugando ping-pong. El tren viaja a unos 30 m / s al norte. Cuando la pelota es golpeada hacia adelante y hacia atrás entre los dos jugadores, la pelota parece moverse hacia el norte a una velocidad de alrededor de 2 m / sy luego hacia el sur a una velocidad de 2 m / s. Ahora imagine a alguien de pie junto a las vías del ferrocarril mirando el juego de ping-pong. Cuando la pelota viaja hacia el norte, parecerá viajar a 32 m / s (30 m / s más 2 m / s). Cuando la pelota se golpea en la otra dirección, todavía parece viajar hacia el norte, pero a una velocidad de 28 m / s (30 m / s menos los 2 m / s). Para el observador al costado del tren, la pelota siempre parece estar viajando hacia el norte. El resultado es que la velocidad de la pelota depende de la posición “relativa” del observador. Será diferente para las personas en el tren que para la persona al costado de las vías del ferrocarril.

E = MC2

Uno de los resultados de la teoría de la relatividad especial es la famosa ecuación de Einstein E = mc2. En esta fórmula, E es energía, m es masa y c es la velocidad constante de la luz. Este resultado indica que la energía y la masa están relacionadas. Cualquier cambio en la energía de un objeto también va acompañado de un cambio en la masa. Este concepto se hizo importante en el desarrollo de la energía nuclear y la bomba nuclear.

Contracción de longitud

Es otra aplicación de la relatividad, cuando los objetos parecen más cortos cuanto más rápido se mueven en relación con el observador. Este efecto solo ocurre cuando los objetos alcanzan velocidades muy altas. Para darle un ejemplo de cómo los objetos que se mueven muy rápido parecen más cortos. Si una nave espacial de 100 pies de largo volara a 1/2 de la velocidad de la luz, parecería tener 87 pies de largo. Si acelerara a .95 la velocidad de la luz, solo parecería tener 31 pies de largo. Por supuesto, todo esto es relativo. Para las personas a bordo de la nave espacial, siempre parecería tener 100 pies de largo.

EDITAR-

Aquí hay un enlace al video que podría ayudarlo a comprender la Relatividad.

La teoría de la relatividad ha influido enormemente en los desarrollos recientes en física avanzada y astronomía. Hay varios ejemplos de la vida real para observar la Teoría de la Relatividad en acción. Es difícil decir cuál es la mejor explicación; por lo tanto, elegiré mi favorito, el Sol. Es una maravilla: aunque está a 150 millones de kilómetros de distancia, el Sol proporciona suficiente calor y luz para que sobreviva la vida en la Tierra.

El Sol es solo otra estrella, como muchas otras en la galaxia de la Vía Láctea; existe desde hace aproximadamente 4.500 millones de años, y se espera que continúe al menos ese tiempo. El Sol emite radiación electromagnética que incluye luz, energía infrarroja (calor), luz ultravioleta y ondas de radio. También emite una corriente de partículas conocida como el “viento solar”: flujo de partículas, principalmente protones y electrones, junto con un pequeño porcentaje de elementos más pesados. La fuente de toda esta energía es la reacción dentro del Sol que convierte el hidrógeno en helio produciendo enormes cantidades de energía.

El Sol es tan masivo (3,30,000 veces la Tierra) que hay una fuerza gravitacional extremadamente alta que actúa sobre todas sus partículas y arrastra todo hacia el núcleo. El resultado es que existe una gran presión y temperatura (15 millones de grados centígrados) en el centro del Sol. En su núcleo, los átomos de hidrógeno se fusionan a esta gran temperatura y presión para formar átomos de helio. Este proceso se llama fusión nuclear. Esta fusión transforma una parte muy pequeña de los átomos de hidrógeno en una gran cantidad de energía. Como los núcleos de hidrógeno son protones cargados positivamente, se repelen fuertemente. Para superar esta repulsión mutua, los protones deben moverse entre sí a una velocidad extremadamente alta, como cerca de la velocidad de la luz. (El movimiento de los átomos está definido por la temperatura: cuanto más rápido, más calientes son).

¿Cómo se relaciona todo esto con la respuesta a su pregunta?

En 1905, Einstein publicó su famosa ecuación E = mc ^ 2 como parte de la teoría de la relatividad. Sugirió que una pequeña cantidad de masa (m) podría convertirse en una enorme cantidad de energía (E). Según la teoría, la masa y la energía se pueden convertir entre sí, que es cómo funcionan los reactores nucleares (fisión) y cómo brilla el sol (fusión).

El conjunto de la relatividad en menos de 25 palabras.

• Relatividad especial: la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores . El resto lo puede resolver usted mismo con un poco de álgebra.
• Relatividad general: masa / energía hace que el espacio se curve. El espacio curvo hace que la masa / energía se acelere.

Si fueras a un grupo de personas muy inteligente y matemáticamente sofisticado que nunca había oído hablar de la relatividad, podrían resolver los detalles de lo anterior.

Lo sorprendente de Einstein es que estas dos declaraciones están totalmente en desacuerdo con nuestra experiencia cotidiana, y llegó a ellas mediante un proceso de pensar “debe ser así, porque si no es así, entonces hay un sesgo inexplicable en el leyes de la física.”

Y que perseveró durante muchos años de cálculos muy difíciles para desarrollar su teoría a partir de estos puntos de partida.

Para una relatividad especial, literalmente puede resolver los cambios en el tiempo, la masa y la longitud a medida que se acerca a la velocidad de la luz con un álgebra simple, mucho más fácil si ya obtiene la contracción de Lorentz como una pista, por supuesto.

Para la relatividad general, las matemáticas son increíblemente complejas, pero la belleza de la teoría se puede apreciar sin los detalles. La ecuación de Einstein establece dos términos iguales entre sí: un término * que muestra cómo la masa / energía hace que el espacio se curve, y un término * que muestra cómo el espacio curvo hace que la masa / energía se acelere.

* term = una matriz de cuatro dimensiones 4 x 4, que es parte de por qué no es trivial derivar … o comprender …

Supongamos que está caminando en la calle (digamos a 5 millas / hora) y su amigo está pedaleando en la misma dirección (digamos a 10 millas / hora). Ahora, un autobús pasa por ambos a una velocidad de 100 millas / hora.

Como camina a 5 millas / hora, medirá la velocidad del autobús como 95 (100 – 5) millas / hora.

Como su amigo está en bicicleta a una velocidad de 10 millas / hora en la misma dirección, medirá la velocidad del autobús a 90 (100 – 10) millas / hora.

Esto se llama transformación galileana . Simple derecho?

Reemplacemos ‘light’ en lugar de ‘bus’ en el experimento anterior y veamos qué sucede.

La velocidad de la luz es la misma para todos los observadores . No importa qué velocidad mueva, siempre medirá la velocidad de la luz en 186,282 millas / seg. Cómo es eso posible ?

En el ejemplo anterior, asumimos implícitamente que ‘Tiempo’ es igual para usted y su amigo (que está en bicicleta). Según la relatividad especial, no hay tiempo universal.

Según usted, el reloj que usa su amigo (el que está en bicicleta) correrá lento (en comparación con su reloj) en la medida requerida para que él pueda medir la velocidad de la luz como lo que está midiendo. Esto lo dan las famosas fórmulas de transformación de Lorentz:

En las fórmulas anteriores,

x, y y z son tres dimensiones y t es el tiempo en su marco de referencia y
x ‘, y’ y z ‘ son tres dimensiones y t’ es el tiempo en el marco de referencia de tu amigo.

Como puede ver, no es solo el tiempo que cambia entre los marcos de referencia, sino también la longitud (valor x ). Esto se llama contracción de longitud.

La relatividad se basa en la idea de ‘marcos de referencia’. El marco de referencia es un lugar donde un objeto u observador está parado (por ejemplo, tierra en el caso de usted y bicicleta en el caso de su amigo arriba).

Hay dos tipos de marcos de referencia: (1) marcos de referencia inerciales (donde un objeto u observador está en reposo o moviéndose a velocidad constante, (2) marcos de referencia acelerados (donde un objeto u observador se mueve a velocidad no constante).

La Relatividad Especial (SR) trata solo con el primer tipo de marcos de referencia (marcos de referencia inerciales) mientras que la Relatividad General (GR) trata con marcos de referencia acelerados.

Irónicamente, hay una explicación bastante simple (aunque algo engañosa) de la teoría general, que es la famosa analogía de la tela estirada, pero no hay una explicación simple para la teoría especial. La ironía es que la teoría especial es matemáticamente mucho más simple que la teoría general. Puede ver uno de los varios videos de YouTube sobre la teoría general de la relatividad. La relatividad especial es un poco más difícil de explicar de forma inituitiva, aunque también hay muchos videos en YouTube para eso.

Aquí hay algunas respuestas que he escrito en Quora que pueden serle útiles:

La respuesta de Sarang Sharma a ¿Alguien puede explicar cómo el tiempo es relativo en términos simples?

La respuesta de Sarang Sharma a ¿Cómo ocurre la contracción de longitud? ¿Hay alguna conversión de energía de masa de acuerdo con los marcos de referencia? ¿O los átomos del objeto se estiran o contraen?

La respuesta de Sarang Sharma a ¿Por qué pensamos en el espacio-tiempo como una variedad?

Sin embargo, debo advertir que las explicaciones simples e intuitivas a menudo son engañosas. Para empezar, son útiles, pero no hay sustituto para aprender las matemáticas reales detrás de la teoría y, si está interesado, definitivamente debería intentarlo. La relatividad especial tiene la virtud de ser bastante ligera en matemáticas y ser muy interesante físicamente.

Déjame intentar una respuesta simple. La mitad de la relatividad se explica por un principio simple:

En relatividad, la distancia espacio-tiempo entre dos eventos es la misma para todos los observadores.

Permítanme explicar cómo funciona en el caso de la relatividad especial, ya que es la configuración más simple.

Dos observadores [matemática] A [/ matemática] y [matemática] B [/ matemática] miden dos eventos [matemática] E_1 [/ matemática] y [matemática] E_2 [/ matemática]. Pueden ver cada uno de los eventos que ocurren en diferentes momentos y posiciones en el espacio.

Suponemos que las distancias espaciales se miden en años luz, es decir, la distancia recorrida por la luz en un año, y que el tiempo también se mide en años, por lo que podemos deshacernos de la famosa constante [matemáticas] c [/ matemáticas], que especifica la velocidad de la luz en las unidades arbitrarias de longitud (por ejemplo, kilómetros) y tiempo (por ejemplo, horas) en consideración. También elegimos hablar del espacio-tiempo en lugar del término espacio-tiempo más habitual, pero al final es lo mismo.

Por lo tanto, si el observador [matemáticas] A [/ matemáticas] ve que el evento [matemáticas] E_1 [/ matemáticas] ocurre en una posición en el espacio [matemáticas] (x_ {A, 1}, y_ {A, 1}, z_ {A, 1}) [/ math] y en el momento [math] t_ {A, 1} [/ math], y ve que el evento [math] E_2 [/ math] ocurre en la posición [math] (x_ {A, 2}, y_ {A, 2}, z_ {A, 2}) [/ matemática] y tiempo [matemática] t_ {A, 2} [/ matemática]. Luego, en la relatividad especial, la distancia espacio-tiempo que ve el observador [matemática] A [/ matemática] es (observe el signo menos que acompaña al término temporal y el hecho de que estamos hablando de distancia espacio-tiempo, en lugar de espacial distancia, solo)

[matemáticas] s_ {A} (E_1, E_2) = \ sqrt {(t_ {A, 2} -t_ {A, 1}) ^ 2- (x_ {A, 2} -x_ {A, 1}) ^ 2- (y_ {A, 2} -y_ {A, 1}) ^ 2- (z_ {A, 2} -z_ {A, 1}) ^ 2} [/ matemáticas]

Aquí, el argumento dentro de la raíz cuadrada siempre es [math] \ geq 0 [/ math] ya que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Es por eso que elegimos hablar del espacio-tiempo, porque en nuestra definición de distancia espacio-tiempo, usamos el tiempo primero y el espacio después, por lo que el argumento de la raíz cuadrada no es negativo.

De manera similar, si el observador [matemático] A [/ matemático] ve que el evento [matemático] E_1 [/ matemático] ocurre en una posición en el espacio [matemático] (x_ {B, 1}, y_ {B, 1}, z_ {B, 1}) [/ math] y en el momento [math] t_ {B, 1} [/ math], y ve el evento E2 que ocurre en la posición XB2, YB2, ZB2 y el tiempo TB2. Entonces, en relatividad especial , la distancia espacio-tiempo que ve el observador B es

[matemáticas] s_ {B} (E_1, E_2) = \ sqrt {(t_ {B, 2} -t_ {B, 1}) ^ 2- (x_ {B, 2} -x_ {B, 1}) ^ 2- (y_ {B, 2} -y_ {A, 1}) ^ 2 – (z_ {B, 2} -z_ {B, 1}) ^ 2} [/ matemáticas]

Entonces, como se afirma, que ambos observadores ven la misma distancia espacio-tiempo significa que

[matemáticas] s_ {A} (E_1, E_2) = s_ {B} (E_1, E_2) [/ matemáticas]

Eso es. De eso se trata la relatividad especial y es algo que usted, con la ayuda de un amigo (el otro observador), puede confirmar mediante experimentos.

En la relatividad general, la distancia al espacio-tiempo al cuadrado es más difícil de calcular que las fórmulas dadas anteriormente, ya que el cálculo depende de la curvatura del espacio-tiempo. Pero el mismo principio es válido: la distancia espacio-tiempo entre dos eventos es la misma para todos los observadores.

La primera mitad de la relatividad (que, esencialmente, es el principio mencionado anteriormente) se trata de cómo la curvatura del espacio-tiempo afecta las distancias espacio-temporales entre los eventos. En la relatividad especial, el espacio de tiempo es plano o, en otras palabras, no es curvo y, por lo tanto, los cálculos de distancias de espacio de tiempo son fáciles (las fórmulas anteriores).

La segunda mitad de la relatividad es cómo la presencia de energía afecta la curvatura del espacio-tiempo. Esta segunda mitad de la relatividad es mucho más difícil de explicar al laico y no intentaré hacerlo aquí.

Dos comentarios finales. En primer lugar, esta forma de expresar la relatividad es simple. Sin embargo, las implicaciones de la relatividad siguen siendo profundas. En segundo lugar, en la formulación galileana-newtoniana del espacio-tiempo, dos observadores verán la misma distancia espacial y la misma distancia temporal entre dos eventos (en lugar de la distancia espacio-temporal, como en la relatividad). En este sentido, la formulación galileana-newtoniana del espacio-tiempo es más restrictiva y muestra por qué la relatividad y las formulaciones galileano-newtonianas del espacio-tiempo no son equivalentes.

(Hice varias ediciones para corregir algunos errores y aclarar algunas partes confusas)

Alice y Bob son partículas.

Bob entra en un bar con un reloj y un medidor y corre de un lado a otro del barman a la velocidad de la luz. Esto es tan rápido como puede correr. Alice, la camarera, dice: “Tu reloj es lento y tu medidor es corto, mira, mira”, y levanta su propio reloj y su medidor. Bob corre arriba y abajo de la barra y dice: “¡No, su reloj es lento y su medidor es corto!”

Eso es relatividad especial.

Seriamente.

Ambas declaraciones acerca de los medidores y los relojes son ciertas mientras Bob pasa por Alice, pero cada vez que Bob se da vuelta al final de la barra, el reloj de Alice corre más rápido que el de Bob. Se suben a un auto y Alice ata los ojos de Bob con una venda en los ojos. Alice pisa el acelerador y acelera el auto. Bob le pregunta: “¿Vamos a subir la colina?”, Alice responde: “¿No te gustaría saber?”

Esa es la relatividad general.

Seriamente.

Para corregir conceptos erróneos sobre algunas paradojas comunes, lea: ¿Cuál es la solución a la paradoja de la escalera en la relatividad especial?

Hay 3 sabores de relatividad, la relatividad especial (relatividad debido a la velocidad constante), la relatividad general (relatividad debido a la aceleración o la gravedad) y la relatividad que nunca ha oído hablar de la relatividad estática (relatividad debido a la distancia).

La relatividad estática es muy fácil de explicar y le dará una buena base para sumergirse en la relatividad especial y general. Usemos la herramienta favorita de Einstein, el experimento del pensamiento.

RELATIVIDAD ESTÁTICA PENSAMIENTO EXPERIMENTO

Imagina la Tierra, Marte y Venus. Todos los planetas orbitan alrededor del Sol en la misma dirección, así que para los propósitos de nuestro Experimento de Pensamiento imaginemos que durante un corto período de tiempo las distancias entre estos tres planetas no cambian o son estáticas. Hemos ideado un concurso, una persona en Marte y una persona Venus tienen un problema que resolver, cuando lo resuelven, deben disparar un cohete para indicar que han completado la tarea.

Estás mirando desde la Tierra y ves la llamarada del cohete desde Marte exactamente al mismo tiempo que la llamarada del cohete desde Venus. Declaras el concurso empate. La persona en Venus protesta: “Disparé mi cohete y vi el cohete desde Marte unos 5 minutos más tarde”. La persona en Marte hace exactamente la misma afirmación. Entonces, ¿quién tiene razón, la persona en la Tierra que dice que fue un empate o la persona en Venus que dice haber ganado o la versión de la persona en Marte es correcta? La relatividad nos dice que los tres son igualmente válidos, el orden de los eventos de cada perspectiva es diferente y válido. Entonces, ¿qué causa la diferencia de opinión de los tres observadores? La diferencia se debe, por supuesto, a la velocidad de la luz.

No hay un único punto de vista o punto de referencia que sea el tiempo correcto, todos los puntos de vista Marte, Tierra, Venus son igualmente válidos. Ahora aplique los mismos principios para viajar a una Relatividad Especial de velocidad constante o acelerar para la Relatividad General.

La relatividad estática es un concepto de mi propio diseño (hasta donde yo sé). Creo que la relatividad estática proporciona una introducción simple a la relatividad. La relatividad estática, aunque es muy simple, establece algunos de los problemas básicos de la relatividad, a saber, que no todos los observadores ven la misma secuencia de eventos y no existe necesariamente una perspectiva principal que todos los demás deben adoptar, y el papel importante que la velocidad de la luz juega en el universo. La naturaleza simple y obvia de la relatividad estática crea un punto de partida estable antes de saltar a algunos de los aspectos más extraños de la relatividad.

Imagina que has visto (o hecho) un experimento que demuestra que la velocidad de la luz es constante. Ahora imagine que está rodeado de personas que no quieren creerlo a pesar de la evidencia experimental. Esta es la posición en la que se encontró Einstein en 1905. Haga clic aquí para el experimento.

¿Que esta pasando? Suponga que la velocidad de la luz es constante para cualquier observador. Ahora use trigonometría para demostrar todo lo que pueda. Esa es la relatividad especial.

La relatividad general surge cuando preguntamos “¿qué significa esto para alguien que está acelerando?” Y también “¿podemos distinguir la diferencia entre acelerar porque estamos en un cohete o acelerar debido a la gravedad?” Si asumimos la respuesta a la segunda la pregunta es “no” y la respuesta a la primera pregunta es “lo que sea necesario para no romper la relatividad especial”, entonces obtenemos la relatividad general. Es matemáticamente complejo, pero las motivaciones para ello no lo son, por lo que para mí esa es la forma más sencilla de pensarlo. Sigue volviendo a la motivación cada vez que las matemáticas parezcan demasiado locas.

Hay dos explicaciones. La habitual es establecer el Principio de Relatividad (“las mismas leyes de electrodinámica y óptica serán válidas para todos los marcos de referencia para los que las ecuaciones de la mecánica son válidas”) y usar algunas matemáticas sencillas para mostrar que suceden “cosas extrañas” en sistemas en movimiento (dilatación del tiempo, contracción espacial, aumento de masa, etc.) Yo llamo a esto el enfoque de arriba hacia abajo y es bastante simple si está dispuesto a aceptar estos efectos extraños.

La otra forma es la teoría de campo cuántico. que llamo el enfoque de abajo hacia arriba. Comprender la idea de los campos y cómo se comportan no es tan fácil, pero una vez que lo entiendes, las cosas extrañas tienen sentido. Mi libro es el único lugar que conozco que explica esto (la versión del libro electrónico cuesta solo $ 4.95; haga clic aquí). Como escribí:

“Mostraremos que en un mundo hecho de campos, no de partículas, estas declaraciones son una consecuencia natural de la forma en que se comportan los campos. Verá que no solo son comprensibles, sino inevitables. Y en el camino aclararemos algunos conceptos erróneos ”.

Si el objetivo de la física es dar la mejor descripción de nuestro universo, entonces debemos asegurarnos de que las leyes de la física que sabemos que son verdaderas en la Tierra se puedan aplicar a cualquier lugar del universo.

Los imanes, linternas, electricidad, señales de radio, etc. se pueden explicar en la tierra con las ecuaciones de Maxwell. Es decir, podemos probarnos a nosotros mismos que estos fenómenos físicos realmente coinciden con la teoría simplemente haciendo experimentos para verificarlos.

Pero, ¿estas ecuaciones son válidas para cualquier parte? ¿Qué pasa si estoy en el espacio? ¿La electricidad funcionará igual? ¿Qué pasa si viajo muy rápido? ¿Los imanes seguirán funcionando igual según yo? Las ecuaciones de Maxwell describen todos estos fenómenos en términos de ondas. Si sabes qué son las olas no es realmente importante. Todo lo que necesita saber es que todas las olas tienen una velocidad asociada a ellas. Los que tienen agua tienen velocidad, ondas sonoras, ondas fugaces, etc. La velocidad que Maxwell asoció con este fenómeno fue un número especial llamado c. Ahora, sus ecuaciones funcionaron maravillosamente en la tierra, pero ¿qué pasaría si tuviéramos que ir al espacio y aplicarlas, o viajar muy rápido? ¿Cómo podríamos asegurarnos de que las leyes de la física fueran las mismas para cualquiera que estudie física y realice experimentos?

Para asegurarnos de que la ley de Maxwell se cumpliera en todas partes en nuestro universo, teníamos que asegurarnos de que su número especial en sus ecuaciones, c, fuera constante para todos los que realizaran experimentos. Simplemente tome el escenario de viajar en un cohete muy rápido. Supongamos que el cohete tenía ventanas para que pudiera verte mientras pasabas por la tierra. Si te mirara desde la tierra cuando pasaras, y lanzaras una pelota de tenis mientras estabas en tu cohete, diría que esa pelota viajaba a la velocidad del cohete más la velocidad que tiraste la pelota de tenis. Es decir, la pelota de tenis era la suma de las velocidades. Ahora tome el ejemplo de usted brillando una linterna. Si te viera pasando junto a mí, vería que la luz viaja a la velocidad del cohete más la velocidad de la luz.

Pero espere un minuto, si esa luz realmente viaja más rápido que la velocidad de la luz, debido a la velocidad adicional del cohete, obtendría resultados diferentes si realizara experimentos en su cohete. Su valor de c ha cambiado y las ecuaciones de Maxwell no le dan los mismos resultados que lo harían en la tierra. Los imanes, las señales de radio, las linternas, todos estos fenómenos deberían comportarse de manera diferente mientras estás en el cohete. Lo mejor de la ciencia es que puedes realizar experimentos para probar la verdad. Hemos realizado experimentos a alta velocidad y sabemos que las ecuaciones de Maxwell son ciertas. Entonces, ¿qué da?

Bueno, resulta que nuestra suposición original de que la velocidad de la luz se puede agregar a la velocidad del cohete era incorrecta. Así que ahora surge nuevamente la pregunta: ¿cómo podemos llegar a una teoría que permita que las ecuaciones de Maxwell sean ciertas en cualquier parte del universo a cualquier velocidad? Bueno, resulta que la única forma posible de permitir esto se explica por la teoría de la relatividad especial. Sin complicarse demasiado, básicamente dice que el espacio y el tiempo deben parecer diferentes para diferentes observadores. Es la única forma de satisfacer los resultados experimentales con la teoría. En una nota más específica, la duración y el tiempo deben modificarse a diferentes observadores para que la física funcione para todos.

La gravedad dobla la luz, y la velocidad dobla el tiempo.

Lo que sigue es una descripción más detallada en términos simples, pero aún muy simplificada, de modo que algunos físicos se indignarán, pero fótelos.

Lo primero que hay que entender es que hay dos partes separadas en la teoría de relativamente; Relatividad Especial y Relatividad General. La relatividad general se ocupa de la gravedad, y el hecho de que la gravedad dobla la luz (solo recuerde “G” para la gravedad, para general). La otra parte es la relatividad especial, que trata del hecho de que la velocidad dobla el tiempo (recuerdo “S” para la velocidad , por especial)

La manera fácil de describir la relatividad general es que la gravedad dobla la luz. De hecho, la relatividad general no se probó hasta muchos años después de que Einstein lo propusiera, y que solo podría suceder durante un eclipse solar (donde la luna bloquea al sol) y durante un determinado momento del año, desde un punto particular en la tierra. Cuando finalmente ocurrió este evento, el eclipse solar convirtió el día en noche, permitiendo ver las estrellas con un telescopio. Un grupo de estrellas con una ubicación conocida en el cielo nocturno y, por lo tanto, se sabía que estaban detrás del sol y, por lo tanto, se suponía que estaban ocultas por el sol, de hecho eran visibles porque la luz proveniente de las estrellas se doblaba alrededor del sol haciéndolas aparecer. estar en un lugar diferente de su ubicación conocida, tal como Einstein había predicho. Esto demostró la relatividad general.

La otra teoría, la relatividad especial es un poco más complicada, pero se reduce a ese hecho de que su velocidad dobla el tiempo. Esta es una explicación muy simplificada, por lo que no necesito un físico para corregirme, pero debo mencionar que la gravedad también dobla el tiempo, y que la aceleración (cambio de velocidad) es idéntica a la gravedad.

Donde todo entra en juego es cuando se recibe información de un satélite, como un satélite GPS, donde la hora en el reloj interno del satélite no solo debe ajustarse por el tiempo que tarda la señal en llegar a la Tierra a la velocidad de la luz, sino También por el hecho de que el satélite está en órbita, y tiene una velocidad que dobla el tiempo. Por lo tanto, hay un ajuste que se debe hacer en un GPS para tener en cuenta tanto la relatividad especial como la relatividad general, porque ambas doblan el tiempo por separado.

La razón por la que sé todo esto es porque una vez estaba trabajando en un sistema GPS, y para que el GPS funcionara había una ecuación para explicar la relatividad general, y una segunda ecuación para explicar la relatividad especial. La única forma en que funciona el GPS es teniendo en cuenta la relatividad especial y general.

La siguiente es una metáfora, pero una fibra útil, no obstante.

Estás sentado en tu auto parado en un cruce de tren y escuchas el sonido acercándose a la bocina del tren. Cuando el tren se acerca, la bocina tiene un cierto tono. Cuando el tren pasa exactamente frente a usted, tiene un tono diferente al anterior. A medida que avanza en la distancia, tiene un tono diferente a los dos tonos anteriores que ha escuchado. El ingeniero de trenes solo escucha un solo tono,

Eso es relatividad (no realmente, pero como metáfora funciona)

Aquí están las cosas reales no tan simples, aunque todavía son muy buenas … lo recomiendo

Saludos

Siempre se observa que la luz en el vacío se mueve a la misma velocidad, independientemente de qué tan rápido se mueva el observador en relación con la fuente. Sabemos esto (entre muchas otras razones) debido a la órbita de nuestro planeta alrededor del sol. En una época determinada del año, nuestro planeta se está alejando rápidamente de una estrella y seis meses después se está moviendo rápidamente hacia ella, pero siempre observamos que la luz se mueve a la misma velocidad. Sabemos que algunas estrellas se alejan de la nuestra mucho más rápido que otras, pero toda la luz se mueve a la misma velocidad.

Todo lo demás se deduce lógicamente de la regla “toda la luz siempre viaja a la velocidad de la luz” y la regla de causalidad de que “todos los observadores deben ver las causas antes que sus efectos”.

La relatividad general es la idea de que la masa (que es un paquete de energía que se explica a continuación) distorsiona o dobla el espacio a su alrededor. Una forma famosa de explicarlo es imaginar una sábana estirada con una bola pesada en el medio. Luego enrolle canicas alrededor de esta manera:

La relatividad especial se trata de cómo se relacionan la masa y la energía.

E = mc2

M = masa … como la masa de una pelota de béisbol

C = Constante, la velocidad de la luz parece la misma sin importar dónde se encuentre o qué tan rápido vaya …

Entonces, si alguien lanza una pelota de béisbol a la velocidad de la luz, TIEMPO LA velocidad de la luz, la energía liberada cuando te golpea en la cara sería la misma que la cantidad de energía contenida en la pelota.

En otras palabras, la masa es una forma de almacenar energía. Las plantas de energía nuclear toman masa y la separan, lo que libera la energía. Es por eso que una cantidad tan pequeña de combustible produce tanta potencia.

Se vuelve extraño porque también puedes liberar energía al unir masa.

Significa que todos los marcos de referencia inerciales son equivalentes. Lo que significa que si observa el movimiento desde cualquier punto, no hay referencia que sea “correcta”

Hagamos un experimento mental para probar esto. Imagine que conduce en su automóvil, digamos 50 km / h. Dejas caer una moneda desde la altura de tus hombros. ¿Cuánta distancia hizo? Bueno, desde mi hombro hasta el suelo, ¿verdad? Sí, eso es correcto, pero ¿qué pasa con el observador externo? Alguien te observa desde el costado del camino, vuelves a tirar la moneda, pero ahora no hacía el mismo camino, al menos no para un observador externo. Es porque tienes una velocidad de 50 km / h, por lo que a él le parece lanzar la pelota (en la forma del camino hecho).

¿Qué referencia es la correcta? Ninguno es absolutamente correcto, ambos son correctos.

OKAY. El más simple será así.

Suponga que tiene una caja rectangular con una bola (como dice la naturaleza de la onda) que sube y baja (debido a algunos sensores y receptores) y que se repite. También supongamos que un viaje es igual a un segundo. Ahora, mientras oscila de un lado a otro, mueve la caja hacia un lado (izquierda o derecha) y verás que una vez que toca la parte inferior, tiene que moverse una distancia mayor para volver a tocar la parte superior. Así es como se puede explicar. Cuanto más rápido se muevan las cosas, más lento será el tiempo para ello.

Espero que ahora sea más fácil de entender.

La explicación más simple para la dilatación del tiempo en la teoría especial de la relatividad que conozco es la siguiente:

Finalmente cada material consiste en campos oscilantes. La velocidad de esas oscilaciones se basa en la velocidad de la luz.

El tiempo se mide contando ciertos tipos de esas oscilaciones (ciertas oscilaciones de átomos de cesio, por ejemplo).

Si se mueve un cuerpo, la distancia total para cada una de esas oscilaciones internas es mayor, porque también tienen que seguir el movimiento del cuerpo.

Por lo tanto, cada proceso interno lleva más tiempo, porque los campos internos tienen que ir un paso más allá. La velocidad de la luz es siempre la misma, por lo que si la luz va más allá, lleva más tiempo. Debido a que cada proceso físico o biológico se basa en esas oscilaciones, todos esos procesos tardan más. Cada partícula tiene que ir por este camino extra.

Eso es todo para saber para entender por qué el tiempo pasa más lento.

Pero desde el punto de vista del cuerpo movido no se ve así: porque también los relojes también van más despacio. Por lo tanto, cada medición del tiempo físico da los mismos resultados.

Albert Einstein, en su teoría de la Relatividad Especial, determinó que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que no aceleran, y demostró que la velocidad de la luz es la misma sin importar la velocidad a la que viaja un observador.

También puede pensar en el experimento mental que hizo al revisar la versión de ‘Principio de relatividad’

Imagínense estar en un tren que se mueve a una velocidad superior o igual a la velocidad de la luz, dos relámpagos aparecen de repente, al mismo tiempo, pero el observador en el tren móvil verá uno primero y luego el otro, con el mismo escenario Si está fuera del tren y no se mueve, verá el rayo al mismo tiempo.