Las distancias solo se definen en relación con un observador. En particular, no existe una definición absoluta de velocidad. Ese es el “principio de la relatividad”, que establece que todas las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales. (‘Inertial’ significa aproximadamente que no hay aceleración).
Esta idea de la relatividad a menudo se atribuye erróneamente a Einstein, pero existe desde Galileo, en la forma de lo que ahora se llama invariancia galileana. Lo sorprendente, descubierto por los físicos a fines del siglo XIX, es que si realiza el experimento que sugiere, midiendo la velocidad de la luz (en el vacío) en tres direcciones, siempre obtiene exactamente el mismo número, 299 792 458 m / s! Para que esto sea cierto, o bien la mecánica newtoniana tuvo que ser cambiada, o las ecuaciones de Maxwell tuvieron que ser dependientes del marco ( es decir, debería haber existido una sustancia, el éter, en la cual la luz se propagaría). Varios experimentos extremadamente precisos a fines del siglo XIX no lograron encontrar ninguna evidencia del éter, lo que finalmente llevó a la propuesta de Einstein de la relatividad especial como una forma de modificar la mecánica newtoniana para que coincida con las observaciones. La teoría de Einstein predice, en particular, que moverse hacia un rayo de luz o alejarse de él no cambia su velocidad en relación con usted, sin importar qué tan rápido vaya.
El ‘espacio’ se define actualmente en física solo en combinación con el tiempo-espacio-tiempo. El espacio-tiempo es una variedad diferenciable 4-dimensional [1], una generalización del concepto familiar de una superficie. Si bien la variedad en sí misma es independiente del observador, los observadores diferentes, considerados diferentes opciones de gráficos de coordenadas, experimentan el espacio-tiempo de manera algo diferente, lo que lleva a todos los fenómenos divertidos de la relatividad especial y general, como la paradoja gemela, la paradoja de la escalera o la paradoja de Ehrenfest .
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[1] El número de dimensiones del espacio-tiempo puede ser diferente de 4, como sería el caso si la teoría de cuerdas fuera cierta.
