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Apuntes, escritos y ensayos científicos

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Elementos básicos de física relativista

 

La relatividad (restringida) del espacio y el tiempo

 


 

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Relatividad de Galileo

El éter

Experimento de

Michelson-Morley

Teoría de la relatividad

especial

Experimentum Crucis

El experimento de Fizeau

Energía, cantidad de movimiento y masa

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A modo de introducción

 

Cualquier acontecimiento, incluso un pensamiento, tiene lugar dentro del espacio y del tiempo. Las nociones de espacio y tiempo, la naturaleza de los mismos, han tenido y tienen ocupada a la Filosofía desde los primeros tiempos, pero es la necesidad de la Física de establecer un marco que permita dar explicación a los fenómenos la que marca el camino. Hasta principios del siglo XX ese marco lo conformaban las ideas clásicas sobre espacio y tiempo, ideas que se consideraban correctas e indudables y que Isaac Newton[*] se encargó de plasmar en un célebre escolio de su magna obra. En las primeras páginas de los Philosophiæ naturalis principia mathematica, obra publicada a finales del siglo XVII, expone:

 

I.   El tiempo absoluto, verdadero y matemático en sí y por su naturaleza y sin relación a algo externo, fluye uniformemente, y por otro nombre se llama duración; el relativo, aparente y vulgar, es una medida sensible y externa de cualquier duración, mediante el movimiento (sea la medida igual o desigual) y de la que el vulgo usa en lugar del verdadero tiempo; así, la hora, el día, el mes, el año.

II.  El espacio absoluto, por su naturaleza y sin relación a cualquier cosa externa, siempre permanece igual e inmóvil; el relativo es cualquier cantidad o dimensión variable de este espacio, que se define por nuestro sentidos según su situación respecto a los cuerpos, espacio que el vulgo toma por el espacio inmóvil: así, una extensión espacial subterránea, aérea o celeste definida por su situación relativa a la Tierra. El espacio absoluto y el relativo son el mismo en especie y en magnitud, pero no permanecen siempre el mismo numéricamente. Pues si la Tierra, por ejemplo, se mueve, el espacio de nuestra atmósfera que relativamente y respecto a la Tierra siempre permanece el mismo, ahora será una parte del espacio absoluto por la que pasa el aire, después otra parte y así, desde un punto de vista absoluto, siempre cambiará.

 

Como podemos ver, desde el punto de vista clásico tanto el espacio como el tiempo son realidades existentes derivadas de su propia naturaleza, no son un simple concepto. La consideración de espacio absoluto y de tiempo absoluto como realidades indudables marcó la necesidad de la existencia de un fluido, el éter, que lo inundaba todo y en el que todo estaba inmerso. (Aparte de que este fluido venía muy bien para poder explicar la propagación ondulatoria de la luz por el espacio vacío, pero lleno de éter). Así, hasta finales del siglo XIX la existencia del éter también era indudable como consecuencia de la naturaleza del espacio y el tiempo que se estaba considerando. Ahora bien, los métodos cada vez más refinados de la física experimental llevaron a una serie de contradicciones si los fenómenos observados eran encajados dentro del marco espacio-temporal clásico. Se intentó durante un tiempo, hasta que en 1905 Albert Einstein concibió la idea revolucionaria de que las nociones clásicas de espacio y tiempo no podían mantenerse como absolutamente ciertas por muy tradicionales que fueran, debían de ser modificadas para dar cabida a los resultados de los nuevos y precisos experimentos.

 

Mientras que en la Física clásica se acepta el tiempo como absoluto, independiente del espacio y del movimiento, según la teoría de la relatividad el espacio y el tiempo están íntimamente ligados pues el tiempo no puede estar separado de las dimensiones espaciales con las que forma un “continuo espacio-temporal” homogéneo en el cual se producen todos los acontecimientos observables. Y estas dimensiones espacio-temporales no son absolutas, son relativas pues dependen del estado de movimiento del observador, es decir, las distancias y los tiempos que se miden dependen de quién esté midiéndolas.

 

Son  relativos los valores del espacio (distancia) y del tiempo. Otra cosa es la respuesta a la cuestión de qué es el espacio y qué es el tiempo,…,  y que esa respuesta se comprenda más allá de la supuesta sencillez de las definiciones “de enciclopedia”[†], a saber:

 

-          Espacio físico: lugar donde existen los objetos y los fenómenos físicos y donde éstos tienen una posición y dirección.

-          Tiempo: magnitud mediante la que se mide la duración o separación de acontecimientos.

 

 


[*] Principios matemáticos de filosofía natural, Newton, I. (Introducción, traducción y notas de Eloy Rada García). Alianza Editorial, Madrid (1987).

[†] Espacio. Wikipedia [https://es.wikipedia.org/wiki/Espacio]

    Tiempo. Wikipedia [https://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo]. Ambas consultas el 12/7/2017.

 


 

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A partir de lo expuesto hasta aquí, estos Elementos básicos de física relativista están estructurados en seis apartados, cada uno de los cuales se puede considerar como un escrito independiente de las demás, mientras que los seis apartados ordenados conforman el trabajo completo junto con la introducción inicial

 

Relatividad de Galileo

El éter

Experimento de

Michelson-Morley

Teoría de la relatividad

especial

Experimentum Crucis

El experimento de Fizeau

Energía, cantidad de movimiento y masa

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