TRABAJO DE CIENCIAS

Prologo

El presente librito pretende dar una idea lo más exacta posible de la teoría de la relatividad, pensando en aquellos que, sin dominar el aparato matemático de la física teórica, tienen interés en la teoría desde el punto de vista científico o filosófico general. La lectura exige una formación de bachillerato aproximadamente y —pese a la brevedad del librito— no poca paciencia y voluntad por parte del lector. El autor ha puesto todo su empeño en resaltar con la máxima claridad y sencillez las ideas principales, respetando por lo general el orden y el contexto en que realmente surgieron. En aras de la claridad me pareció inevitable repetirme a menudo, sin reparar lo mas mínimo en la elegancia expositiva; me atuve obstinadamente al precepto del genial teórico L. Boltzmann, de dejar la elegancia para los sastres y zapateros. Las dificultades que radican en la teoría propiamente dicha creo no habérselas ocultado al lector, mientras que las bases físicas empíricas de la teoría las he tratado deliberadamente con cierta negligencia, para que al lector alejado de la física no le ocurra lo que al caminante, a quien los arboles no le dejan ver el bosque. Espero que el librito depare a más de uno algunas horas de alegre entretenimiento.

Diciembre de 1916. A. EINSTEIN

LA CONCEPCIÓN CLÁSICA DE LA RELACIÓN ESPACIO-TIEMPO Y DE LA LUZ

Galileo Galilei

Físico italiano estudioso de las matemáticas, la astronomía, la física y la medicina. En física estudió el movimiento de los proyectiles, demostrando que un proyectil lanzado desde un móvil en movimiento describe una trayectoria diferente dependiendo del sistema de referencia tomado.

Si lanzamos un proyectil hacia arriba y observamos su movimiento desde el vehículo veremos que sube y baja verticalmente, pero si lo observamos desde el terreno veremos que los dos movimientos se superponen.

Estas ideas son la base de la transformación de Galileo o Relatividad Galileana, que relaciona los movimientos observados desde dos sistemas inerciales siempre que éstos se realicen a velocidades pequeñas. (

En relación a la velocidad de la luz)

En el estudio realizado por Galileo el tiempo es idéntico en ambos sistemas de referencia. El funcionamiento de dos relojes, situados cada uno en un sistema, es aparentemente independiente de la velocidad con que se mueven dichos sistemas. Esta característica hace fiable la transformación de Galileo para experiencias ordinarias, pero muchos años después se demostraría que no es aplicable a experiencias donde la velocidad se aproxima a la de la luz en el vacío. (300.000 Km. /s)

Por lo tanto, los tiempos de los diferentes sistemas inerciales (aquellos en los que la primera ley de Newton es válida; se cumple que: "un cuerpo en reposo permanece en reposo, y un cuerpo en movimiento permanece en movimiento con velocidad constante en línea recta, siempre que ninguna fuerza externa actúe sobre él o la resultante de todas las fuerzas sea cero") dependen de la velocidad.

NATURALEZA Y VELOCIDAD DE LA LUZ

La velocidad de la luz está muy relacionada con la Teoría de la Relatividad, por esta razón estudiaré la evolución de los experimentos y teorías relacionadas con la luz: su naturaleza y su velocidad.

Respecto a su velocidad todos podríamos pensar, que la medición de la velocidad de la luz es igual que la del sonido, la de un cuerpo..., dicho de otra forma, basta con medir la distancia recorrida y el tiempo necesario para recorrerla.

Pero es mucho más difícil que eso, pues la velocidad de la luz es muy grande, de manera que tendremos que medir distancias muy grandes o intervalos de tiempo muy pequeños.

El primer intento de medir la velocidad de la luz fue a principios del siglo XVII y lo realizó Galileo.

Fue un método bastante sencillo e inválido, pues consistía en que dos observadores con linternas se situaban a 1.500 metros de distancia. Uno encendía su linterna y cuando el otro veía el destello encendía la suya, entonces tendrían la distancia (3 Km.) y el tiempo empleado, por lo tanto obtendrían la velocidad de la luz. (Pero ésta es tan grande que no les daba tiempo a encender la linterna a tiempo y su error era enorme)

Varias décadas después, en 1675, Olaf Roerme observó que los satélites de Júpiter son eclipsados por el mismo Júpiter y que estos eclipses suceden más rápidamente cuando dicho planeta se acerca a la Tierra que cuando se aleja.

De estas observaciones concluyó que la velocidad de la luz era de 2,3 • 105 Km/seg. , dado que tardaba 22 minutos (en realidad tarda 16,5 minutos) en cruzar la órbita terrestre que mide 3 • 108 Km.

A mitad del siglo XIX Fizeau perfeccionó el experimento de Galileo e hizo pasar un haz de luz entre dos dientes de una rueda dentada, 8633m. Detrás de la cual había situado un espejo que reflejaba este haz. Midiendo la velocidad de rotación de la rueda que era necesaria para que la luz no chocara contra el diente cuando volvía, se halló el valor aproximado de la velocidad de la luz, 310000km/s.

Hacia 1881 dos científicos estadounidenses, Michel son y Mor ley, intentaron demostrar que la velocidad de la luz variaba si ésta se movía a favor o en contra del movimiento de rotación de la Tierra. Este experimento dio un resultado negativo, lo que significaba que la velocidad de la luz es exactamente la misma en cualquier dirección. La velocidad de la luz en el vacío es siempre de 299792,458 km/s. (con un margen de 0.3 km.)

Hasta ahora he hablado de la velocidad de la luz y de los métodos utilizados para medirla. Ahora estudiaremos su naturaleza.

Hace ya varios siglos, Newton se había inclinado a favor de que la luz fuera una corriente de corpúsculos mientras que otros, entre ellos C. Huygens, defendían que la luz consiste en la propagación de una perturbación ondular del medio.

Las dos teorías explicaban lo que se sabía de la luz en el siglo XVIII, cada una explicaba ciertos fenómenos de la luz y dejaba sin explicación otros, pero la reputación de Newton decantó la balanza a su favor.

A finales de siglo apareció Thomas Young, que llevó a cabo un experimento crucial: hizo pasar un rayo de luz a través de dos ranuras estrechas y descubrió que se producían interferencias (anteriormente ya se sabía que cualquier clase de ondas producen interferencias al pasar por ranuras), este experimento parecía dejar claro que la luz estaba formada por ondas. Más tarde, Agustín Fresnal revalidó la teoría ondular, y aseguró que la luz estaba constituida por ondas transversales.

En 1864 J.C. Maxwell dio el golpe definitivo y expuso la teoría electromagnética de la luz. Es decir, la luz no es una onda mecánica sino una forma de onda electromagnética

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