Teoria de la relativitat especial
La teoria de la relativitat especial, també cridada teoria de la relativitat restringida, és una teoria de la física publicada en 1905 per Albert Einstein.[1] Sorgix de l'observació de que la velocitat de la llum en el buit és igual en tots els sistemes de referència inerciales i d'obtindre totes les conseqüències del principi de relativitat de Galileo. Segons ell, qualsevol experiment realisat en un sistema de referència inercial es desenrollarà de manera idèntica en qualsevol atre sistema inercial.
La teoria es denomina "especial" ya que solament s'aplica en el cas particular en el que la curvatura del espai-temps produïda per acció de la gravetat es pot ignorar, és dir, en esta teoria no es té en conte la gravetat com a variable.[2][3] En la finalitat d'incloure la gravetat, Einstein va formular la teoria de la relativitat general en 1915. La relativitat general és capaç de manejar sistemes de referència accelerats, alguna cosa que no era possible en les teories anteriors.[4]
La Teoria de la relativitat especial va canviar les relacions entre les coordenades d'un parell qualsevol de sistemes de referència inerciales. Dites relacions impliquen fenomens que choquen en el sentit comú, com són la contracció espacial, la dilatació del temps, un llímit universal a la velocitat, l'equivalència entre massa i energia o la relativitat de la simultaneidad entre uns atres, sent la fòrmula I=mc2 o la paradoxa dels bessons dos dels eixemples més coneguts.[5] La relativitat especial va tindre també un impacte en la filosofia, eliminant tota possibilitat d'existència d'un temps i d'un espai absoluts en el conjunt del Univers, tal com els havia concebut Newton.
Història
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Història de la relativitat especial.
A finals de el XIX els físics pensaven que la mecànica clàssica de Newton, basada en la cridada relativitat de Galileo Galilei (orige de les equacions matemàtiques conegudes com transformacions de Galileo), descrivia els conceptes de velocitat i força per a tots els observadors (o sistemes de referència). No obstant, Hendrik Lorentz i una miqueta abans Woldemar Voigt havien comprovat que les equacions de Maxwell, que governen l'electromagnetisme, no complien les transformacions de Galileo quan el sistema de referència inercial varia (per eixemple, quan es considera el mateix problema físic des del punt de vista de dos observadors que es mouen un respecte de l'atre). En particular les equacions de Maxwell semblaven requerir que la velocitat de la llum fora constant (raó per la que es va interpretar que eixa velocitat es referia a la velocitat de la llum respecte al éter). No obstant, l'experiment de Michelson i Morley va servir per a confirmar que la velocitat de la llum permaneixia constant per a qualsevol velocitat i moviment relatiu al supost éter omnipresent i, ademés, independentment del sistema de referència en el qual es media (contràriament a lo esperat d'aplicar les transformacions de Galileo) .[6] Per tant l'hipòtesis de l'éter quedava descartada i s'obria un problema teòric greu associat a les transformacions de Galileo. Hendrik Lorentz ya havia trobat que les transformacions correctes que garantisaven la invariancia no eren les de Galileo, sino les que actualment es coneixen com transformacions de Lorentz.
Durant anys les transformacions de Lorentz i els treballs d'Henri Poincaré sobre el tema varen quedar inexplicados fins que Albert Einstein, un físic desconegut fins a 1905, seria capaç de donar-los una interpretació considerant el caràcter relatiu del temps i l'espai. Einstein també havia segut influït pel físic i filòsof Ernst Mach.[7] Einstein va llegir a Ernst Mach quan era estudiant i ya era seguidor seu en 1902, quan vivia en Zuric i es reunia regularment en els seus amics Conrad Habicht i Maurice Solovine (Vore Acadèmia Olimpia).[8] Einstein va insistir per a que el grup llegira els dos llibres que Mach havia publicat fins a eixa data: El desenroll de la mecànica (títul original, Die Mechanik in ihrer Entwicklung, Leipzig, 1883) i L'anàlisis de les sensacions (Die Analyse der Empfindungen und dones Verhältnis dones Physischen zoom Psychischen, Jena, 1886).[7] Einstein sempre va creure que Mach havia estat en el camí correcte per a descobrir la relativitat en part dels seus treballs de joventut, i que l'única raó per la que no ho havia fet va ser perque l'época no va ser la propícia.[9] L'artícul de 1905 d'Einstein, titulat Zur Elektrodynamik bewegter Körper,[1] va canviar radicalment la percepció de l'espai i el temps que es tenia en eixe llavors. En eixe artícul Einstein introduïa lo que ara coneixem com a teoria de la relativitat especial. Esta teoria es basava en el principi de relativitat i en la constància de la velocitat de la llum en qualsevol sistema de referència inercial. D'això Einstein va deduir les equacions de Lorentz. També va reescriure les relacions del moment i de l'energia cinètica per a que estes també es mantingueren invariantes.
La teoria va permetre establir l'equivalència entre massa i energia i una nova definició del espai-temps. D'ella es varen derivar prediccions i varen sorgir curiositats. Com a eixemples, un observador atribuïx a un cos en moviment una llongitut més curta que la que té el cos en repòs i la duració dels events que afecten al cos en moviment són més llarcs sobre el mateix event medit per un observador en el sistema de referència del cos en repòs.
En 1912, Wilhelm Wien, premi Nobel de Física de 1911, va propondre a Lorentz i a Einstein per a este guardó per la teoria de la relativitat, expressant Einstein no va rebre el premi Nobel per la relativitat especial puix el comité, en principi, no otorgava el premi a teories pures. El Nobel no va aplegar fins a 1921, i va anar pel seu treball sobre l'efecte fotoeléctrico.
Postulats
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Postulats de la Relativitat Especial.
- Primer postulat. Principi especial de relativitat: Les lleis de la física són les mateixes en tots els sistemes de referència inerciales. En atres paraules, no existix un sistema inercial de referència privilegiat, que es puga considerar com a absolut.
- Segon postulat. Invariancia de c: La velocitat de la llum en el buit és una constant universal, c, que és independent del moviment de la font de llum.[10]
La força de l'argument d'Einstein està en la forma en que es deduïxen d'ella resultats sorprenents i plausibles a partir de dos simples hipòtesis i cóm estes prediccions les varen confirmar les observacions experimentals.[5] Matemàticament parlant, en abdós postulats, presos en conjunt, implicaven que qualsevol llei física devia ser invariante respecte a una transformació de Lorentz. És dir, que en tots els sistemes inerciales la forma matemàtica de les equacions devia ser forminvariante de Lorentz.
Quan s'apliquen estos dos principis a les equacions de Maxwell es veu que estes solament són invariantes baix les transformacions de Lorentz, lo que implica que l'interval de temps entre dos successos o la distància entre dos punts deuen ser relatius a l'observador. És dir, no tots els observadors mediran el mateix interval de temps entre dos successos o la mateixa llongitut per a un mateix objecte. Eixe caràcter no absolut, sino relatiu de l'espai i el temps, que és una conseqüència de requerir que les mides preses per diferents observadors deixen invariantes les equacions de Maxwell és la font de tots els resultats sorprenents de la teoria de la relativitat. Quan s'examinen les lleis de Newton i atres lleis del moviment de la mecànica clàssica s'aprecia que estes deuen ser modificades per a ser també invariantes segons les mateixes transformacions que les equacions de Maxwell.
Principi de relativitat
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Principi de relativitat.
Henri Poincaré, matemàtic francés, va sugerir a finals de el XIX que el principi de relativitat establit des de Galileo (l'invariancia galileana) es manté per a totes les lleis de la naturalea. Joseph Larmor i Hendrik Lorentz varen descobrir que les equacions de Maxwell, la pedra angular del electromagnetisme, eren invariantes solament per una variació en el temps i una certa unitat llongitudinal, lo que va produir molta confusió en els físics, que en aquell temps estaven tractant d'argumentar les bases de la teoria del éter, l'hipotètica substància sotil que omplia el buit i en la que es transmetia la llum. El problema és que este éter era incompatible en el principi de relativitat.
En la seua publicació de 1905 en electrodinàmica, Albert Einstein va explicar que, en les transformacions fetes per Lorentz, este principi es mantenia perfectament invariable. La contribució d'Einstein va ser l'elevar este axioma a principi i propondre les transformacions de Lorentz com a primer principi. Ademés va descartar la noció de temps absolut i va requerir que la velocitat de la llum en el buit siga la mateixa per a tots els observadors, sense importar si estos es movien o no. Açò era fonamental per a les equacions de Maxwell, ya que estes necessiten d'una invarianza general de la velocitat de la llum en el buit.
Covariancia de Lorentz
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Covariancia de Lorentz.
La teoria de la relativitat especial ademés busca formular totes les lleis físiques de manera que tinguen validea per a tots els observadors inerciales. Per lo que qualsevol llei física deuria tindre una forma matemàtica invariante baixe unes transformacions de Lorentz.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Einstein, A.(1905).Annalen der Physik.Berna:17
- pp. 891-921.Consultat el 13 d'agost de 2009.
- ↑ «Sean Carroll, Lecture Notes on General Relativity, ch. 1, "Special relativity and flat spacetime,"».
- ↑ Wald, General Relativity, p. 60: "...the special theory of relativity asserts that spacetime is the manifold ℝ4 with a flat metric of Lorentz signature defined on it. Conversely, the entire content of special relativity ... is contained in this statement ..."
- ↑ Rindler, W., 1969, Essential Relativity: Special, General, and Cosmological
- ↑ 5,0 5,1 Tom Roberts and Siegmar Schleif. «What is the experimental basis of Special Relativity?». Consultat el 29 de giner de 2016.
- ↑ Edwin F. Taylor and John Archibald Wheeler (1992). Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity. ISBN 0-7167-2327-1.
- ↑ 7,0 7,1 (2004) Albert Einstein, Editorial Planeta-De Agostini. ISBN 84-395-4730-7.
- ↑ Highfield, Roger (1993). The Private Lives of Albert Einstein, pp. 96–98. ISBN 0-571-17170-2.
- ↑ Experientia Docet. Einstein i … Ernst Mach. Consultat: 04-06-12
- ↑ Marcelo Alonso & Edward J. Finn: Campos i Ones, 1974.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Teoría de la relatividad especial» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.