El universo de Albert Einstein

Desde muy pequeño a Einstein le había interesado el mundo de la ciencia, y pese a llegar a ser el científico por excelencia del siglo XX, durante su etapa  de estudiante no llegó a brillar , tan solo destacando en matemáticas, y fue por ello por lo que su entrada en la universidad suiza donde estudió resultó bastante complicada.

Era una persona inconformista, no le bastaba las explicaciones convencionales que les daban sus allegados acerca de ciertos fenómenos cotidianos, por ello siempre iba hasta el fondo de cada cuestión. También era una persona con una fuerte ansia de éxito, algo que le caracterizara a lo largo de toda su vida.

Einstein en 1905 saltó a la fama, tras la publicación de la primera parte de la teoría de la relatividad (especial). La cual, dentro de mis limitaciones trataré de explicar.

En el capítulo del libro propuesto, el autor comienza con un experimento mental que hizo el propio Einstein. Imaginó que estaba en medio del mar y que corría hacia un embarcadero, exactamente a la misma velocidad que lo hacía una ola provocada por un enorme barco, y se dio cuenta de que si esto ocurría, la ola lo vería a él en reposo, dado que no se movería con respecto a esta.

Trató de imaginar lo mismo con respecto a la luz. La luz y él partían desde un mismo punto hacia otro distinto, ambos a una misma velocidad, propiamente la de la luz: 300.000 Km/s. ¿Vería la luz a Einstein espacialmente en reposo? Por nuestra experiencia cotidiana pensaríamos que sí sería así, pero todas (o casi todas) las innovaciones en el campo de la física van en contra de lo cotidiano. Partiendo de una de las teorías de un reconocido físico, Maxwell, la luz es una onda que viaja en un campo electromagnético, a una velocidad constante, y que oscila todo el tiempo entre ser una onda eléctrica y una onda magnética. Recurriendo al sentido común, llegó a la conclusión de que él nunca se había encontrado un campo electromagnético oscilatorio espacialmente en reposo. ¿Contradicción? Einstein debía encontrar la forma de que ambos hechos encajen, y así lo hizo en su teoría especial de  la relatividad, cuyo nombre original fue: ``sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento´´.

El artículo donde fue incluida la teoría, comenzaba con otro experimento mental, en el que se quiere erradicar la necesidad del reposo absoluto. En él Einstein imagina un imán y una espiral de alambre, moviéndose uno  relativamente respecto del otro. Al hacer esto es induce corriente eléctrica al alambre. Primero imaginó que el alambre estaba en reposo, y era el imán el que giraba. Después imagino que era el imán el que estaba en reposo y era el alambre el que giraba. En ambos casos el resultado es exactamente el mismo: inducción eléctrica al alambre.

También trato de rebatir la necesidad del reposo absoluto en mecánica e imaginó lo siguiente: Alguna vez podremos haber tenido la experiencia de estar en un vagón de tren detenido en el andén, y de repente si vemos otro tren en el andén contiguo que se mueve en dirección contraria al nuestro, nos da la sensación que somos nosotros los que nos movemos. ¿Por qué? Porque simplemente es cierto, nos movemos relativamente al otro tren, lo cual no indica que nos estemos moviendo respecto del andén donde estamos estacionados.

El experimento de Michelson y Morley:

Estos científicos en el año 1881 realizaron un experimento para intentar encontrar un estado de reposo absoluto, basándose en que la luz es una onda con velocidad definida. Vemos como el tema de la época era poder encontrar un sistema de referencia absoluto, porque todos los desarrollos de Newton requerían de este concepto. A pesar de lo que hasta ahora se había concluido, los científicos no se convencían de la no existencia de estados absolutos de movimiento o reposo. El descubrimiento de que la luz era una onda electromagnética, hacia pensar que debía existir un medio a través del cual la onda pueda viajar. Esto surgía como analogía de otras ondas, el sonido requiere el aire para trasladarse.  A este medio se le dió a conocer como éter. Tras un complejo experimento se llegó a la conclusión de la imposiblidad de la existencia de tal sustancia, y por tanto el movimiento es totalmente relativo.

Con esto llegamos a una primera conclusión: la relatividad del movimiento.

El segundo aspecto que tratará de rebatir Einstein es que el tiempo no es absoluto.

Nuestra intuición nos dice que el tiempo es absoluto, un segundo es lo mismo para mi sentado que para la persona que está en un coche  a una velocidad de 120 km/h. Por ridículo que parezca no es así, como consecuencia de la teoría de Einstein, obtenemos que  el tiempo no es absoluto, sino que el paso del mismo depende del movimiento del reloj con el cual se mide.

La velocidad a la que escuchamos el tic-tac de dos relojes, depende de la velocidad relativa entre ellos efectivamente. Se ha comprobado  que si se sincronizan dos relojes atómicos (los más precisos de los que tenemos conocimiento) , y uno queda en tierra mientras que el otro viaja al espacio, a una velocidad altísima (cercana a la de la luz) y vuelve, al llegar, la lectura en este último mostrará que el tiempo transcurrido es menor que la lectura en el reloj de tierra. Las diferencias son imperceptibles a los sentidos, aunque no en la medición de tales relojes.

Obtenemos así una segunda conclusión: la relatividad del tiempo.

Al suponer que la distancia y el tiempo ya no son absolutos, Einstein tuvo que deducir una serie de ecuaciones que se adaptaran a tales supuesto, las cuales, debido a su complejidad, no entraremos en profundidad, tan solo cabe decir que reciben el nombre de: Transformación de Lorentz, por el matemático que las dedujo previamente a Einstein, pero que no tuvo en cuenta ciertos aspectos que mejoró Einstein.

Estas ecuaciones tuvieron en cuenta una nueva clave, la constante universal de la velocidad de la luz, la cual, se mida desde el punto de vista que se quiera, siempre tiene el mismo valor: 300.000 Km/s.

De estas ecuaciones se obtiene la interrelación existente entre el espacio y el tiempo, los cuales no volverían a ser tratados por separados, y se crea así el espacio-tiempo, existiendo tres dimensiones espaciales (x, y, z) y una temporal.

Consecuencias de la Transformación de Lorentz.

-       -   Dilatación del tiempo:                 c= velocidad de la luz; v=velocidad relativa del cuerpo

La transformada de Lorentz mostrada se deduce que a medida que la velocidad relativa del cuerpo aumenta se produce una dilatación del tiempo, de ahí que el tiempo en una nave espacial pase más lento el tiempo en un reloj, que respecto la tierra.

-        -  Contracción del espacio:            c= velocidad de la luz; v=velocidad relativa del cuerpo

De lo que podemos deducir que la medida de un objeto en un sistema referencial respecto del cual el objeto está en movimiento es menor que la longitud propia del objeto.

De todo ello podemos concluir que: tanto el tiempo como el espacio se relacionan con una misma constante universal, el límite de la velocidad de la luz.

Masa relativista.

El último aspecto curioso de la teoría propuesta por Einstein que desarrollaré será como el concepto de masa tampoco es estable, varía según la velocidad a la que se encuentre el cuerpo en cuestión, y esto ha supuesto un gran obstáculo para la física actual.

La ecuación de la masa relativista es la siguiente:   

mo: masa del objeto en reposo respecto al sistema de referencia                                                                                                                                               

De la cual obtenemos como a medida que la velocidad aumenta y se acerca a la cifra de 300.000 Km/s se hace infinita.

Pues bien el obstáculo de la física actual es el siguiente:

Se desea superar el límite de la velocidad de la luz, lo cual supondría según el propio Einstein la posibilidad del viajar al pasado, pero se encuentran con un serio obstáculo: a medida que la velocidad del objeto en cuestión (que podría ser una nave espacial en este caso) la masa se hace infinita, y por lo tanto se necesita una fuerza infinita para que la velocidad siga aumentando, lo cual, lógicamente es imposible ( a menos a día de hoy).

Consecuencias curiosas de la teoría de la relatividad especial

Si tenemos dos naves que tienen un movimiento relativo entre si a una velocidad cercana a la de la luz, los astronautas que viajan en cada una de estas naves descubrirán que:

• La otra nave se ha encogido en la dirección del movimiento.
• Los relojes de la otra nave van mas lentos.
• La masa inercial de la otra nave aumento.
• Ojo! Los astronautas en cada una de sus naves encontraran que nada cambio.

Conclusión: vemos a través de esta teoría como nuestros pensamientos convencionales acerca de la realidad son totalmente erroneos, y aunque en un comienzo nos pueda parecer una ``locura´´ o algo imposible, todo ha sido demostrado mediante la experimentación, el arma por excelencia de la ciencia.

http://www.youtube.com/watch?v=g27s_OdiTvo 

http://www.youtube.com/watch?v=wNcB-B8jnAQ