¿Cómo cambia la perspectiva de la teoría de la relatividad?

Es bastante difícil entender el postulado principal de que la velocidad de la luz a medida que la mides será la misma independientemente del marco de referencia desde el que la estés midiendo, siempre que sea inercial. Esta idea escandalosa comienza a parecer un poco más plausible si has estudiado Electrodinámica, donde podrías haber encontrado la fuerza de Lorentz: la fuerza sobre una partícula [matemática] p [/ matemática] con carga [matemática] q [/ matemática] en un campo magnético [matemático] \ vec {B} [/ math] viene dado por:

[matemáticas] \ vec {F} = q (\ vec {v_p} \ veces \ vec {B}) [/ matemáticas]

Bueno.

¿Qué tiene de extraño?

Bueno, intentemos averiguar qué dos observadores [matemáticas] S_ {1} [/ matemáticas] y [math] S_ {2} [/ math] moviéndose a velocidad [math] \ vec {v} [/ math] con respecto a [math] S_ {1} [/ math] vería que la partícula se comporta según nuestra intuición sobre cómo se relacionarían entre sí sus mediciones de espacio-tiempo.

La Fuerza de carga q de [math] S_ {1} [/ math] sería [math]: \ vec {F_1} = q (\ vec {v_p} \ times \ vec {B}), [/ math] mientras que para [math] S_ {2} [/ math] es: [math] \ vec {F_2} = q ((\ vec {v_p} – \ vec {v}) \ times \ vec {B}). [/ matemáticas]

Entonces, parece que la misma partícula se aceleraría a través de diferentes cantidades en los dos cuadros. Pero clásicamente, esto no debería ser posible ya que los dos cuadros en sí no se aceleran uno con respecto al otro. ¿Podría ser que las Leyes de Física cambien si se mueve de un cuadro a otro para que la fuerza de Lorentz no sea válida en [matemáticas] S_ {2} [/ matemáticas]?

Einstein eligió lo contrario.

Las leyes de la física son las mismas para cualquier marco de referencia, independientemente de su velocidad.

La velocidad de partícula que se observa en [math] S_2 [/ math] no es la simple resta / suma que hemos usado anteriormente. Necesitamos una nueva forma de relacionar las mediciones en [math] S_1 [/ math] con la de [math] S_2. [/ Math] Esta nueva forma es proporcionada por la Transformación de Lorentz.

(Como resultado [math] \ vec {B} [/ math] también se transforma entre dos marcos diferentes, pero esa es una historia para otro momento)

La transformación de Lorentz dicta cómo debe calibrar sus mediciones de espacio-tiempo con respecto a alguien en un cuadro que se mueve a una velocidad diferente, de modo que cuando ambos dividen los desplazamientos por los intervalos de tiempo de un fotón que pasa, ambos invariablemente llegan al misma constante fundamental, “c”. También muestra por qué “c” debe ser el límite de velocidad para partículas masivas.

Todo esto es completamente contra-intuitivo y con razón, porque nosotros, como humanos, hemos evolucionado en entornos de muy baja energía y nuestros cerebros están conectados de una manera que, aunque podemos intuir la Mecánica Newtoniana, nuestras neuronas no pueden visualizar el leyes en entornos muy diferentes de los que residimos.

Si juegas con las transformaciones de Lorentz, eventualmente encontrarás que los eventos que suceden simultáneamente (al mismo [matemático] t [/ matemático]) en un cuadro podrían no ser simultáneos en otro cuadro. Este es otro ejemplo del fracaso de nuestra intuición ordinaria.

Otro principio, que está perfectamente encapsulado por la Transformación de Lorentz, es el de la causalidad, que afirma que existe una cadena definida de causa-efecto que impregna el universo y que la causa precede al efecto. Los eventos que están separados por distancias espaciales (es decir, están demasiado lejos para afectarse entre sí) incluso pueden cambiar su orden de ocurrencia cuando se ven desde un marco apropiado, y esto no viola la causalidad .

Entonces, al menos se nos permite mantener intacta esa parte de nuestra preciosa intuición humana. ¿Pero por cuánto tiempo quién sabe?

Veo que hay un par de excelentes respuestas aquí (en el momento en que escribo esto) sobre la relatividad misma. Pero para mí, el mayor cambio en mi perspectiva fue provocado no tanto por el contenido de la relatividad, que es bastante sorprendente, sino por cómo Einstein lo derivó.

Einstein se dio cuenta de que, a menos que podamos esbozar un procedimiento concreto para determinar si dos eventos son simultáneos, no tenemos que hablar de cosas que suceden “al mismo tiempo”, excepto como una aproximación útil.

De la misma manera, no tenemos nada que ver con hablar del “éter luminífero” si no podemos especificar un procedimiento para determinar si existe o no, y no podemos hacerlo.

Es interesante ampliar este concepto mucho más y preguntar si algo es realmente significativo (al menos en física) a menos que podamos esbozar un procedimiento concreto para determinarlo.

Esta idea se ha introducido en la mecánica cuántica, donde nuestra tendencia “natural” podría ser hablar de fotones y átomos, etc., “existentes”. Este sería un enfoque ontológico de la mecánica cuántica, que el propio Einstein parece haber favorecido. Pero también podríamos adoptar un enfoque epistemológico y afirmar que no tenemos por qué hablar de una cosa “existente” a menos que sepamos de manera precisa y concreta lo que queremos decir con eso.

La noción de “existente” es secundaria a sus implicaciones experimentales, y no debe confundirse con nociones intuitivas, que generalmente solo son útiles en la vida cotidiana.

En general, parece que realmente no sabemos qué queremos decir con la idea de “existir”. Fácilmente nos dejamos llevar por la idea, olvidando que finalmente forjamos esta idea de nuestras percepciones, y que puede conducir a una gimnasia científica verdaderamente extraña cuando la llevamos demasiado lejos.

La teoría de la relatividad no cambió mi perspectiva por completo, excepto que la velocidad de la luz que es independiente del cuerpo emisor de luz fue una sorpresa al principio. Pero cuando lo miré lógicamente, tenía sentido. Pero sigo creyendo en la relatividad clásica pero no con la luz. Considera lo siguiente:

El segundo postulado de Einstein afirma que “la luz siempre se propaga en el espacio vacío con una velocidad definida c que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor. Estos dos postulados son suficientes para el logro de una teoría simple y consistente de la electrodinámica de los cuerpos móviles basada en la teoría de Maxwell para cuerpos estacionarios “.

Incluí la segunda oración para demostrar que estoy citando el segundo postulado de Einstein exactamente porque, como pueden ver, Einstein nunca dijo que la velocidad de la luz sea constante para todos los observadores; él solo dijo que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor. Aún puede tener velocidad relativa:

Si un cuerpo emisor de luz viaja a 0.5c dispara un fotón, viajará con una velocidad c no 1.5c. Estoy de acuerdo con esto porque el fotón se crea espontáneamente y no puede tener la velocidad del emisor.

Si viajaba en un automóvil a 30 mph con una roca en la mano; entonces arrojaste esa roca a 10 mph; la roca se moverá a 40 mph (30 + 10). Pero eso es porque antes de tirarlo, la roca tenía una velocidad inicial de 30 mph de todos modos, lo que no se puede decir del fotón antes de ser disparado.

si habla de relatividad, lo fundamental con lo que se va a tratar: – Todo es relativo y un observador diferente, un marco de referencia diferente, tiene puntos de vista diferentes sobre el mismo evento.
por ejemplo, si está sentado en el tren / autobús, etc., moviéndose a velocidad constante y si tiene una pelota (cualquier objeto puede ser su teléfono) que está arrojando y está cayendo.
así que en su autobús / tren (una referencia de cuadro) su bola se mueve hacia arriba y hacia abajo.
pero para cualquier persona que esté afuera en la carretera (en otro marco de referencia): la pelota también se mueve en la dirección del autobús de manera ascendente y descendente.
entonces, todo es relativo; depende del observador que lo mire y también de su estado relativo … esta última línea también tiene muchos puntos de vista filosóficos …

¿Qué quieres decir?