La Teoría de la Relatividad

Antecedentes

 

Parte 1

La Mecánica Clásica y el Electromagnetismo a fines del siglo XIX

Sin duda alguna, la Teoría de la Relatividad constituye, junto con la Mecánica Cuántica, uno de los grandes hitos del desarrollo de la Física del siglo XX. Este hecho, unido al interés que ella suscita en vastos sectores de la sociedad, plantea el desafío de presentarla de una forma clara y sucinta en una nota que intente describir algunos de los aspectos más importantes de esta teoría, de manera que sea accesible a una amplia gama de lectores.

Consideremos ahora la situación a la que se enfrentaron los físicos de comienzos de siglo. La Mecánica Clásica de Newton y el Electromagnetismo de Maxwell eran dos teorías bien establecidas.

La Mecánica Newtoniana describe en forma adecuada el comportamiento de objetos grandes, lentos y poco masivos. Aquí, "grandes" significa de tamaño mucho mayor que las dimensiones atómicas, "lentos" es un adjetivo para describir movimientos en que las velocidades relativas son pequeñas comparadas con la velocidad de la luz y "poco masivos" implica que se trata de objetos que están lejos de comportarse como agujeros negros (técnicamente, si la masa del objeto considerado se encuentra distribuida en una esfera, esta esfera tiene un radio mucho mayor que el "radio de Schwarzschild" correspondiente a la masa del objeto en cuestión.)

El Electromagnetismo de Maxwell describe de manera unificada los fenómenos eléctricos, magnéticos y las ondas electromagnéticas (luz visible, Rayos X, Microondas, Ondas de Radio, entre otras) asociadas.

A principios de siglo, la Teoría Electromagnética de Maxwell, en la forma planteada entonces, predecía en forma asimétrica los fenómenos resultantes de la interacción de imanes y cargas eléctricas en movimiento, de acuerdo a los conceptos prevalentes de espacio y tiempo en aquella época.

De la misma manera, no fue (ni ha sido) posible establecer experimentalmente la existencia del “éter”, postulado entonces como el medio respecto del cual la luz se propaga con velocidad constante. El experimento de Michelson y Morley, que será discutido en niveles más avanzados de esta Presentación, estableció este hecho. En él usaron un interferómetro cuyo funcionamiento se esboza, sólo con propósitos demostrativos, posponiendo por ahora una discusión en detalle, en la animación que sigue.

 

 

 

Esta era la situación cuando, en 1905, Einstein realizó un examen profundo de las ideas en que se basaban esas teorías, respetando de manera rigurosa las consecuencias que pudo derivar de los hechos experimentales conocidos en ese entonces.

Resumiendo, de manera muy breve, los ingredientes fundamentales que lo llevaron a construir la Teoría Especial de la Relatividad son:

a) La velocidad de la luz es (muy grande, pero) finita (opuesto a infinita) y de una magnitud de alrededor de trescientos mil kilómetros por segundo en el espacio vacío y,

b) La velocidad de la luz no depende del movimiento relativo entre la fuente que la emite y el observador que la recibe.

Es muy importante destacar aquí que ambos ingredientes están basados en el conocimiento experimental de la época (que continúa vigente hasta nuestros días).

Es también preciso hacer notar que el hecho consignado en b) no es intuitivo.

Esta afirmación es válida tanto para legos como para expertos. La diferencia reside en que aquellos que se consideren expertos deben aceptarlo como un hecho experimental (como una de las reglas del juego) mientras no exista evidencia que lo contradiga y aprender a convivir con sus consecuencias. Los legos no están obligados a hacerlo.

Es probablemente en este punto donde se produce el quiebre entre el pasado Newtoniano y el presente Einsteiniano, en el que Einstein tuvo el valor intelectual de extraer rigurosamente las consecuencias de estos hechos soberanos por su validez experimental (independientemente que uno de ellos pudiera contradecir lo que todos a priori intuyamos). A partir de este hito, las consecuencias de la Teoría Especial de la Relatividad dejan de ser intuitivas y son materia de asombro, incredulidad y desconfianza en las personas que se enfrentan a ellas por vez primera.

 


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