La relatividad especial relaciona mediciones entre diferentes marcos de referencia inerciales: observadores que se mueven a diferentes velocidades constantes. Si tiene una persona parada y una persona moviéndose a 10 m / s, lo que ve cada uno de ellos representa un marco de referencia inercial separado. Hay dos principios principales para la teoría:
1. Las leyes de la física son las mismas en todos los marcos inerciales.
2. La velocidad de la luz medida en el vacío, la constante c, es la misma en todos los cuadros inerciales.
(1) significa que las ecuaciones de la física tienen la misma forma independientemente de su marco de referencia. Al pasar de uno a otro, no verá aparecer un nuevo término. (2) significa que la luz en el vacío viaja a la misma velocidad independientemente de qué tan rápido se está moviendo su fuente, y con independencia de la rapidez con que se está moviendo: Usted nunca verá la luz mueven más rápido o más lento que C en la relatividad especial.
- Si la luz viaja a la velocidad de la luz, ¿por qué no es liviana?
- Si una nave que se aleja de la Tierra tiene una comunicación constante con la Tierra, debido a la relatividad, ¿en qué punto hay un cambio de tiempo entre ellos?
- ¿Todo viaja a la velocidad de la luz en el espacio-tiempo?
- ¿Cómo vuelan las naves espaciales más rápido que la velocidad de la luz en el cielo?
- ¿Cómo puede una partícula, un fotón, nacer y volar a la velocidad de la luz sin aceleración?
Lo que se deduce de esto es que la relación entre distancias medidas en diferentes marcos de referencia no es lo que cabría esperar clásicamente. Imaginemos que tanto queremos medir la ubicación de un punto P. Usted está de pie todavía, y yo empezamos a ir lejos de ti hacia P a 2m / s. Miras P y dices que está a 20 metros de ti. Ahora, clásicamente hablando, lo miro y digo que es de 20 metros – 2t lejos de mí, donde t es el tiempo en segundos desde que comenzó a moverse lejos de ti. Pero la relatividad dice que no funciona así.
Si lo hizo el trabajo de esa manera, entonces resulta que un montón de leyes físicas (en particular, las ecuaciones de Maxwell) sería diferente en nuestras diferentes marcos de referencia. Resulta que para satisfacer (1), la distancia que mido se multiplica por un factor:
[Matemáticas] \ gamma = \ frac {1} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2}} [/ matemáticas]
Donde v = 20m \ s es mi velocidad. c es nuevamente, la velocidad de la luz en el vacío, que es de aproximadamente 300,000,000m / s. Si solo me muevo a 20 m / s, entonces este factor es prácticamente igual a 1, por lo que vemos lo que esperábamos clásicamente. Pero cuando v aumenta, las mediciones divergen de nuestra perspectiva clásica.
Todo bolas de nieve desde aquí. Sin entrar en detalles matemáticos, resulta que no sólo se distancia a escala extrañamente, pero también lo son los tiempos que mediría si estábamos llevando relojes. Entonces, la longitud y el tiempo están distorsionados, y también la velocidad, y resulta que la masa también lo está. Ahora, cuando tomamos todos estos valores nuevos y distorsionados para las cosas y hacemos algunos cálculos matemáticos sobre ellos, obtenemos la ecuación de energía relativista:
[matemáticas] E ^ 2 = (m_0 c ^ 2) ^ 2 + (pc) ^ 2 [/ matemáticas]
Esa es la energía total al cuadrado es igual a la energía en reposo (una energía asociada a la masa en reposo de un objeto (es decir, la masa cuando está quieto)) al cuadrado, más el impulso (convertida en una energía) al cuadrado. Así que ahora para esa primera pregunta. La masa en reposo de un fotón es igual a cero, pero un fotón hace llegar a tener un impulso, en relación con su frecuencia (por la relación de Planck). Entonces sí lleva energía.
Ahora, la Relatividad General fue el intento de Einstein de extender su Relatividad Especial para cubrir la gravedad. GR es mucho más complejo matemáticamente que SR. La esencia de esto es que reescribió la gravedad como una especie de geometría del espacio y el tiempo. Hablamos de que el espacio-tiempo está curvado por la masa y la energía, y esa curvatura es la gravedad. La demostración de que normalmente se hace para esto es tomar una hoja, suspenderlo por lo que es es plana, y luego poner algo pesado en el medio – la hoja se tira hacia abajo. Ya no es plana, pero ahora tiene una curvatura, y cuando se pone otro objeto pequeño en la hoja que empieza a moverse, siguiendo la curva hacia abajo, hacia la masa. Esto es una simplificación excesiva porque GR es de cuatro dimensiones (tres dimensiones de espacio más tiempo), mientras que la hoja es realmente solo dos dimensiones espaciales, pero podría darle una idea. Las ecuaciones de GR son la relación entre la distribución de masa y energía y esta curvatura. Pero son realmente bastante complicados.
Hubo / hay un montón de nuevas predicciones de GR. La existencia de agujeros negros es uno de ellos. También están las ideas que la luz de estrellas distantes podría ser doblada alrededor de los cuerpos astronómicos (lente gravitacional), y que la gravedad podría causar la luz para cambiar colores (corrimiento al rojo gravitacional). También deberías poder hacer ondas de gravedad, de forma similar a cómo hay ondas electromagnéticas. Y luego está la dilatación del tiempo gravitacional.
La dilatación del tiempo gravitacional dice que el tiempo pasa más lentamente en campos gravitacionales más fuertes. Entonces, cuanto más cerca esté de algo, más lentamente pasará el tiempo. Esto es similar a la idea de la dilatación del tiempo en la relatividad especial: si se está moviendo muy rápido, el tiempo será más lenta para ti que para alguien de pie todavía. La diferencia es que con la dilatación del tiempo gravitacional no hay movimiento, sino más bien la forma en que el espacio-tiempo se curva es diferente a diferentes distancias de la fuente. No reconozco el problema exacto de cohetes que está describiendo, pero suena como que podría tener algo que ver con este efecto relativista general. Usted puede ser capaz de encontrar más si se mira la dilatación del tiempo gravitacional.
Buena suerte con sus estudios. Espero que encuentre al menos algo que dije aquí para ser útil. [Y como última nota, la relatividad general es general ya que el mismo método de explicar la gravedad también funciona para explicar sistemas de referencia no inerciales – estar en un campo gravitatorio es lo mismo que estar en movimiento acelerado. Esto se llama el Principio de Equivalencia.]
