La relatividad es una de las más famosas teorías científicas del siglo XX, pero ¿cómo se explica en nuestra vida cotidiana?
Formulada por Albert Einstein en 1905, la teoría de la relatividad es la idea de que las leyes de la física son las mismas en todas partes. La teoría explica el comportamiento de objetos en el espacio y el tiempo, y puede ser usada para predecir todo, desde la existencia de agujeros negros, hasta la flexión de la luz debido a la gravedad, con el comportamiento del planeta Mercurio en su órbita.
La teoría es engañosamente simple. En primer lugar, no hay un marco "absoluto" de referencia. Cada vez que se mide la velocidad de un objeto, o su impulso, o cómo se experimenta el tiempo, siempre en relación a otra cosa. En segundo lugar, la velocidad de la luz es la misma sin importar quién la mide o qué tan rápido la mide la persona. En tercer lugar, 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 puede ir muy rápido con respecto a la Tierra y va a medir los segundos más lentamente de lo que un observador lo hace, es decir el momento se ralentiza para el astronauta, un fenómeno conocido como dilatación del tiempo.
Cualquier objeto en un campo de gravedad grande que está acelerando, también va a experimentar la dilatación del tiempo. Mientras tanto, la nave espacial del astronauta experimentará la contracción de longitud, lo que significa que si se toma una foto de la nave espacial mientras vuela, se verá como si estuviera "aplastada" en la dirección del movimiento. Para el astronauta a bordo, sin embargo, todo parecerá normal. Además, la masa de la nave espacial parece aumentar desde el punto de vista de la gente en la Tierra.
Pero tú no necesitas necesariamente una nave espacial para ver los efectos relativistas. De hecho, hay varios casos de la relatividad que podemos ver en nuestra vida cotidiana, e incluso tecnologías que utilizamos hoy que demuestran que Einstein tenía razón. Aquí hay algunas maneras en las que vemos la relatividad en acción que retomamos de LiveScience :
1. GPS: Para que la navegación con el Sistema de Posicionamiento Global de tu coche funcione con la mayor precisión, los satélites tienen que tomar en cuenta los efectos relativistas. Esto se debe a que a pesar de que los satélites no se están moviendo a algo cercano a la velocidad de la luz, aún así van muy rápido. Los satélites también están enviando señales a las estaciones de la Tierra. Estas estaciones (y la unidad de GPS en tu coche) están experimentando aceleraciones más altas debido a la gravedad de los satélites en órbita.
Para conseguir la exactitud de punta, los satélites utilizan relojes precisos para unas pocas millonésimas de segundo (nanosegundos). Dado que cada satélite está a 12,600 millas (20,300 kilometros) por encima de la Tierra y se mueve a unos 6,000 millas por hora (10,000 km/h), hay un tiempo de dilatación relativista de cerca de 4 microsegundos cada día. Al agregar los efectos de la gravedad, la figura sube a aproximadamente 7 microsegundos. Eso es 7000 nanosegundos.
2. Los electroimanes: El magnetismo es un efecto relativista. Si tomas un aro de alambre y lo mueves a través de un campo magnético, se genera una corriente eléctrica. Las partículas cargadas en el alambre se ven afectadas por el campo magnético variable, lo que obliga a algunos de ellos a mover y crear la corriente
Pero ahora, imagina el alambre en reposo e imagina que el imán está en movimiento. En este caso, las partículas cargadas en el alambre (los electrones y protones) no se mueven más, así que el campo magnético no debería afectarse. Pero lo hace, y una corriente sigue fluyendo. Esto muestra que no hay un marco de referencia privilegiado.
Thomas Moore, profesor de física en el Pomona College en Claremont, California, utiliza el principio de la relatividad para demostrar por qué la ley de Faraday es cierta, ésta que establece que un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica.
Dado que este es el principio básico detrás de los transformadores y generadores eléctricos, cualquier persona que utilice la electricidad está experimentando los efectos de la relatividad", dijo Moore.
Los electroimanes funcionan a través de la relatividad también. Cuando una corriente directa (DC) de la carga eléctrica fluye a través de un cable, los electrones se derivan a través del material. Normalmente el alambre parece eléctricamente neutro, sin carga positiva o negativa neta. Eso es consecuencia de que tiene aproximadamente el mismo número de protones (cargas positivas) y electrones (cargas negativas). Pero, si se pone otro cable junto a él con una corriente continua, los alambres se atraen o se repelen entre sí, dependiendo de la dirección en la que se mueve la corriente.
Suponiendo que las corrientes se están moviendo en la misma dirección, los electrones en el primer alambre “ven” a los electrones en el segundo alambre como si estuvieran inmóviles. (Esto supone que las corrientes son aproximadamente de la misma fuerza). Mientras tanto, desde la perspectiva de los electrones, los protones en los dos cables parece que se están moviendo. Debido a la contracción de la longitud relativista, parecen estar más estrechamente espaciadas, así que hay más carga positiva por longitud de cable de carga negativa. Como las cargas iguales se repelen, los dos cables también se repelen.
Las corrientes en direcciones opuestas dan como resultado la atracción, porque desde el punto de vista del primer alambre, los electrones en el otro cable están más hacinados, creando una carga neta negativa. Mientras tanto, los protones en el primer alambre están creando una carga neta positiva, y las cargas opuestas se atraen.
3. Oro dorado: La mayoría de los metales son brillantes debido a que los electrones en los átomos saltan en diferentes niveles de energía u "orbitales". Algunos fotones que golpean el metal se absorben y se re-emiten, aunque a una longitud de onda más larga. Sin embargo, la mayor parte de la luz visible sólo se refleja.
El oro es un átomo pesado, por lo que los electrones internos se mueven lo suficientemente rápido como para que el aumento de masa relativista sea significativo, así como la contracción de la longitud. Como resultado, los electrones giran alrededor del núcleo en trayectorias más cortas, con más impulso. Los electrones en los orbitales internos llevan energía que está más cerca de la energía de los electrones externos, y las longitudes de onda que son absorbidas y reflejadas son más largas.
Las longitudes de onda largas de la luz significan que la luz visible es absorbida, y que la luz está en el extremo azul del espectro. La luz blanca es una mezcla de todos los colores del arco iris, pero en el caso del oro, cuando la luz es absorbida y re-emite las longitudes de onda éstas ondas son generalmente más largas. Eso significa que la combinación de las ondas de luz que vemos tiende a tener menos azul y violeta en ella. Esto hace que el oro parezca de color amarillento ya que la luz amarilla, naranja y roja es una longitud de onda más larga que azul.
4. Sin corrosión: El efecto relativista de los electrones de oro es también una de las razones por las cuales el metal no se corroe ni reacciona con cualquier otra cosa con facilidad.
El oro tiene un solo electrón en su capa externa, pero todavía no es tan reactivo como el calcio o el litio. En cambio, los electrones en el oro, al ser más "pesados" de lo que deberían ser, se crean más cerca del núcleo atómico. Esto significa que no es probable encontrar electrones externos y por ello no pueden reaccionar con nada en absoluto.
5. Por qué el mercurio es un líquido: Similar al oro, el mercurio es también un átomo pesado, con electrones mantenidos cerca del núcleo debido a su velocidad y el consiguiente aumento de la masa. Con el mercurio, los enlaces entre sus átomos son débiles, por lo que el mercurio se funde a temperaturas más bajas y es típicamente un líquido cuando lo vemos.
6. Tu vieja TV: Hace apenas unos años la mayoría de los televisores y monitores tenían pantallas de tubo de rayos catódicos. Un tubo de rayos catódicos trabaja con el disparo de electrones en una superficie de fósforo con un gran imán. Cada electrón hace un píxel iluminado cuando golpea la parte posterior de la pantalla. Los electrones disparan hacia afuera para aproximar el movimiento de la imagen hasta 30% cercano a la velocidad de la luz. Los efectos relativistas son notables, y cuando los fabricantes creaban los imanes, tenían que tomar esos efectos en cuenta.
7. La luz: Si Isaac Newton tenía razón al suponer que existe un marco de absoluto reposo, tendríamos que llegar a una explicación diferente para la luz.
No sólo sería el magnetismo el que no existe, sino que la luz tampoco existiría, porque la relatividad exige cambios en un movimiento del campo electromagnético a una velocidad finita, en lugar de que sucedan de forma instantánea", señaló Moore. "Si la relatividad no hizo cumplir este requisito ... los cambios en los campos eléctricos se comunicarían de forma instantánea... en lugar de a través de las ondas electromagnéticas, y el magnetismo y la luz serían innecesarias".
8. Plantas y supernovas nucleares: La relatividad es una de las razones por las que la masa y la energía pueden convertirse una en otra, que es el la razón del funcionamiento de las centrales nucleares, y la explicación de por qué el sol brilla. Otro efecto importante es en explosiones de supernovas, que señalan la muerte de estrellas masivas.
[Las supernovas] existen porque los efectos relativistas superan los efectos cuánticos en el núcleo de una estrella suficientemente masiva, lo que le permite colapsar repentinamente por su propio peso hasta que se convierte en una estrella de neutrones mucho más pequeña", dijo Moore.
En una supernova, las capas exteriores de una estrella caen hacia abajo en el núcleo, y crean una gigantesca explosión que, entre otras cosas, crea elementos más pesados que el hierro. De hecho, casi todos los elementos pesados que son familiares están hechos en supernovas.
Estamos hechos de material creado y dispersado por supernovas. Si no existiera la relatividad, incluso las estrellas más masivas terminan sus vidas como enanas blancas, nunca estallarían”, concluyó Moore.
Bueno hasta acá llega mi post, gracias por pasar y espero que te sirva de algo.