Teoría de la Relatividad Especial

Equivalencia entre masa y energía. / Wikimedia

Tal día como hoy… 30 de junio de 1905 se recibía el artículo «Teoría de la Relatividad Especial» de Einstein

 

El 30 de junio de 1905 la revista alemana Annalen del Physik recibía el tercero de los cuatro artículos que aquel año escribiría un físico por entonces desconocido: Albert Einstein (1879-1955). Con el título ‘Electrodinámica de los cuerpos en movimiento’, formulaba explícitamente por primera vez la Teoría de la Relatividad Especial.

 

CV / En 1905 Einstein acababa de doctorarse y seguía en búsqueda de una idea genial que le permitiera expresar sus múltiples intuiciones. Llevaba poco más de un año trabajando en una oficina de patentes científicas en Suiza, un trabajo que había conseguido gracias a las gestiones de un amigo suyo y que le permitía disponer de unos ingresos fijos, aunque no muy substanciosos, por primera vez en su vida, y de tiempo para pensar. 1905 fue sin duda su annus mirabilis, su momento culminante el artículo del 30 de junio, y la idea genial su Teoría de la Relatividad Especial.

1905 fue sin duda el annus mirabilis de Einstein, su momento culminante el artículo del 30 de junio, y la idea genial su Teoría de la Relatividad Especial

El primer artículo trataba sobre el efecto fotoeléctrico y llevaba por título ‘Punto de vista heurístico concerniente a la emisión y transformación de la luz’. El segundo, ‘Sobre el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario’, sobre el movimiento browniano, y el cuarto ‘¿La inercia de un cuerpo depende de su contenido de energía?’. Curiosamente, no fue su Teoría de la Relatividad, ni la especial ni la general, la que le valió el Premio Nobel. Recibió, sí, el Premio Nobel de física en 1921, pero por sus aportaciones al efecto fotoeléctrico, es decir, por el primer artículo citado. Se dice que no solo por la controversia y el rechazo que suscitó durante mucho tiempo entre muchos físicos, sino también porque los miembros de la Academia Sueca no consiguieron entender la Relatividad y prefirieron ahorrarse la polémica galardonándole por otro de sus méritos, sin duda importante, pero mucho menor que la Teoría de la Relatividad.

Las medidas de la luz se verían afectadas por el movimiento de la fuente; algo que no se había podido detectar. Al menos aparentemente, la luz tampoco variaba

En general, el principio de relatividad se conocía desde mucho tiempo antes. Desde los tiempos de Galileo y Newton se sabía que los cuerpos se comportan de la misma forma cuando están en reposo que cuando se mueven a velocidad constante. Galileo había planteado que, en tales condiciones, todas las leyes de la física son las mismas. Newton había aplicado el principio de la relatividad a las leyes de la mecánica. Pero de acuerdo con la teoría electromagnética formulada por Maxwell y Lorenz, la luz no seguía este principio. Según esto, las medidas de la luz se verían afectadas por el movimiento de la fuente; algo que no se había podido detectar. Al menos aparentemente, la luz tampoco variaba.

Einstein estaba convencido de que el principio de relatividad debía aplicarse a todos los fenómenos, mecánicos o electromagnéticos

De acuerdo con Maxwel, la radiación electromagnética se movía por el espacio en forma de ondas. Los físicos pensaban que el medio en que ocurría este fenómeno era el éter. Resultaba entonces lo siguiente: Si el principio de relatividad se aplicaba solo a los fenómenos mecánicos, Maxwell estaba equivocado, lo cual siendo grave, no era el fin del mundo, pero abría multitud de incógnitas y anomalías. En cambio, si se aplicaba solo a los fenómenos electromagnéticos, entonces el que estaba equivocado era Newton. Y esto sí era el fin del mundo, o casi, el de la física de los últimos dos siglos.

Einstein estaba convencido de que el principio de relatividad debía aplicarse a todos los fenómenos, mecánicos o electromagnéticos, pero admitió que cuando empezó a concebir su teoría de la relatividad, se ponía muy nervioso y se sumía en un estado de confusión.

Un evento en un cono de luz temporal. / Wikimedia – Ignacio Icke.

Con su Teoría de la Relatividad Especial consiguió superar la aparente incompatibilidad de la mecánica con el electromagnetismo. Se basó para ello en un nuevo concepto del espacio y del tiempo, a partir de dos postulados fundantes de la relatividad (especial).

El primero, que las leyes de la naturaleza son válidos en todos los marcos de referencia inerciales; el segundo, que la velocidad de la luz es una constante. Este segundo postulado implica que la velocidad de la luz es siempre la misma no importando a qué velocidad se muevan los observadores, y comporta un nuevo concepto, el de espacio-tiempo. El tiempo, por su parte, se apreciará más lento cuando alguien se aproxime a la velocidad de la luz.

Para Newton, y para la física de hasta entonces, el tiempo y el espacio eran absolutos; para Einstein son relativos y ambos quedan unificados en un solo concepto, el espacio-tiempo de cuatro dimensiones en el que vivimos.

Para llegar a sus conclusiones, Einstein tuvo que descartar la noción del éter, el paso que no supieron, o no se atrevieron a dar otros relativistas, como por ejemplo Poincaré

Para llegar a sus conclusiones, Einstein tuvo que descartar la noción del éter, el paso que no supieron, o no se atrevieron a dar otros relativistas, como por ejemplo Poincaré. Con ello explicaba la mecánica de Newton y el electromagnetismo de Maxwell, pero solo para cuerpos que en movimiento rectilíneo y uniforme, el mismo que había fundado la física moderna con Galileo. Por esto se la conoce como la teoría de la relatividad especial o restringida. Para explicar el movimiento en el mundo «real», donde los cuerpos cambian de velocidad y dirección, sujetos a una aceleración  cuya causa principal es la gravedad, tuvo que esperar diez años más, hasta que formuló la Teoría de la Relatividad General en 1915.

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