distorsiones en el espacio y el tiempo

Más de 200 años después de la publicación de Principia, el mundo todavía no comprendía el mecanismo de la gravedad. Introduzca Albert Einstein—un hombre que iba a cambiar el mundo de muchas maneras. Pero antes de llegar a su trabajo, tendremos que tomar un desvío más.,

no se puede decir si te estás moviendo (a una velocidad constante)

en 1632, incluso antes de que Newton publicara su ahora famosa obra, Galileo Galilei escribió sobre el movimiento relativo de objetos familiares en su tiempo: barcos.

si estás en una habitación cerrada en un barco que navega a una velocidad constante y el viaje es perfectamente suave, los objetos se comportan como lo harían en tierra. No hay ningún experimento físico que puedas llevar a cabo para saber si estás en movimiento o estacionario (suponiendo que no estés espiando por un ojo de buey)., Esta es la idea central detrás de la relatividad, y es la misma razón por la que no sentimos el movimiento de nuestro planeta alrededor del sol, o el movimiento de nuestro sistema solar a través de la galaxia.

El espacio y el tiempo están vinculados

casi 300 años después de Galileo, Einstein reflexionó sobre las consecuencias de la relatividad en el contexto de un factor importante: la velocidad de la luz., Él no era la única persona que estaba reflexionando sobre estos temas—otros físicos en ese momento eran conscientes de que había preguntas sin respuesta en este frente. Pero fue Einstein quien formuló una teoría – su teoría de la relatividadglossarialrelatividadespecial la teoría de Einstein sobre la relación entre el espacio y el tiempo, la constancia de la velocidad de la luz, y el hecho de que la física debe ser la misma en todos los Estados uniformes de movimiento—para explicar los fenómenos existentes y crear nuevas predicciones., Al principio, la relatividad especial puede no parecer tener mucho que ver con la gravedad, pero fue un trampolín esencial para Einstein para entender la gravedad.

Los relojes en movimiento se mueven más lentamente

Los experimentos durante el tiempo de Einstein habían demostrado que la velocidad de la luz parecía ser constante. No importa lo rápido que intente ponerse al día, la luz siempre parece alejarse de usted a casi 300,000,000 metros por segundo.

¿por Qué es esto importante? Bueno, imaginemos construir un reloj con la luz misma., Dos espejos se colocan uno frente al otro, y una «garrapata» del reloj es el tiempo que tarda una partícula de luz en viajar de un lado al otro y de regreso.

Ahora vamos a imaginar que su amigo, que está en una nave espacial calma del pasado de la Tierra, tiene uno de estos relojes., Para su amigo, el reloj parece estar funcionando normalmente: las partículas de luz viajan hacia arriba y hacia abajo, como se esperaba, y el tiempo continúa de la manera habitual. Pero desde su perspectiva, viendo pasar la nave, la luz se mueve tanto hacia arriba como hacia abajo y hacia un lado, con la nave. La luz viaja una distancia más larga con cada garrapata.,

así que si, para el viajero espacial, la luz viaja a 300,000,000 m / s, pero solo tiene que viajar hacia arriba y hacia abajo; y para el observador terrestre, la luz viaja a 300,000,000 m / s, pero debe viajar una distancia diagonal más larga; entonces para el observador terrestre, el reloj tarda más en «marcar».,

este efecto se denomina dilatación del tiempodelonglossarytime dilatationla ralentización del tiempo para un observador en relación con otro. Cuanto más rápido se viaja a través del espacio, más lento se viaja a través del tiempo.

la perspectiva importa

pero ¿de quién es el tiempo realmente ralentizado? ¿Es la persona en la Tierra, viendo a su amiga pasar en su nave espacial? ¿O la astronauta, que argumenta que se queda quieta mientras la Tierra pasa volando?

extrañamente, ambos puntos de vista son válidos, pero solo mientras ambos están en movimiento constante.

para ilustrar, supongamos que cuando el astronauta dejó la Tierra, ella y su amiga tenían la misma edad. Cuando ella se va, la nave espacial acelera lejos de la Tierra. Cuando regresa, la nave espacial se desacelera para evitar un aterrizaje forzoso. Tanto al salir como al regresar, la nave espacial Cambia su marco de referencia. marco de referencia perdido el entorno físico de un observador que involucra su estado de movimiento., Una persona que viaja en un automóvil se encuentra en un marco de referencia diferente que alguien que viaja en un automóvil que va a una velocidad o dirección diferente, o un peatón al lado de la carretera, o alguien que viaja por encima de un avión, etc. y nuestro astronauta puede sentir el cambio de movimiento. Los experimentos realizados dentro de la nave espacial durante la aceleración y desaceleración mostrarían que algo está cambiando. Esto rompe la simetría de la situación, y cuando la nave espacial aterrice en la Tierra, Nuestra astronauta realmente será más joven que su contraparte terrestre.,

los efectos solo se notan si viajaban muy, muy rápido, pero todavía es cierto que cuando los astronautas y pilotos de combate de hoy regresen de una misión de alta velocidad, habrán envejecido un poquito menos que el resto de nosotros durante esa misión.

las cuatro dimensiones del espacio-tiempo

Siguiendo de esto, en lugar de pensar en tres dimensiones del espacio y una dimensión separada del tiempo, podemos considerarlas como cuatro dimensiones del «espacio-tiempo». Cuanto más rápido se viaja a través del espacio, más lento se viaja a través del tiempo, y viceversa.,

los objetos en movimiento se contraen en el espacio

otra consecuencia de la relatividad especial es que los objetos en movimiento rápido parecen contraerse en tamaño, en la dirección de su movimiento. (Y de nuevo, esto se voltea dependiendo de la perspectiva desde la que estés mirando.)

esto se debe a la distorsión del tiempo: después de todo, puede medir la longitud de algo por la cantidad de espacio que algo viaja a través del tiempo (por ejemplo, años luz, segundos luz). Y si bien es difícil imaginar medir la longitud de un objeto en movimiento desde la perspectiva de otra persona, la contracción de la longitud es un efecto real y físico, y no solo un resultado de mediciones imprecisas.,

a diferencia de las diferencias de edad que pueden surgir de la dilatación del tiempo, no hay efectos residuales debido a la contracción de la longitud una vez que el objeto en movimiento y el observador se reúnen.

comprender la gravedad

La descripción de Einstein de la gravedad conduce a situaciones tan extrañas como la relatividad especial—¡viaje en el tiempo incluido!

la aceleración y la gravedad pueden ser indistinguibles

Imagine despertar en una nave espacial, acelerando a través del espacio., Al igual que te empujan hacia atrás en el asiento de un automóvil que acelera, la nave espacial que acelera te empuja hacia el lado opuesto al que está acelerando. A un cierto ritmo de aceleración, un conjunto de escalas podría decirte que pesas exactamente lo mismo que cuando estás en casa en la Tierra.

¿hay algún experimento físico que pueda hacer dentro de los confines de su nave espacial para saber si realmente estaba acelerando a través del espacio (suponiendo que no hubiera ventanas desde las que mirar), o si, en cambio, estaba dentro de una nave espacial estacionaria en la superficie de la Tierra? Einstein dijo que no-al igual que Galileo imaginó la indistinguibilidad entre una persona dentro de un barco de vela suave (confinado sin ventanas) y una persona en tierra, Einstein se dio cuenta de que los efectos de la aceleración y la gravedad eran indistinguibles también., A esto se le llama principio de equivalencia perdida.los efectos de estar en un campo gravitacional son indistinguibles de los efectos de estar en un marco de referencia acelerado.

warps Space under accelerated motion

Una vez que Einstein había formulado el principio de equivalencia, la gravedad se volvió menos misteriosa., Podía aplicar su conocimiento de la aceleración para comprender mejor la gravedad.

Usted puede saber que la aceleración no siempre significa un cambio en la velocidad, como cuando se acelera en un coche, empujando a la parte posterior de su asiento. También puede significar un cambio de dirección, como cuando das la vuelta a una rotonda, haciendo que te inclines hacia el lado del coche.

para extender esto aún más, imaginemos un paseo de carnaval cilíndrico donde usted y sus compañeros de viaje están anclados a la superficie exterior. El cilindro gira cada vez más rápido hasta que la aceleración se alivia y el movimiento se mantiene constante., Pero incluso una vez que la velocidad es constante, aún sientes el movimiento acelerado: te sientes atrapado en el borde exterior del viaje.

Si este paseo giratorio fuera lo suficientemente grande y se moviera a una velocidad lo suficientemente rápida, comenzarías a notar algunos efectos extraños dentro del viaje en sí, no solo desde el punto de vista de alguien que está parado fuera de él.,

con cada rotación, los que están en el borde del recorrido recorren toda la circunferencia del cilindro, mientras que en el Centro, apenas hay movimiento. Así que si alguien se parara en el centro del viaje (tal vez sostenido por un corsé, evitando que cayera al borde), notaría todos esos efectos extraños que vimos bajo la relatividad especial: que los que están en el borde se contraerán en longitud y sus relojes marcarán a un ritmo más lento.,

la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo

el principio de equivalencia nos dice que los efectos de la gravedad y la aceleración son indistinguibles. Al pensar en el ejemplo del paseo cilíndrico, vemos que el movimiento acelerado puede deformar el espacio y el tiempo. Es aquí donde Einstein conectó los puntos para sugerir que la gravedad es la deformación del espacio y el tiempo. La gravedad es la curvatura del universo, causada por cuerpos masivos, que determina el camino que recorren los objetos. Esa curvatura es dinámica, moviéndose como esos objetos se mueven.,

Esta teoría, relatividadglossaryrelativitygeneral la teoría de la gravedad destein, predice todo, desde las órbitas de las estrellas hasta la colisión de asteroides y manzanas que caen de una rama a la tierra, todo lo que hemos llegado a esperar de una teoría de la gravedad.,

Spacetime agarra la masa, diciéndole cómo moverse… Mass grips spacetime, telling it how to curve Physical John Wheeler