Teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad, o simplemente relatividad, se refiere específicamente a dos teorías: la relatividad especial de Albert Einstein y la relatividad general.
El término “relatividad” fue acuñado por Max Planck en 1908 para enfatizar cómo la relatividad especial (y más tarde, la relatividad general) usa el principio de la relatividad.
Relatividad especial
Artículo principal: Relatividad especial.
El trabajo de Albert Einstein de 1905 “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento” introdujo la teoría especial de la relatividad. La relatividad especial considera que los observadores en marcos de referencia inerciales, que están en movimiento uniforme entre sí, no pueden realizar ningún experimento para determinar cuál de ellos es “estacionario”. Este es en realidad el principio de relatividad de Galileo; La contribución de Einstein fue incluir explícitamente el electromagnetismo dentro de este principio, que requería que las transformaciones galileanas fueran reemplazadas por las transformaciones de Lorentz. La teoría resultante tiene muchas consecuencias sorprendentes. En particular, requiere que la velocidad de la luz en el vacío sea la misma para todos estos observadores, independientemente de su movimiento o del movimiento de la fuente de luz, ya que la invariancia de la velocidad de la luz es una consecuencia de las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo.
Relatividad general
Artículo principal: relatividad general
La relatividad general fue desarrollada por Einstein en los años 1907-1915. La relatividad general reemplaza la simetría global de Lorentz de la relatividad especial con una simetría local de Lorentz en presencia de la materia. La presencia de materia “curva” el espacio-tiempo, y esta curvatura afecta el camino de las partículas libres (e incluso el camino de la luz). La relatividad general utiliza las matemáticas de la geometría diferencial y los tensores para describir la gravitación como un efecto de la geometría del espacio-tiempo. Esta teoría se basa en el principio general de la relatividad, que requiere que todos los observadores experimenten las mismas leyes de la física, no solo aquellos que se mueven con velocidad uniforme, de ahí su nombre.
Ondas gravitacionales
Las matemáticas en la teoría general de la relatividad de Einstein mostraron que cuando las masas (o energías) se aceleran, causan perturbaciones en el espacio-tiempo. Como todos estamos incrustados en el espacio-tiempo y tenemos algo de masa distinta de cero, teóricamente todos perturbamos el espacio-tiempo cuando nos movemos. Sin embargo, dado que nuestras masas y la posible aceleración que podemos lograr son extremadamente diminutas en la escala cósmica, las perturbaciones que causamos en el espacio-tiempo son apenas significativas o incluso detectables.
Sin embargo, cuando los objetos masivos como las estrellas o los agujeros negros se aceleran, causan cantidades significativas de perturbaciones en el espacio-tiempo. Estas perturbaciones tienen la forma de ondas en la estructura del espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. La teoría general de la relatividad demuestra que cualquier masa o energía acelerada causa ondas gravitacionales. Pero, como la gravedad es mucho más débil en comparación con otras fuerzas en el universo, para producir ondas gravitacionales detectables, se requieren objetos extremadamente masivos como estrellas o agujeros negros para moverse extremadamente rápido.
Cuando las ondas gravitacionales atraviesan una región particular del espacio-tiempo, hacen que se estire o comprima. Entonces, si se midiera la distancia entre un punto A y un punto B en la Tierra, se encontraría que aumentaría o disminuiría durante el paso de ondas gravitacionales a través de él. Pero aún no será posible medir esta diferencia usando, por ejemplo, una cinta métrica, porque también se expandiría o comprimiría debido a las ondas gravitacionales.
