Formulado por Albert Einstein a partir de 1905, la teoría de la relatividad explica el comportamiento de los objetos en el espacio y el tiempo, y se puede utilizar para predecir cosas como la existencia de agujeros negrosligera flexión debido a gravedad y el comportamiento de los planetas en sus órbitas.
La teoría es engañosamente simple. En primer lugar, no existe un marco de referencia «absoluto». Cada vez que mides la velocidad de un objeto, su impulso o cómo experimenta el tiempo, siempre está en relación con otra cosa. En segundo lugar, la velocidad de la luz es la misma sin importar quién la mida o qué tan rápido vaya la persona que la mide. Tercero, nada puede ir más rápido que la luz.
Las implicaciones de la teoría más famosa de Einstein son profundas. Si la velocidad de la luz es siempre la misma, significa que un astronauta que va muy rápido en relación con tierra medirá los segundos transcurriendo más lentamente que un observador terrestre. El tiempo esencialmente se ralentiza para el astronauta, un fenómeno llamado dilatación del tiempo.
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Cualquier objeto en un gran campo de gravedad se acelera, por lo que también experimenta la dilatación del tiempo. Mientras tanto, la nave espacial del astronauta experimenta contracción de longitud, lo que significa que si tomara una fotografía de la nave espacial mientras volaba, parecería como si estuviera «aplastada» en la dirección del movimiento. Sin embargo, para el astronauta a bordo, todo parecería normal. Además, la masa de la nave espacial parecería aumentar desde el punto de vista de las personas en la Tierra.
Pero no necesariamente necesitas una nave espacial haciendo zoom a casi la velocidad de la luz para ver los efectos relativistas. De hecho, hay varios casos de relatividad que podemos ver en nuestra vida diaria y las tecnologías que usamos hoy que demuestran que Einstein tenía razón. Aquí hay algunas formas en que vemos la relatividad en acción.
electroimanes
Magnetismo es un efecto relativista, y puedes verlo demostrado a través de generadores. Si toma un lazo de alambre y lo mueve a través de un campo magnético, genera una corriente eléctrica. Las partículas cargadas en el alambre se ven afectadas por el cambio campo magnéticolo que obliga a algunos de ellos a moverse y crea la corriente.
Pero ahora, imagina el alambre en reposo e imagina que el imán se está moviendo. En este caso, las partículas cargadas en el cable (los electrones y los protones) ya no se mueven, por lo que el campo magnético no debería afectarlas. Pero lo hace, y todavía fluye una corriente. Esto demuestra que no existe un marco de referencia privilegiado.
Thomas Moore, profesor de física en Pomona College en Claremont, California, usa el principio de relatividad para demostrar ley de Faradayque establece que un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica.
«Dado que este es el principio central detrás de los transformadores y generadores eléctricos, cualquiera que use electricidad está experimentando los efectos de la relatividad», dijo Moore a WordsSideKick.com.
Los electroimanes también funcionan a través de la relatividad. Cuando una corriente continua de carga eléctrica fluye a través de un cable, los electrones se desplazan a través del material. Normalmente, el cable parecería eléctricamente neutro, sin carga neta positiva o negativa, porque el cable tiene aproximadamente la misma cantidad de protones (cargas positivas) y electrones (cargas negativas). Pero si pones otro cable con una corriente continua al lado, los cables se atraen o se repelen, dependiendo de la dirección en la que se mueve la corriente, según físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Suponiendo que las corrientes se mueven en la misma dirección, los electrones del segundo cable están inmóviles en comparación con los electrones del primer cable. (Esto supone que las corrientes tienen aproximadamente la misma fuerza). Mientras tanto, los protones en ambos cables se mueven en comparación con los electrones en ambos cables. Debido a la contracción relativista de la longitud, parecen estar más juntos, por lo que hay más carga positiva que carga negativa por longitud de cable. Porque las cargas iguales se repelen, los dos cables también se repelen.
Las corrientes en direcciones opuestas resultan en atracción, porque en comparación con el primer cable, los electrones en el otro cable están más apretados, creando así una carga negativa neta, según la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Mientras tanto, los protones en el primer cable crean una carga neta positiva y las cargas opuestas se atraen.
navegacion GPS
para el de tu coche navegacion GPS para funcionar con tanta precisión como lo hace, los satélites deben tener en cuenta los efectos relativistas, según FísicaCentral. Esto se debe a que, aunque los satélites no se mueven ni cerca de la velocidad de la luz, siguen yendo bastante rápido. Los satélites también envían señales a estaciones terrestres en la Tierra. Estas estaciones (y la tecnología GPS en un automóvil o teléfono inteligente) experimentan aceleraciones más altas debido a la gravedad que los satélites en órbita.
Para obtener esa precisión milimétrica, el los satélites usan relojes que tienen una precisión de unos pocos nanosegundos (mil millonésimas de segundo). Debido a que cada satélite se encuentra a 20 300 kilómetros (12 600 millas) sobre la Tierra y se mueve aproximadamente a 10 000 km/h (6 000 mph), hay una dilatación del tiempo relativista eso aumenta alrededor de 4 microsegundos cada día. Agregue los efectos de la gravedad, y el efecto de dilatación del tiempo sube a aproximadamente 7 microsegundos (millonésimas de segundo).
La diferencia es muy real: si no se tuvieran en cuenta los efectos relativistas, una unidad de GPS que le dice que está a media milla (0,8 km) de la próxima estación de servicio estaría a 5 millas (8 km) de distancia después de solo un día, según Physics. Central.
color amarillo dorado
La mayoría de los metales son brillantes porque los electrones en el átomos saltar desde diferentes niveles de energía u «orbitales». Algunos fotones que golpean el metal son absorbidos y reemitidos, aunque a una longitud de onda más larga. Sin embargo, la mayoría de la luz visible se refleja.
Oro es un pesado elementopor lo que los electrones internos se mueven lo suficientemente rápido como para que el aumento de masa relativista y la contracción de longitud sean significativos, de acuerdo a a declaración de la Universidad de Heidelberg en Alemania. Como resultado, los electrones giran alrededor del núcleo en trayectorias más cortas, con más impulso. Los electrones en los orbitales internos transportan energía más cercana a la energía de los electrones externos, y las longitudes de onda que se absorben y reflejan son más largas. Las longitudes de onda de luz más largas significan que parte de la luz visible que normalmente se reflejaría se absorbe, y esa luz está en el extremo azul del espectro. La luz blanca es un mezcla de todos los colores del arcoiris, pero en el caso del oro, cuando la luz se absorbe y se vuelve a emitir, las longitudes de onda suelen ser más largas. Eso significa que la mezcla de ondas de luz que vemos tiende a tener menos azul y violeta. Debido a que la luz amarilla, naranja y roja tienen longitudes de onda más largas que la luz azul, el oro parece amarillento, según la bbc.
La resistencia del oro a la corrosión.
El efecto relativista en los electrones del oro también es una de las razones por las que no se corroe ni reacciona fácilmente con nada más. según un artículo de 1998 en el diario Boletín de oro.
El oro tiene solo un electrón en su capa exterior, pero aún así no es tan reactivo como el calcio o el litio. En cambio, debido a que los electrones en el oro son «más pesados» de lo que deberían ser, ya que se mueven cerca de la velocidad de la luz, aumentando su masa, se mantienen más cerca del núcleo atómico. Esto significa que no es probable que el electrón más externo esté donde pueda reaccionar con nada; es igual de probable que se encuentre entre los electrones que están cerca del núcleo.
Mercurio líquido
El mercurio también es un átomo pesado, con electrones que se mantienen cerca del núcleo debido a su velocidad y al consiguiente aumento de masa. Los enlaces entre los átomos de mercurio son débiles, por lo que el mercurio se derrite a temperaturas más bajas y normalmente es líquido cuando lo vemos, según mundo quimico.
tu viejo televisor
Hasta principios de la década de 2000, la mayoría de los televisores y monitores tenían pantallas de tubo de rayos catódicos. Un tubo de rayos catódicos funciona disparando electrones a una superficie de fósforo con un gran imán. Cada electrón crea un píxel iluminado cuando golpea la parte posterior de la pantalla, y los electrones se disparan para hacer que la imagen se mueva hasta un 30% de la velocidad de la luz. Los efectos relativistas son notables, y cuando los fabricantes dieron forma a los imanes, tuvieron que considerar esos efectos, según PBS News Hour.
Luz
isaac newton asumimos que hay un marco de reposo absoluto, o un marco de referencia perfecto externo con el que podemos comparar todos los demás marcos de referencia. Si hubiera tenido razón, tendríamos que encontrar una explicación diferente para la luz, porque no sucedería en absoluto.
«No solo no existiría el magnetismo, sino que tampoco existiría la luz, porque la relatividad requiere que los cambios en un campo electromagnético se muevan a una velocidad finita en lugar de instantáneamente», dijo Moore. «Si la relatividad no hiciera cumplir este requisito… los cambios en los campos eléctricos se comunicarían instantáneamente… en lugar de a través de ondas electromagnéticas, y tanto el magnetismo como la luz serían innecesarios».
El sol
Sin la ecuación más famosa de Einstein: E = mc^2 – los sol y el resto de las estrellas no brillarían. En el centro de nuestra estrella madre, intenso temperaturas y las presiones constantemente comprimen cuatro átomos de hidrógeno separados en un solo átomo de helio, de acuerdo con Universidad del Estado de Ohio. La masa de un solo átomo de helio es ligeramente menor que la de cuatro átomos de hidrógeno. ¿Qué sucede con la masa extra? Se convierte directamente en energía, que aparece como luz solar en nuestro planeta.
Recursos adicionales
Este artículo fue actualizado el 22 de marzo de 2022 por Adam Mann, colaborador de Live Science.
