¿Qué significa la palabra ‘relatividad’ en la teoría de la relatividad general?

Así es como sucedieron las cosas.

En 1905, Einstein creó lo que se llamó entonces Teoría de la Relatividad. Durante varios años después, así se llamaba la teoría. Esta teoría estableció que todos los marcos de referencia inerciales son equivalentes. No hay descanso absoluto. Y cómo los observadores miden el espacio y el tiempo depende de en qué marco de referencia inercial se encuentren.

Aunque la teoría también podría tratar con marcos de referencia no inerciales (acelerados), estos eran básicamente “ciudadanos de segunda clase”. Las leyes de la física eran las mismas en todos los marcos de referencia inerciales; pero eran diferentes en cuadros de aceleración.

El objetivo de Einstein era generalizar la teoría a marcos de referencia no inerciales. Fue un esfuerzo casi épico, con muchos comienzos falsos; de hecho, en varias ocasiones, Einstein logró convencerse de que ni siquiera se puede hacer, solo para revertirse después.

Esta teoría buscada, la generalización de la Teoría de la Relatividad, Einstein (y otros) se conoce informalmente como la teoría general. Finalmente, cuando nació la teoría, se mantuvo el nombre: la nueva teoría se conoció como la Teoría general de la relatividad, una generalización de lo que anteriormente era solo la Teoría de la relatividad. Pero para distinguir este viejo caso especial del nuevo caso general, la vieja teoría en adelante se denominó Teoría Especial (de la Relatividad).

Por supuesto, la teoría general es mucho más que solo acelerar cuadros. Como consecuencia del principio de equivalencia débil, Einstein se dio cuenta al principio de que también tiene que ser una teoría de la gravedad.

Pero la idea básica es esta: la Relatividad general trata todos los marcos de referencia (inerciales, acelerados, giratorios, lo que sea) en igualdad de condiciones. Las leyes de la física son las mismas en todos. La relatividad especial es un caso especial, mucho más simple de la teoría general, que trata solo con marcos de referencia inerciales. En ambos casos, la parte de “relatividad” se refiere al hecho de que no existe un marco de referencia absoluto y preferido: las leyes de la física son las mismas en todos y se expresan en relación con el observador.

La teoría de la relatividad general se llama así porque:

• Einstein ya había nombrado su teoría relacionada con el espacio-tiempo de 1905 como Teoría de la relatividad.
• Después de que Einstein, Minkowski y otros comenzaron a trabajar en extender y generalizar la Teoría de la Relatividad de Einstein, fue psicológicamente natural para ellos nombrar el resultado como Teoría de la Relatividad General, y renombrar la teoría previa como Teoría de la Relatividad Especial.
• La teoría de la curvatura de SpaceTime o algún otro nombre habría sido demasiado técnico.
• Las teorías de la relatividad espacial y general tratan de la relatividad, es decir, el efecto del marco de referencia en las mediciones.

Si es necesario, uno puede recordar la relatividad especial como relatividad de velocidad y la relatividad general como relatividad de gravedad.

Nuevamente es una medición del espacio-tiempo, pero a diferencia de los observadores en movimiento relativo uniforme (medición relacionada con la transformación de Lorentz), es para cualquier tipo de transformación coordinada.

En realidad, el nombre relatividad especial o general es lamentablemente engañoso. Esta teoría en realidad trata con invariantes. En la relatividad especial, hay algunas cantidades invariables que permanecen invariables bajo la transformación de Lorentz, por lo que esas cantidades son invariantes de Lorentz. Las mediciones que conducen a esas cantidades determinadas varían o dependen del observador, pero esas cantidades determinadas (resultantes de las mediciones) bajo consideración permanecen invariables. (Es como medir los componentes perpendiculares del radio de un círculo a partir de dos cuadros relativamente rotados donde los componentes de dos cuadros varían pero el radio resultante permanece invariante bajo rotación) . Además, el principio principal detrás de la relatividad especial es el “principio de relatividad” que dice que las leyes de la física siguen siendo las mismas en cualquier marco de movimiento uniforme.

En la relatividad general, este principio básico se generaliza (principio de covarianza general) que dice que las leyes de la física siguen siendo las mismas bajo cualquier tipo de transformación coordinada (no solo en cuadros en movimiento lineal relativo). ‘Relatividad’ aquí solo significa que aquí también varias mediciones son relativas a los observadores (por ejemplo, dos observadores presentes en el espacio-tiempo curvado diferente miden tiempo y longitud diferentes) pero las leyes finales de la naturaleza mantendrán su forma invariable.

Victor Toth en sus respuestas señala que en la relatividad especial que no existe un marco de referencia absoluto y preferido. En otras palabras, cuando se realizan dos separaciones en el espacio, no se puede distinguir si realmente hubo dos separaciones en el espacio al moverse en direcciones opuestas desde un punto central no móvil; o si cualquiera de los observadores es el móvil o no desde el punto de vista relativo de cualquiera de los observadores. Al principio esto parece tener sentido común HASTA que esta tesis tenga más posibilidades de juicio. Hagamos entonces la pregunta; ¿cuántos puntos en el espacio pueden separarse para que cada movimiento (referenciado) vea separaciones idénticas de los otros puntos en movimiento? Para el caso de línea recta, es evidente que cada separación puede verse desde cualquier extremo como idéntica cuando especificamos que un extremo no se mueve. La pregunta esencial sigue siendo si podemos encontrar un caso en el que esto NO sea cierto. Ahora nos fijamos en el triángulo equilátero que tiene tres ángulos de 60 grados en su interior. Vemos que ahora dos puntos pueden separarse a lo largo de las rutas triangulares preestablecidas de cualquier punto seleccionado sin movimiento y aún así ver la misma cantidad de separación entre sí desde cualquier punto de vista; pero ahora, en este nuevo escenario, incluso los dos puntos móviles designados también pueden ver las mismas separaciones idénticas ENTRE esos puntos móviles. Por lo tanto, nuevamente, la situación muestra que un punto estacionario designado no es evidente por sí mismo. A continuación, pasamos de las acciones en un avión a las rutas que podrían realizarse en el espacio tridimensional real. Podríamos unir cuatro de estos triángulos equiláteros en los bordes para formar una pirámide equilátera. {Esto en realidad se conoce como un tetraedro, que es el primero de los sólidos platónicos; https://en.wikipedia.org/wiki/Pl …} Usando los bordes unidos como caminos que convergen en los puntos de vértice, ahora vemos que aparentemente si tres puntos se alejaban de un vértice, (en cualquier dirección de la línea hacia afuera o a lo largo los bordes piramidales); que cada punto que se aleja de un vértice a lo largo de una ruta de borde también verá la misma cantidad de separación entre los tres puntos móviles y el punto fijo designado; así, una vez más, dado que no se ven diferencias de ninguno de estos observadores, no podemos especificar un marco de referencia absoluto. Estamos tentados a concluir que cuatro puntos son la cantidad máxima de puntos que pueden separarse en el espacio entre sí y aún así cada observador ve simétricamente el mismo resultado. Como utilizamos tres dimensiones en el espacio para encontrar este resultado y no podemos llevar fácilmente esta analogía a cuatro dimensiones, podríamos darnos cuenta de que el tema está terminado. Pero no lo es. Esto se ve al observar otro ejemplo de simetría que ocurre al colocar números secuenciales en un cuadrado y también en un cubo.

Hay casos similares a los puntos anteriores en analogía de separación por los cuales los números se pueden colocar en una disposición por la cual se suman al mismo número desde cualquier punto de vista externo. Estos se conocen como cuadrados mágicos y cubos mágicos. Para que estas formaciones sean posibles en primer lugar, deben tener una cantidad mínima o mínima de números para organizarse en un estado simétrico. Un cuadrado de cuatro números en secuencia no se puede colocar en simetría, pero sí un cuadrado de nueve números. Podríamos decir entonces que el cuadrado 2d necesita un mínimo de tres números a un lado para volverse simétrico. También necesitamos una cantidad mínima de puntos de movimiento en el espacio para establecer la posibilidad de que se pueda establecer un marco de referencia absoluto. Ahora, llevamos esta misma analogía a tres dimensiones para formar un cubo mágico. Luego encontramos que si este primer cuadrado mágico se extendiera a tres capas de nueve por capa, o 27 no.s; No puede ser equilibrado.

En la película “Hitchikers Guide to the Galaxy”, se le pide a la computadora maestra una “Respuesta a la última pregunta de la vida, el universo y todo” y la respuesta fue 42. Muchos autores han tratado de descifrar el significado de esto, sin pasar por alto Un hecho crítico. Si de hecho un cubo mágico pudiera equilibrarse con solo tres números a un lado; o 27 números como (3 * 3 * 3) = 27 correspondientes a las tres dimensiones espaciales; el número de equilibrio tendría que ser 42. La razón por la que no se puede equilibrar es que este mismo requisito de tener el menor número de lados posible es algo diferente cuando se extiende a tres dimensiones; ahora necesita una cantidad mínima de “conchas”, o capas tridimensionales. Un cubo de 27 números solo tiene dos conchas; un no medio y una cáscara 3d de números que lo rodean. Si tomamos un cuadrado mágico de cuatro números a un lado y tratamos de hacer un cubo mágico a partir de esa construcción; todavía no es posible porque ahora el centro no es un solo número sino un grupo de ocho números; y todavía hay solo dos proyectiles en la construcción. Si tomamos un cuadrado mágico de 5 números y tratamos de hacer un cubo mágico análogo; ahora tendrá tres proyectiles en la construcción y solo hasta 2003 se demostró que este cubo mágico más pequeño era posible. Ver MULTIMAGIE.COM – Cubos perfectos

COMO TAMBIÉN NECESITAMOS UNA CANTIDAD MÍNIMA DE CINCO PUNTOS EN EL ESPACIO EN MOVIMIENTO RELATIVO A OTRO PARA ESTABLECER UN MARCO DE REFERENCIA ABSOLUTO ESTACIONARIO (SIN MOVIMIENTO).

Si vamos a entretener especulaciones sobre la relatividad de los sistemas móviles entre sí, debemos aplicar ese problema de relatividad a TODOS los ángulos posibles de los movimientos simétricos y no simplemente a un simple movimiento unidimensional de puntos que se alejan unos de otros. Cuando utilizamos el ejemplo de cuatro puntos para la simetría en realidad, tres puntos se separaban de un cuarto punto no móvil: pero la relatividad de esa situación hacía imposible distinguir que, de hecho, había un punto de referencia estacionario involucrado. Sabemos que en realidad 4 puntos en el espacio no se separan entre sí en el espacio y que solo tres puntos se separan de uno que no se mueve; pero no tenemos forma de demostrarlo mediante observaciones individuales de cada punto involucrado. Pero lo que PODEMOS hacer para refutar el argumento de la relatividad es mirar a continuación la situación real involucrada donde cuatro puntos se separan simétricamente entre sí en el espacio: y cuando esto se hace, encontramos que hay un nuevo camino a través del espacio QUE ESTÁ ENTRE LOS TRES ANTIGUOS Se utiliza PATHWAYS que no se usa en el primer ejemplo citado. Entonces necesitaremos CINCO puntos para describir la situación.

Increíblemente, los mismos problemas de suposiciones hechas para el análisis utilizando el punto de referencia 2D como plano en comparación con el ejemplo 3D real TAMBIÉN existen similares a la analogía del cubo mágico anterior. Por ejemplo, hemos declarado que cuatro triángulos equiláteros con longitudes iguales que tienen tres ángulos internos de 60 grados se pueden unir en un espacio 3d para formar una pirámide equilátera llamada tetraedro. Podríamos suponer que los bordes como líneas o rayos que van hacia afuera en un espacio tridimensional desde la pirámide equilátera TAMBIÉN tendrían 60 grados entre ellos. En realidad, el ángulo entre los planos y los rayos que van hacia afuera en el espacio 3d sería el arco cos o el cos inverso anotado como cos ^ -1 de (1/3) ~ = 70.53 grados. Esto se llama ángulo diédrico del tetraedro. Y en la trigonometría plana hay algo llamado ángulo suplementario que es el otro ángulo referenciado al original que se suma a 180 grados. En tres dimensiones, este ángulo opuesto que se suma a 180 grados que se encuentra entre el centro de volumen del tetraedro y los vértices a veces se llama ángulo central. Ver http://www.rwgrayprojects.com/rb …

Para encontrar otra separación simétrica de cuatro puntos con un ángulo de separación diferente, que es el ángulo suplementario a la primera proposición de una separación de rayos que sale de las esquinas de la pirámide equilátera: podemos ver ese ángulo centenario del tetraedro donde se forman a 109.47 ~ = 2 * cos ^ -1 (1 / sq rt3) desde el centro hacia afuera. Ahora necesitamos 5 puntos para describir el movimiento lejos de un punto de referencia estacionario. Las antiguas afirmaciones de relatividad asumidas ahora se han desmoronado. A continuación, debemos demostrar que los efectos de dilatación del tiempo tampoco son simétricos entre sí y que un efecto relativista localizado es posible sin movimientos en el espacio.

Para comprimir el tiempo sin movimientos en el espacio, debes tener algo contra lo que se pueda comprimir. No se puede comprimir con una sola fuente contra sí mismo, como dice el zen del sonido producido por el aplauso de una mano; o aquí, incluso los lados opuestos con dos, se necesitan tres.
La respuesta de Harvey D Norris a ¿Qué es la dilatación del tiempo y por qué es importante en cualquier caso?
La respuesta de Harvey D Norris a ¿Dónde, en sus documentos, Einstein afirma que la dilatación del tiempo es simétrica para ambos observadores?

https://www.flickr.com/photos/ha …

El concepto de “marcos de referencia” a menudo no se habla lo suficiente en los escritos sobre Einstein … aunque es fundamental para comprender su trabajo.

Me encontré con un hecho interesante hace algún tiempo en un libro de Nigel Calder, a saber, que Einstein consideró llamar a su teoría de la relatividad la “Teoría de la invariancia” (no es broma), ya que su teoría mostró que todos en el Universo experimentan las leyes de la física de la misma manera DENTRO de su propio marco de referencia, es decir, no hay variación en las leyes de la física DENTRO de cada marco.

Por ejemplo, la velocidad de la luz siempre es c DENTRO de diferentes marcos de referencia. No hay nada que nadie pueda hacer, ningún marco o contexto en el que podamos entrar, que alterará este hecho. De ahí el ejemplo citado a menudo de viajar a la mitad de la velocidad de la luz, y luego encender una linterna en la dirección de su movimiento y aún así ver que la velocidad de la luz se aleja de usted en c (nuevamente: a pesar de que usted ya viaja en c). Luego, alumbra la linterna en la dirección opuesta, ¡y al verla TODAVÍA vuela lejos de ti en c!

Entonces, la “relatividad” de la Teoría de la relatividad de Einstein denota la relatividad ENTRE (no DENTRO) marcos de referencias, que como todos sabemos puede ser bastante complicado e incluso adormecer la mente y necesitaría ser descrito y explicado por personas más conocedoras que yo.

Pero podemos ofrecer el ejemplo simple de dos astronautas que tienen diferentes cantidades de tiempo transcurrido (RELATIVOS entre sí) porque, por ejemplo, un astronauta viaja a la mitad de la velocidad de la luz (.5c) en una nave espacial mientras que el otro astronauta está parado en la tierra.

Cuando se encuentran de nuevo, ha transcurrido una cantidad de tiempo diferente (RELATIVOS entre sí). Ni el tiempo del astronauta es el tiempo “correcto”. Ambos son igualmente válidos. (Una nota al margen de que en el mundo real, no podemos alcanzar una velocidad de .5c, por lo que en realidad estas diferencias son muy pequeñas dada la lenta velocidad a la que los humanos pueden viajar en comparación con la velocidad de la luz, pero han sido medido y confirmado)

Pero, lo que es más importante, a pesar de las diferencias anteriores en la cantidad de tiempo transcurrido, los dos astronautas experimentan el paso del tiempo de la misma manera DENTRO de su marco de referencia, de ahí la idea de INVARIENCIA. Entonces, Einstein descubrió que la naturaleza se ha ajustado, como dije anteriormente, para que las leyes de la naturaleza siempre permanezcan intactas, absolutas, DENTRO de todos los marcos de referencia, o dicho de otro modo, independientemente del marco de referencia. Entonces la naturaleza no es nada si no es consistente. ¿Cómo podría ser de otra manera?

Personalmente, encuentro que escribir mucho sobre la relatividad enfatiza este aspecto de la “invariancia”. De vuelta a nuestro ejemplo de astronauta. Por ejemplo, comúnmente se nos dice que “el tiempo se ralentiza” para el astronauta que vuela a la mitad de la velocidad de la luz (.5c). Sin embargo, a menudo no se hace explícito que el tiempo solo se ralentiza desde la perspectiva RELATIVA del observador estacionario en la Tierra.

Entonces esa es la parte RELATIVA. Sin embargo, lo que es INVARIANTE como se mencionó anteriormente es que tanto el viajero como el observador estacionario, DENTRO de sus marcos, cada astronauta experimenta el mismo ritmo normal y el paso del tiempo. Los toques de su reloj no cambian, invariables para cada uno.

Entonces, las leyes de la naturaleza son iguales para cada uno de nosotros DENTRO de nuestros marcos de referencia. Entonces, en este sentido, Einstein consideró el nombramiento alternativo de su trabajo. ¿No es eso tan interesante?

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La palabra se refiere al hecho de que todas las observaciones deben realizarse en relación con un marco de referencia específico.

Entonces, aquí en la tierra, es conveniente tomar la posición en la que se encuentra en la superficie de la tierra como marco de referencia para que cuando conduzca al trabajo, no tenga que preocuparse por el tiempo y el espacio que causó la compresión. por la velocidad de media velocidad de su automóvil y del suelo en relación con algún agujero negro en una galaxia que está a mil millones de años luz de distancia. Puede suponer que todo saldrá bien si dice que se está moviendo a 40 mph en relación con su destino.

Esa conveniencia significa que hasta que Einstein lo descubriera, no teníamos idea de todas las extrañas distorsiones de tiempo / espacio / masa que ocurren en todo el universo.

Considere que la relatividad especial es solo un caso especial o limitado de relatividad general. Entonces eres relativo a:

• distancia, duración, velocidad (especial);
• aceleración / gravitación, posición en un “pozo de gravedad”; y
• posición / época en la historia visualizada del Universo (expansión, aceleración de expansión).

El observador, con respecto al proceso observado.