Esta es una gran pregunta.
Hasta donde sé, el concepto surgió cuando Einstein comenzó a tomar en serio las lecciones de la teoría del electromagnetismo de Maxwell. En particular, observó algo interesante, mirando las ecuaciones de gobierno, conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Lo que observó fue que había una especie de transformación que se podía hacer con los objetos básicos de la teoría. En particular, bajo esta transformación descubrió que las ecuaciones, para este material transformado, tomaron exactamente la misma forma. Lo que Einstein notó fue que las ecuaciones de Maxwell eran invariantes de Lorentz y, en particular, las transformaciones bajo las cuales las ecuaciones de la teoría de Maxwell no cambiaron (por lo tanto, “invariancia”) fueron transformaciones de Lorentz.
Anteriormente, la visión de la física de Newton describía un mundo en el que sus leyes de la naturaleza eran invariables bajo un tipo diferente de transformación, llamadas transformaciones galileanas . Las transformaciones galileanas actúan sobre coordenadas espaciales y temporales por separado. Sin embargo, ¡las transformaciones de Lorentz en este contexto parecían muy extrañas porque en realidad mezclan coordenadas espaciales y de tiempo juntas!
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Ahora tenemos un conflicto aparente: por un lado, la física newtoniana y, por otro, la física invariante de Lorentz de la teoría de Maxwell. ¿Cómo podemos reconciliar los dos?
La respuesta de Einstein es el postulado básico de la relatividad especial, a saber, que la velocidad local de la luz es constante de acuerdo con cualquier observador en un marco de referencia inercial . Esto se dice a veces, menos precisamente como “la velocidad de la luz es siempre constante”. En esta imagen, las leyes de la física son invariantes de Lorentz, pero en el límite en el que se consideran objetos que viajan a velocidades muy pequeñas en comparación con la velocidad de la luz, ¡ la teoría concuerda con la teoría de Newton! En otras palabras, Einstein ha reconciliado con éxito la física newtoniana con la física invariante de Lorentz de las ecuaciones de Maxwell .
La imagen dentro de este nuevo paradigma (relatividad especial) es que la física es genuinamente invariante de Lorentz, en general. Como mencionamos anteriormente, las transformaciones de Lorentz combinan genéricamente coordenadas espaciales y temporales. Esto sugiere que hay un sentido útil en el que se puede hablar de simetrías que actúan no solo en coordenadas espaciales y coordenadas temporales, sino en la combinación de coordenadas espaciales y temporales . En otras palabras, la invariancia de Lorentz implica más o menos directamente que deberíamos pensar fundamentalmente en el espacio y el tiempo no como entidades separadas sino como propiedades emergentes de una estructura unificada más general, que contiene información espacial y temporal de una sola vez. Esta noción está justificada exactamente por lo que llamamos espacio-tiempo.
Como el renombrado físico Hermann Minkowski dijo una vez elocuentemente: “Las vistas del espacio y el tiempo que deseo exponer antes de que hayan surgido del suelo de la física experimental, y ahí radica su fuerza. Son radicales En adelante, el espacio en sí mismo y el tiempo en sí mismo están condenados a desvanecerse en meras sombras, y solo una especie de unión de los dos preservará una realidad independiente ”.
