¿Einstein se arriesgó cuando publicó su teoría de la relatividad especial basada en la premisa de la velocidad constante de la luz en cualquier marco de referencia?

Cualquier publicación de un artículo científico correrá el riesgo de que las pruebas y suposiciones en las que se basó, en última instancia, sean falsas. Es ineludible ya que es parte del proceso que es el método científico. La verdadera pregunta es qué tan firme fue la base de evidencia para la premisa principal de la teoría de Einstein. Es decir, la velocidad de la luz medida en cualquier marco inercial será constante.

Debe tenerse en cuenta que, durante mucho tiempo, se supuso que la luz, como una onda, tenía que viajar a través de un medio que se conocía como el éter. El intento más famoso de demostrar la existencia de este medio fue el experimento de Michelson-Morley, que razonó que a medida que la Tierra se movía en su órbita alrededor del Sol, se movería en relación con este medio y esto se mostraría como una diferencia en la velocidad de dos rayos de luz que pasan en direcciones opuestas. Esta diferencia variaría de acuerdo con el año, ya que el movimiento de la Tierra podría ser relativo al del éter. El experimento no encontró tal diferencia, y este es un elemento en la idea de que la velocidad de la luz parece ser la misma sin importar cómo viajan el observador y el emisor.

Otra fuerte evidencia es astronómica. Si la velocidad de la luz variara de acuerdo con la velocidad relativa del emisor y el observador, entonces es razonable esperar ver anomalías en el comportamiento aparente de los cuerpos celestes según si viajaban hacia nosotros o lejos de nosotros. Por ejemplo, considere una estrella binaria que comprende dos estrellas que orbitan mutuamente en un plano aproximadamente en línea con la Tierra. Luego, en cualquier punto particular de la órbita, una estrella se movería hacia nosotros y una retrocedería. Si la velocidad de la luz fuera aditiva en cuanto a la velocidad del emisor en relación con nosotros, entonces esperaríamos que la luz de la estrella que se aproxima viajara más rápido que la que retrocede y, por lo tanto, “veríamos” la primera antes que la estrella. último. Esto produciría una anomalía aparente en las órbitas de la estrella binaria como las veríamos. No se encontraron tales anomalías (o de situaciones similares, como anomalías aparentes en las órbitas de las lunas de Júpiter).

Otro punto es que Einstein descubrió que había una paradoja inherente con las ecuaciones de Maxwell. Si un observador pudiera “alcanzar” un haz de luz, entonces habría sido posible “ver” una onda electromagnética estacionaria, lo cual es imposible.

Entonces, la evidencia de que la velocidad de la luz era invariable era bastante buena en el momento en que Einstein publicó su artículo. También es bastante seguro que si Einstein no hubiera publicado primero, algún otro físico teórico habría llegado allí tan pronto como varios estaban trabajando en ideas similares.

Tenga en cuenta que no se puede decir lo mismo de la Teoría general de la relatividad de Einstein, ya que la premisa en la que se basó (que no hay diferencia entre un marco de referencia acelerado y el aparente causado por la gravedad) no se basa realmente en ninguna evidencia directa . Es un experimento mental, puro y simple, y se basa en algunas matemáticas avanzadas extremadamente complejas (algo que la teoría especial no requería).

También fue mucho más difícil probar la Teoría General de la Relatividad (no sin relación con el hecho de que no había evidencia directa de su premisa). Es cierto que (más o menos) ayudó a explicar por qué había una anomalía aparente en la órbita de Mercurio (pero otros habían trabajado en ideas diferentes), pero se necesitó un esfuerzo monumental para proporcionar otra evidencia. La famosa observación de Arthur Eddington que demuestra la existencia de “lentes” gravitacionales durante un eclipse total fue en realidad bastante tenue, ya que estaba justo en los límites de la precisión que se podía medir. Sin embargo, fue esa observación de Eddington la que catapultó a Einstein al estrellato mundial en la conciencia pública.

Por lo tanto, creo que la Teoría de la Relatividad Especial no fue un gran riesgo, pero la publicación de la Teoría General una década más tarde estaba a la vanguardia ya que, en muchos sentidos, sus implicaciones son mucho más profundas y contenían misterios inherentes cosas como la naturaleza en expansión (o contracción) del universo y rarezas correccionales como la “constante cosmológica”. También es una teoría que es difícil de aplicar y bastante más ambigua en sus implicaciones e interpretación que la Teoría Especial.

Como Simon Bridge ha indicado, cada publicación es un riesgo, que requiere coraje y “piel gruesa”. Einstein aceptó el riesgo porque 1) conocía la evidencia y confiaba en que la relatividad especial era más precisa que el modelo newtoniano, y 2) ya había publicado documentos dignos de Nobel sobre el movimiento browniano y el efecto fotoeléctrico ese mismo año.

Como es habitual en un “cambio de paradigma”, la comunidad científica se dividió inicialmente sobre la relatividad. El comité del Nobel le dijo a Einstein que no hablara de relatividad en su discurso de aceptación del Nobel. (Sin embargo, el rey de Suecia tenía un asiento en primera fila y le pidió directamente que hablara de ello).

La relatividad especial no tuvo una aceptación mayoritaria hasta mucho más tarde, cuando surgieron buenas pruebas para apoyar la relatividad general sobre la gravitación newtoniana. La ciencia es lenta y conservadora para adoptar nuevas ideas, como debería ser.

No de la forma en que lo hizo.

El artículo de Einstein que introdujo SR se llama “Sobre la electrodinámica de los cuerpos móviles”. La primera mitad utiliza la premisa de velocidad de ligt para “construir” SR a partir de los primeros principios. En este punto, el lector está pensando: teoría extraña, me pregunto si podría ser correcta.

La segunda mitad comienza en lo que parece ser una tangente salvaje: comienza a discutir las fuerzas entre partículas cargadas en diferentes marcos de referencia. Y luego usa esto para mostrar que usando las ecuaciones de SR, el magnetismo puede explicarse / predecirse completamente como consecuencia de SR y la velocidad finita a la que se propagan los campos eléctricos: no es una fuerza diferente, es una consecuencia de usar SR y existencia del campo eléctrico. Es un ajuste tan perfecto y hermoso con lo que sabíamos sobre el magnetismo, que en ese momento la mayoría de los físicos tendrían pocas dudas de que SR y, por lo tanto, el postulado de la velocidad de la luz debe ser casi seguro.

Si hubiera publicado la primera mitad, podría haber habido algún riesgo asociado con el postulado. Pero la segunda mitad usó esto para hundir una fuerza completamente diferente fuera de existencia. La segunda mitad “demostró” que SR era correcta, y por lo tanto “demostró” que el postulado de la velocidad de la luz era correcto.

Las teorías siempre son arriesgadas porque antes de que puedan probarse con experimentos reales, solo son modelos mentales / matemáticos abstractos que no tienen ningún vínculo con el mundo concreto.

Se puede pensar que las teorías que realmente proponen algo nuevo e inaudito son aún más arriesgadas que las teorías que simplemente expanden algo ya probado.

Sin embargo, si la teoría “se ajusta” al modelo circundante o logra resolver bien algún problema teórico sin causar problemas con hechos ya probados, generalmente proporciona una base bastante buena para esperar que los futuros experimentos den validez. Sería extraño si la teoría funciona bien en muchas conexiones y enlaces a teorías ya probadas, pero aún así no sería cierto en los experimentos. Por supuesto, esto también sucede de vez en cuando.

Pero, en general, el principio sigue siendo el mismo: si publica una nueva teoría, siempre es cuestión de cuándo podemos hacer un experimento que lo pruebe o lo refute.

Por supuesto, las matemáticas puras son un juego de pelota diferente, donde la teoría es todo lo que hay, pero incluso así, necesitas tener a alguien más para validar tu modelo.

Sí, hizo esta suposición porque no había posibilidad de probarlo en ese momento, por lo tanto, se arriesgó.

Aparentemente, experimentos y estudios recientes revelan que esta suposición era errónea.

Aquí hay un ejemplo:

http://cdn.intechopen.com/pdfs/3 …

Aunque la mayoría de los físicos están muy seguros de que la Relatividad es correcta, el propio Einstein no estaba tan “relajado”.

Si y no.

Cada publicación es un riesgo, pero Einstein tenía buenas razones, antes de la publicación, para pensar que el documento sería bien recibido.