Había un montón de principios de relatividad antes de Einstein: Aristarco describió uno, Nicole d’Oresme tuvo uno, Galileo tuvo uno y luego Newton tuvo uno ligeramente diferente. Incluso Aristóteles y Descartes tenían afirmaciones que pueden tomarse como principios similares. (Pero encuentro sus respectivas teorías de la mecánica casi incomprensibles, así que las voy a ignorar en lo que sigue)
Einstein es famoso no porque inventó un nuevo y mejor principio de relatividad, sino porque mostró cómo extender los principios de relatividad existentes para abarcar una teoría que parecía no respetarla (el electromagnetismo de Maxwell). Y luego siguió este razonamiento hasta su conclusión lógica, que le dio la Teoría Especial de la Relatividad. (Aunque su fama solo vino realmente con la Teoría general de la relatividad, esa es otra historia).
Ahora un poco de historia / filosofía de la física de cerca, para ver de dónde vino el paso.
- Si la expansión del universo es solo el estiramiento del espacio por la teoría de la relatividad, ¿no debería estirarse también el tiempo?
- ¿Qué es la 'teoría de la relatividad'? ¿Qué ha discutido específicamente Einstein en sus dos artículos sobre relatividad, 'The Special' y 'The General'?
- ¿Por qué Richard Muller no incluye su ecuación dt = dx / c en su nuevo libro a tiempo titulado Now: The Physics of Time?
- ¿Cuál es la interrelación entre la mecánica cuántica y la relatividad? ¿Podría conducir al desarrollo de la espintrónica?
- ¿La velocidad afecta la gravedad aplicada al objeto en movimiento?
[Advertencia: solo de interés para las personas que ya están interesadas en este tipo de cosas]
Comencemos con la primera formulación realmente moderna, de Galileo. Viene en el Diálogo y se pone en la boca de Salviati, el personaje que Galileo usa para expresar sus propias opiniones.
Cállate con un amigo en la cabina principal debajo de las cubiertas en un barco grande, y lleva contigo algunas moscas, mariposas y otros pequeños animales voladores. Tenga un tazón grande de agua con un poco de pescado; cuelgue una botella que se vacía gota a gota en un recipiente ancho debajo de ella. Con el barco parado, observe cuidadosamente cómo los pequeños animales vuelan con la misma velocidad a todos los lados de la cabina. Los peces nadan indiferentemente en todas las direcciones; las gotas caen en el recipiente debajo; y, al arrojarle algo a tu amigo, no debes lanzarlo con más fuerza en una dirección que en otra, las distancias son iguales; saltando con los pies juntos, pasas espacios iguales en todas las direcciones. Cuando haya observado todas estas cosas cuidadosamente (aunque sin duda cuando el barco está parado todo debe suceder de esta manera), haga que el barco avance con la velocidad que desee, siempre que el movimiento sea uniforme y no fluctúe de un lado a otro. No descubrirá el menor cambio en todos los efectos nombrados, ni podría saber por ninguno de ellos si la nave se estaba moviendo o estaba parada.
(Diálogo sobre dos sistemas mundiales principales , 1632)
Entonces, una pregunta: ¿el principio de Galileo es general, es decir, uno que debería aplicarse a cualquier fenómeno, o uno que solo se aplica a la mecánica, es decir, fenómenos de movimiento?
Creo que está claro que es solo mecánica: tenga en cuenta que Galileo solo da ejemplos mecánicos y limita explícitamente su conclusión a los experimentos que ha presentado (“Descubrirá el menor cambio en todos los efectos nombrados “). Dejó abierto que hay algunos fenómenos, por ejemplo, procesos químicos, ópticos o de calentamiento, que podrían cambiar.
Esta interpretación se apoya más adelante en el Diálogo cuando Galileo presenta una teoría de las mareas, que él (erróneamente) atribuye a los efectos hidrodinámicos del movimiento de la tierra. La existencia de esta teoría muestra que su principio de relatividad no está destinado a aplicarse a todo.
Cuando llegamos a Newton, vemos que se presenta un principio similar de relatividad. Y Newton incluso asiente a Galileo al presentar el mismo ejemplo de una nave en su General Scholium of the Principia . Pero para Newton, el principio de la relatividad no es algo bueno en absoluto, es una molestia. Newton creía en el espacio y el tiempo absolutos y, por lo tanto, en el movimiento absoluto. Y es una gran vergüenza para él que sus propias leyes impliquen que “verdadero movimiento absoluto” no se puede distinguir del “simple movimiento relativo”.
No citaré los pasajes directamente, porque Newton’s Scholium on Time, Space, Place and Motion es un laberinto filosófico, y se puede leer de muchas maneras diferentes, pero la estructura básica del pasaje es que Newton introduce los conceptos de relativo y el movimiento absoluto, antes de reconocer que estos dos tipos de movimiento son muy difíciles de distinguir, debido exactamente a lo que ahora llamamos el principio de relatividad de Newton.
Este es un gran problema, porque Newton cree que solo el movimiento absoluto es digno de análisis filosófico. Pero se anima a notar que cuando te mueves a tipos de movimiento acelerados / circulares no hay un principio de relatividad: los efectos de la aceleración son fácilmente observables, por lo que estos tipos de movimiento pueden verse como absolutos y evidentes, de la misma manera que él gustaría. Él declara la victoria, y termina el pasaje alegando que el asunto complicado de distinguir el movimiento absoluto del relativo es el punto central de los Principia Mathematica .
Hagamos la misma pregunta que hicimos con Galileo: y está bastante claro que Newton está hablando solo de movimiento / mecánica nuevamente. En los Principia solo se ocupó de esos fenómenos, y su discusión siempre habla de “movimientos” de los cuerpos, nunca de otra cosa. No se afirma que su principio de relatividad se mantenga con ningún otro fenómeno (y recuerde, este es un hombre que escribió un libro completo sobre “Opticks” y tiene una ley refrescante que lleva su nombre). De hecho, a Newton le habría encantado encontrar un fenómeno natural que dependía directamente del movimiento en el espacio absoluto: esto era exactamente lo que estaba buscando en el Escolio.
Finalmente, vayamos a Einstein.
Entre Newton y Einstein, se habían presentado muchas teorías de fenómenos no mecánicos: de termodinámica, de óptica e incluso de radiactividad.
La más importante de ellas fue la teoría del electromagnetismo de Maxwell. Y tenía una predicción sorprendente: esa luz se movía solo a una velocidad particular. Esto hizo que pareciera que Galileo y Newton habían estado en lo correcto al ser cautelosos cuando afirmaban que sus principios se mantenían dentro de la mecánica: aquí había un caso fuera de la mecánica en el que parece que el principio no puede ser cierto, por todo lo que tienes Lo que hay que hacer para saber si estás en un “barco” como el de Galileo es medir la velocidad de la luz. Si se está moviendo, entonces saldrá en un número diferente al que obtiene cuando está parado.
Einstein pensó lo contrario:
Sugieren más bien que, como ya se ha demostrado en el primer orden de pequeñas cantidades, las mismas leyes de electrodinámica y óptica serán válidas para todos los marcos de referencia para los cuales las ecuaciones de la mecánica son válidas. Levantaremos esta conjetura (cuyo significado se llamará en adelante el “Principio de Relatividad”) al estado de un postulado …
( Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento , 1905)
Entonces, Einstein está rompiendo con Newton y Galileo y extendiendo el principio lejos de la mecánica para abarcar también la electrodinámica y la óptica. Hizo el principio universal.
Esto es lo que hizo famoso a Einstein. Porque cuando sigues este razonamiento hasta el final, como lo hizo Einstein, entonces suceden cosas extraordinarias. El tiempo, el espacio y el movimiento se vuelven muy diferentes a lo que pensabas que eran, y en particular, la distinción de Newton entre el movimiento absoluto y relativo no muestra ninguna diferencia.
