La teoria especial de la relativitat, publicada el 1905 per Einstein i una generalització important d'una sèrie d'hipòtesis anteriors, és una de les més ressonants i discutides en física.
De fet, és difícil imaginar que quan un objecte es mou a una velocitat propera a la llum, els processos físics comencen a procedir-hi d'una manera completament inusual: la seva longitud disminueix, la seva massa augmenta i el temps s'alenteix. Immediatament després de la publicació van començar els intents de desacreditar la teoria, que continuen avui dia, tot i que han passat més de cent anys. Això no és d'estranyar, perquè la qüestió de quin és l'hora fa temps que preocupa a la humanitat i ha cridat l'atenció de tothom.
Què és el relativisme
L'essència de la mecànica relativista (també és la teoria especial de la relativitat, en endavant SRT) i la seva diferència amb la mecànica clàssica s'expressa de manera vívida per la traducció directa del seu nom: el llatí relativus significa "parent". SRT postula la inevitabilitat de la dilatació del temps per a un objecte quan es mou en relació amb un observador.
La diferènciad'aquesta teoria, proposada per Albert Einstein, des de la mecànica newtoniana i rau en el fet que tots els processos en curs només es poden considerar relatius entre si o amb algun observador extern. Abans de descriure què és la dilatació relativista del temps, cal aprofundir una mica en la qüestió de la formació de la teoria i determinar per què la seva formulació es va fer possible i fins i tot obligatòria.
Els orígens de la relativitat
A finals del segle XIX, els científics van arribar a entendre que algunes dades experimentals no encaixen en la imatge del món basada en la mecànica clàssica.
Les contradiccions fonamentals van donar lloc a intents de combinar la mecànica de Newton amb les equacions de Maxwell que descriuen el moviment de les ones electromagnètiques en el buit i els mitjans continus. Ja se sabia que la llum és una ona d'aquest tipus, i s'hauria de considerar en el marc de l'electrodinàmica, però era extremadament problemàtic discutir amb la mecànica visual i, sobretot, provada en el temps.
La contradicció, però, era evident. Suposem que una llanterna està fixada davant d'un tren en moviment, que brilla cap endavant. Segons Newton, les velocitats del tren i la llum que arriba de la llanterna s'han de sumar. Les equacions de Maxwell en aquesta situació hipotètica simplement "es van trencar". Es necessitava un enfocament completament nou.
Relativitat especial
Seria incorrecte creure que Einstein va inventar la teoria de la relativitat. De fet, va recórrer als treballs i hipòtesis dels científics que van treballar abans que ell. Tanmateix, l'autor es va acostarpregunta d' altra banda i en lloc de la mecànica de Newton va reconèixer les equacions de Maxwell com a "correctes a priori".
A més del famós principi de relativitat (de fet, formulat per Galileu, però, en el marc de la mecànica clàssica), aquest enfocament va portar a Einstein a una afirmació interessant: la velocitat de la llum és constant en tots els fotogrames de referència. I és aquesta conclusió la que ens permet parlar de la possibilitat de canviar els estàndards de temps quan l'objecte es mou.
Constància de la velocitat de la llum
Sembla que l'afirmació "la velocitat de la llum és constant" no és sorprenent. Però intenta imaginar-te que estàs quiet mirant com la llum s'allunya de tu a una velocitat fixa. Segueix el raig, però segueix allunyant-se de tu exactament a la mateixa velocitat. A més, girant i volant en direcció contrària al raig, no canviareu de cap manera la velocitat de la vostra distància els uns dels altres!
Com és possible això? Aquí comença la conversa sobre l'efecte relativista de la dilatació del temps. Interessant? Aleshores, segueix llegint!
Dilatació del temps relativista segons Einstein
Quan la velocitat d'un objecte s'acosta a la velocitat de la llum, es calcula que el temps intern de l'objecte s'alenteix. Si suposem que una persona es mou paral·lela al raig de sol amb una velocitat similar, el temps per a ell deixarà de córrer. Hi ha una fórmula per a la dilatació del temps relativista, que reflecteix la seva relació amb la velocitat d'un objecte.
No obstant això, quan s'estudia aquest tema, cal recordar que cap cos amb massa pot ni tan sols assolir teòricament la velocitat de la llum.
Paradoxes relacionades amb la teoria
La relativitat especial és un treball científic i no fàcil d'entendre. Tanmateix, l'interès públic per la qüestió de quin temps és regularment dóna lloc a idees que a nivell quotidià semblen paradoxes insolubles. Per exemple, l'exemple següent desconcerta la majoria de les persones que s'inicien en SRT sense cap coneixement de física.
Hi ha dos avions, un dels quals vola recte, i el segon s'enlaira i, després d'haver descrit un arc a una velocitat propera a la de la llum, s'aconsegueix amb el primer. Com era previsible, resulta que el temps per al segon aparell (que va volar a una velocitat propera a la llum) va passar més lentament que el primer. Tanmateix, d'acord amb el postulat SRT, els marcs de referència per a ambdues aeronaus són iguals. Això vol dir que el temps pot passar més lentament tant per a un com per a l' altre dispositiu. Sembla que això és un carreró sense sortida. Però…
Resolució de paradoxes
De fet, l'origen d'aquest tipus de paradoxes és un malentès del mecanisme de la teoria. Aquesta contradicció es pot resoldre mitjançant un experiment especulatiu conegut.
Tenim un cobert amb dues portes que formen un pas de pas i un pal una mica més llarg que la longitud del cobert. Si estirem el pal de porta en porta, no podran tancar-nos o simplement ens trencaran el pal. Si el pal, volant cap al graner,tindrà una velocitat propera a la velocitat de la llum, la seva longitud disminuirà (recordeu: un objecte que es mou a la velocitat de la llum tindrà una longitud zero), i en el moment que es trobi dins del graner, podem tancar i obrir el portes sense trencar els nostres accessoris.
En canvi, com en l'exemple amb l'avió, és el graner el que hauria de disminuir respecte al pal. La paradoxa es repeteix i, pel que sembla, no hi ha sortida: ambdós objectes es redueixen de forma sincrònica. Tanmateix, recordeu que tot és relatiu i solucioneu el problema canviant l'hora.
Relativitat de la simultaneïtat
Quan la vora davantera del pal està dins, davant de la porta d'entrada, podem tancar-la i obrir-la, i en el moment que el pal s'enfili completament al cobert, farem el mateix amb la part posterior. porta. Sembla que no ho fem al mateix temps i l'experiment va fracassar, però aquí resulta el més important: d'acord amb la teoria especial de la relativitat, els moments de tancament d'ambdues portes es troben al mateix punt de la eix del temps.
Això passa perquè els esdeveniments que ocorren simultàniament en un marc de referència no seran simultanis en un altre. La dilatació relativista del temps es manifesta en la relació dels objectes, i tornem a la generalització absolutament quotidiana de la teoria d'Einstein: tot és relatiu.
Hi ha un detall més: la igu altat dels sistemes de referència és rellevant en SRT, quan tots dos objectes es mouen de manera uniforme i rectilini. Tan bon punt un dels cossos comença a accelerar o desaccelerar, el seu marc de referència esdevé únicpossible.
Paradoxa bessona
La paradoxa més famosa que explica la dilatació del temps relativista "d'una manera senzilla" és un experiment mental amb dos germans bessons. Un d'ells vola en una nau espacial a una velocitat propera a la velocitat de la llum, mentre que l' altre roman a terra. En tornar, el germà astronauta descobreix que ell mateix ha envellit 10 anys i el seu germà, que es va quedar a casa, n'ha fet fins a 20.
El panorama de conjunt ja hauria de quedar clar per al lector a partir de les explicacions anteriors: per al germà de la nau espacial, el temps s'alenteix perquè la seva velocitat s'aproxima a la velocitat de la llum; no podem acceptar el marc de referència relatiu al germà a terra, ja que resultarà no inercial (només un germà experimenta sobrecàrregues).
M'agradaria destacar una altra cosa: independentment del grau que arribin els oponents en la disputa, la realitat és que el temps en el seu valor absolut es manté constant. No importa quants anys un germà vola en una nau espacial, continuarà envellint exactament al mateix ritme que passa el temps en el seu marc de referència, i el segon germà envellirà exactament al mateix ritme; la diferència només es revelarà quan es troben, i no en cap altre cas.
Dilatació del temps de la gravetat
En conclusió, cal destacar que hi ha un segon tipus de dilatació del temps, ja associada a la teoria general de la relativitat.
Fins i tot al segle XVIII, Mitchell va predir l'existència del vermelldesplaçament, el que significa que quan un objecte es mou entre zones amb una gravetat forta i feble, el temps per fer-ho canviarà. Malgrat els intents d'estudiar la qüestió de Laplace i Zoldner, només Einstein va presentar un treball complet sobre aquest tema el 1911.
Aquest efecte no és menys interessant que la dilatació del temps relativista, però requereix un estudi a part. I això, com diuen, és una història completament diferent.
