¿Qué experimentos demuestran la superioridad de la teoría de la relatividad sobre la mecánica newtoniana?
En la actualidad, la relatividad especial ha pasado de largo siendo una teoría extraña que requiere una validación extensa antes de que pueda creerse. Más bien, ha alcanzado el estado de una consideración de ingeniería de rutina. Por ejemplo:
- Los microscopios electrónicos de alto rendimiento ahora pueden alcanzar resoluciones de 1 Å, lo que les permite visualizar átomos de hidrógeno individuales. (vea la ilustración a continuación) El diseño de los sistemas ópticos avanzados en estos microscopios debe tener en cuenta los efectos de la relatividad especial
- ¿Cuál sería la importancia de un sistema de agujero negro de 30 masas solares binarios ser para nuestra comprensión de la Vía Láctea?
- ¿Puede la teoría de la relatividad especial explicar por qué las personas que hacen ejercicio a menudo viven más?
- ¿Cómo funciona un tensor métrico?
- Si un objeto se mueve en línea recta a x km / h, y otro objeto se mueve en un círculo a la misma x km / h, ¿experimentan diferentes tasas de tiempo debido a la aceleración experimentada por el objeto que se mueve en un círculo?
- ¿Fue la desaparición de tres masas solares en el evento GW150914 una completa sorpresa? ¿O fue una predicción de A. Einstein?
- Los aceleradores de partículas simplemente no pueden funcionar sin tener en cuenta la relatividad especial. La velocidad de la partícula no solo está limitada por la velocidad de la luz, sino que las nuevas tecnologías de aceleración que podrían proporcionar alternativas a la aceleración convencional de radiofrecuencia de partículas, como la aceleración de partículas impulsada por láser, dependen de manera crítica de la validez de la relatividad especial.
La relatividad general también tiene importantes consecuencias prácticas:
- La difusión mundial de mediciones de tiempo de alta precisión requiere que se tenga en cuenta la relatividad general. Las organizaciones de estándares nacionales que contribuyen a UTC mantienen sus relojes atómicos a diferentes elevaciones dentro del pozo gravitacional de la Tierra, y por lo tanto marcan a diferentes velocidades que deben compensarse. Los satélites que transmiten el tiempo de una organización estándar a otra están en movimiento en relación con los usuarios con destino a la Tierra, por lo tanto, están en diferentes marcos de referencia.
- Los sistemas de posicionamiento global como GPS, GLONASS y Galileo utilizan la relatividad en su funcionamiento. El meme de Internet es que si los satélites GPS no se corrigen por efectos relativistas, las mediciones de posición del GPS se degradarán rápidamente con el tiempo. Esta pieza de sabiduría convencional ampliamente repetida es inexacta. La verdad es que si no se aplicaran correcciones relativistas, el sistema GPS se rompería desde el principio. Vea la respuesta de Thomas Yee a ¿Cuál es la distancia (en metros) que una lectura de satélite GPS estaría desactivada si no se corrige durante un año para las teorías de relatividad especial y general?
Sin embargo, la validación experimental de la relatividad especial y la relatividad general es muy importante, ya que las hipotéticas “teorías de todo” predicen que la relatividad general y especial finalmente se romperá con cierto nivel de precisión en sus pruebas.
Se han publicado cientos de pruebas que validan diversos aspectos de la relatividad especial, sin contar las miles de repeticiones de pruebas clásicas de relatividad especial que se realizan cada año en laboratorios universitarios de física de pregrado.
Para ver un resumen de varios cientos de pruebas publicadas de relatividad especial, vea Bases experimentales de relatividad especial
Las pruebas de relatividad general son, en general, más difíciles de realizar que las pruebas de relatividad especial. Sin embargo, se han publicado cientos de pruebas de varios aspectos de la relatividad general, que se resumen en La confrontación entre la relatividad general y el experimento. Clifford Will (2014)
La reciente detección de ondas gravitacionales por LIGO y Virgo ha proporcionado una validación espectacular de ciertos aspectos de la relatividad general que la gravitación newtoniana simplemente no puede acomodar.
Estamos aquí en un momento muy emocionante en la investigación gravitacional. Los experimentos orbitales, tanto uno actualmente en órbita como un experimento de planificación para el futuro intermedio, han esperado niveles de sensibilidad tales que existe una posibilidad muy realista de que se detecten violaciones de un principio fundamental subyacente a la relatividad general. Vea la respuesta de Thomas Yee a ¿Hay alguna predicción de la relatividad general que no coincida con los resultados experimentales?