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Teoría de la relatividad los comienzos

Anotado por Carlos

Ayer estuvimos, comentando teorías varias, relatividad, agujeros negros, creación del universo, vamos lo normal, y acabé pensando en escribir un post sobre el tema. Me voy a centrar en los orígenes, los teóricos del éter. (Ruego disculpen las inexactitudes físicas, pero es que uno hace lo que puede, lo que recuerda y aquí, ya que se puede, utiliza un lenguaje de ir por casa). Cuando se pensó que la luz era una onda, enseguida surgió el acalorado debate (posiblemente en los cafés de las universidades) de en qué medio se movía esa onda, pues toda onda necesita de un medio para moverse. Los entendidos de la época Maxwell y Testa vamos casi nada, daban por supuesto que ese medio existía y era llamado éter. El problema surgió cuando alguien se tomó en serio medir el éter. La teoría era apasionante, si el éter existe, entonces la luz se desplazará a la velocidad del éter más la velocidad de la luz. Eso era prometedor porque podrían decir el éter está quieto, midamos la velocidad absoluta de la Tierra, El Sol y todo el universo. el éter prometía un marco de referencia estable. Bueno a lo que iba que me voy por las ramas De esta idea surgió el famoso experimento de Michelson-Morley. La idea, como todo, es sencilla mandemos dos rayos de luz uno perpendicular a otro y entonces seguro que uno llega al centro antes que el otro, el que va a favor de la velocidad del éter, la realización complicada, como todo también. La idea en esencia para que la entendamos los científicos modernos criados con matlab y matemática es medir la diferencia de fase de las dos luces y ver cual va retrasada. Se lo curraron un montón, pensaron todo para medir con exactitud tanto la dirección como la amplitud de dicha velocidad y lo que pasó fue el mayor y más productivo fracaso de la historia. Los dos rayos llegaban exactamente a la vez !!! Os podéis imaginar como les sentó esto a los pobres Michelson y Morley. Gracias a Dios llegó Lorentz con una solución Ad hoc del problema. Esta solución venía a decir que un cambio de sistema de referencia, para el mundo de las ondas, no era igual que para el mundo de la materia donde un objeto Ob se mueve respecto al sistema A a velocidad v y A se mueve respecto de B con velocidad vA entonces tenemos que la velocidad del objeto respecto de B es claramente v'=v+vA. Entonces Lorentz dijo que como demostraron Michelson y Morley eso no es cierto para el electromagnetismo. Ponemos el objeto como el rayo de luz, el sistema A es el éter y el B la tierra la velocidad del rayo respecto del éter es c entonces si la velocidad de la tierra es vt la velocidad de la luz respecto de la tierra hubiese sido ct=vt+c pero era c otra vez. Así que Lorentz ideó una formula que funcionase y esta fue: v'=(v+vA)/(1+v*vA/c^2), si v vale c entonces para el nuevo sistema de referencia sigue siendo c. Y si v*vA es pequeño respecto a c^2 entonces tenemos las ecuaciones de toda la vida. Según el mismo Lorentz era una solución válida, funcionaba, pero cutre. Entonces llegó Enstein y estudió este panorama, ummm pensó esto es muy raro: ¿qué la luz se mueve igual para cualquier sistema en movimiento? ¿y si eso fuese válido no sólo para el mundo electromagnético sino también para el mundo real, el de la materia? y aquí empezó todo. Ahora hacemos un pequeño experimento mental, imaginemos que la Tierra T y Marte M están separados por la distancia d cte. Lanzamos un rayo de luz hacia M evidentemente a velocidad c, entonces tardará en llegar a Marte t=d/c por otro lado los jovianos J que se mueven respecto a Marte con velocidad vJM quieren calcular cuanto tarda en llegar ese mismo rayo(acordemonos que la velocidad de la luz sigue siendo c así tenemos que ese rayo tardará en llegar: t'=d'/(c-vJM) entonces evidentemente si d=d' entonces t<>t' y si t=t' -> d<>d'. Así nuestro amigo se encontró con ese enorme galimatías si el tiempo es constante para los jovianos la distancia de la Tierra a Marte es distinta que para los terrícolas. O el tiempo en que tarda en ir un rayo de uno a otro es diferente. Eso significaría que los relojes de los terrícolas avanzan más despacio. Por este motivo decimos que el tiempo y la distancia son relativos al observador que los mide. Dos sucesos (salida del rayo, llegada del rayo) no tienen porque estar separados la misma distancia ni el mismo tiempo para distintos sistemas de referencia. continuará ...

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8 Comments:

14/12/06 00:04: Blogger KikoLlan said...  

¡Muy buena iniciativa la de revisar la teoría de la relatividad!

A mi personalmente siempre me ha resultado curioso que el desarrollo científico más famoso y laureado del siglo XX -en realidad, un siglo repleto de ciencia- se sustente en tantos elementos no ortodoxos: un experimento "fallido" (M&M), unas formulas sacadas de la manga (Lorentz), y un sospechoso -el tiempo- elegido por eliminación ;-)

14/12/06 10:01: Blogger Carlos said...  

Bueno, sólo espero que se entienda por lo menos la relatividad especial que es la fácil. Y aprovechar esta oportunidad para que se comente los inconvenientes de la teoría, recordemos que es una teoría, sólo una teoría.

14/12/06 15:30: Blogger Emilio said...  

La verdad es que la teoría de la relatividad siempre me ha resultado algo infumable, aunque no me he metido a estudiarla a fondo. Pero venga, ya que estamos, aprovecho a ver si aprendo algo. Te voy poniendo mis dudas por fascículos, a ver si me voy aclarando. De momento, primer párrafo:

"Cuando se pensó que la luz era una onda, enseguida surgió el acalorado debate (posiblemente en los cafés de las universidades) de en qué medio se movía esa onda, pues toda onda necesita de un medio para moverse."

¿Por qué necesita un medio? De ser así,¿por qué no se mueve en el aire cómo el sonido? Se supone que en la atmósfera hay aire y la luz se desplaza por ella. ¿Para qué necesitas inventarte un medio?

"Los entendidos de la época Maxwell y Testa vamos casi nada, daban por supuesto que ese medio existía y era llamado éter. El problema surgió cuando alguien se tomó en serio medir el éter."

Aparte de que no sé quién es Testa...:P ¿Que es medir el éter? ¿Su volumen? ¿Su densidad?

"La teoría era apasionante, si el éter existe, entonces la luz se desplazará a la velocidad del éter."

¿?¿?¿? ¿Porque la luz se mueva a través del éter, se mueve a su misma velocidad?

Aunque normalmente te suelo tocar las narices, lo cierto es que esas dudas me surgen de verdad. Si me entero hasta aquí, sigo preguntando...

14/12/06 16:05: Blogger KikoLlan said...  

A la espera de que Carlos se pronuncie , aporto mi granito de arena:

"¿Por qué necesita un medio? De ser así,¿por qué no se mueve en el aire cómo el sonido?"

El aire es el medio por el que se desplaza el sonido. Necesitas un medio para que se produzca una cadena de acción-reacción.

"¿Que es medir el éter? ¿Su volumen? ¿Su densidad?"

Lo fundamental era probar que existe. De hecho como no existe, era muy muy difícil.

"La teoría era apasionante, si el éter existe, entonces la luz se desplazará a la velocidad del éter."

Creo recordar -aunque aquí resbalo- que la analogía buena es pensar en un río. Si tiras una piedra, crearás una onda esférica con respecto al agua, pero que desde la orilla "verás" como un ovalo, porque la onda se desplaza con el agua (como la luz con el éter).

14/12/06 18:44: Blogger Emilio said...  

"El aire es el medio por el que se desplaza el sonido."

Vale, y lo que respiramos ¿y? :) Me explico, según lo veo yo, el aire está ahí, y punto. Si el sonido tiene que llegar de un punto A a B y en medio hay aire, se tendrá que propagar por él. Si no hubiera aire, no sería físicamente posible que se desplazará, y no lo haría (aunque yo discrepo, porque en star wars se oyen los disparos, y eso es dogma de fe).
Siguiendo con la comparación, si la luz tiene que llegar de un punto A a B y en medio hay aire... pues se tendrá que propagar por él también,
¿no? ¿Que es eso de inventarse "otra cosa"? ¿Vaya huevos, no? Lo que hay es aire.

"Necesitas un medio para que se produzca una cadena de acción-reacción."

Ajá. Eso más o menos lo entiendo. Entonces, ¿lo de la velocidad de la luz en el vacío? (aunque entiendo que con esto posiblemente me estoy adelantando...)

15/12/06 01:09: Blogger Carlos said...  

Me encanta este blog.

"Ondas y el medio"

Hay que poner todo en su contexto, cuando se inventaron estas teorías hay que recordar que las ondas conocidas eran: ondas en el agua (olas), sonido, sísmicas, movimiento ondulatorio de una cuerda (sí el niño que juega y la guitarra que suena) ... y en todas ellas hay partículas que excitan a sus vecinas y estas excitan a las siguientes. Y se había comprobado que cuando no hay medio dejan de propagarse y que sólo se propagan en determinados medios. Cuando se vio que la luz tenía las propiedades de una onda y que como partícula tenía que viajaba en el vacío, los defensores de la teoría de la onda podían eliminar la de la partícula si encontraban el medio por el que se propagaba la luz.

Siguiendo con la comparación, si la luz tiene que llegar de un punto A a B y en medio hay aire... pues se tendrá que propagar por él también,
¿no? ¿Que es eso de inventarse "otra cosa"? ¿Vaya huevos, no? Lo que hay es aire.


En mi opinión este es un gran comentario. Y no puedo evitar estar contigo, Pero lo que pensaron me imagino que fue algo como que cuando se toma aire y se hace el vacío la luz sigue pasando, eso significaba que lo que quedaba era el éter, así el éter estaba presente en el aire. Entonces se pensó en un medio que estuviese en todas partes y que fuese éter. Y sí, tienes razón se equivocaron, pero realmente tras la relatividad especial el éter sigue siendo una posibilidad, no se demuestra su inexistencia, sólo que si no se pueden medir sus efectos de ninguna forma, lo normal es que no exista. Pero seguro que te preguntas porqué el éter de la botella no puede estar quieto en vez de moverse con su hermano mayor el universal es una gran pregunta, lo pensaron (creo) porque la luz es una onda transversal no longitudinal, y las ondas transversales no se transmiten en fluidos. así el éter era como un bloque elástico sólido muy grande, pero de densidad ínfima

¿Porque la luz se mueva a través del éter, se mueve a su misma velocidad?

Si tu y yo estamos hablando en un vagón tren desde un extremo a otro, bien cerrado, que se mueve a 200Km/h estarás de acuerdo que el sonido que va de uno a otro se desplazará a 1.200 Km/h (más o menos). Pero si un observador fuera del tren midiese la velocidad de dicho sonido este se movería a 1.400 Km/h respecto a él. Ahora bien si nos ponemos encima del vagón he intentamos hablar, entonces tenemos que para el observador exterior la velocidad del sonido de nuestras voces viaja de uno a otro a una velocidad de 1.200 Km/h porque se desplaza sobre un aire que está en reposo respecto a él, mientras que para nosotros el sonido viajaría a 1.000 Km/h de uno a otro. Conclusión la velocidad de una onda depende de la velocidad del medio sobre el que se transmita.

Ahora bien, para la luz si yo enciendo la linterna dentro del tren la luz viajará de uno a otro a una velocidad de c para nosotros. Pero lo cabreante es que para el observador exterior, pesado, que quiere medir la velocidad de ese rayo de luz esta sigue valiendo c y no c+200Km/h. (esta es la gran suposición de Enstein) upppsss como te puedes imaginar esto trae muchas complicaciones, como ya he comentado en el post y veremos en el próximo

15/12/06 11:07: Blogger Carlos said...  

Uppsss te había entendido mal,

¿Porque la luz se mueva a través del éter, se mueve a su misma velocidad?

tienes razón y ya está corregido. Se mueve a la velocidad de la luz más la velocidad del éter, perdón, eso era lo que quería decir.

15/12/06 18:07: Anonymous Anónimo said...  

Discrepo en lo de
"Gracias a Dios llegó Lorentz..."

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