Historia de la relatividad especial para niños
La teoría de la relatividad surgió para resolver algunos misterios y problemas que los científicos encontraron a principios del siglo XX con las ideas que se tenían sobre el espacio, el tiempo y el movimiento.
Contenido
¿Qué se sabía antes de 1900 sobre la relatividad?
Las ideas de Maxwell sobre la luz
A partir de 1861, un científico llamado James Clerk Maxwell creó unas ecuaciones muy importantes. Estas ecuaciones describen cómo se mueven las ondas electromagnéticas, como las ondas de radio o la luz. Según su teoría, la velocidad de la luz siempre debería ser la misma, sin importar si la persona que la mide se está moviendo o no.
Esto era un problema, porque en la mecánica newtoniana (las leyes de movimiento de Isaac Newton), las velocidades se suman. Imagina que vas en un cohete a 7 kilómetros por segundo (km/s) con respecto a la Tierra. Si lanzas una pelota hacia adelante a 1 km/s desde el cohete, la pelota se moverá a 8 km/s con respecto a la Tierra (7 + 1 = 8). Si la lanzas hacia atrás, se moverá a 6 km/s (7 - 1 = 6).
Pero las ecuaciones de Maxwell decían que si el cohete emitiera un rayo de luz, ya sea hacia adelante o hacia atrás, la velocidad de la luz medida desde la Tierra sería siempre la misma. ¡No se sumaría ni se restaría!
El experimento de Michelson y Morley
Para comprobar esto, en 1887, los científicos Albert Abraham Michelson y Edward Morley hicieron un experimento muy famoso. Usaron la propia Tierra como si fuera el cohete. La Tierra se mueve alrededor del Sol a unos 30 km/s. Ellos querían ver si la velocidad de la luz cambiaba cuando se medía en la dirección del movimiento de la Tierra o en una dirección diferente.
El resultado fue sorprendente: no encontraron ninguna diferencia. La velocidad de la luz era siempre la misma. Esto confirmó la teoría de Maxwell y puso en duda la existencia de algo llamado "éter". Antes se pensaba que el éter era una sustancia invisible que llenaba todo el espacio y por donde viajaba la luz. Pero si la velocidad de la luz no cambiaba, ¿para qué servía el éter?
Las ideas de Ernst Mach
Los estudios de Ernst Mach sobre el movimiento y la inercia (la resistencia de un objeto a cambiar su movimiento) también influyeron en Albert Einstein. Mach creía que solo se debía estudiar lo que se podía medir y observar directamente. Él pensaba que el "tiempo" no era algo absoluto, sino una idea que creamos los humanos.
Esta idea de que no existe un "tiempo absoluto" ni un "espacio absoluto" fue muy importante para el joven Einstein. Él leyó los libros de Mach y se dio cuenta de que todas las fuerzas y fenómenos podían explicarse en términos de movimiento relativo, es decir, cómo se mueven las cosas unas con respecto a otras. Para lograr esto, Einstein tuvo que crear una nueva forma de entender la gravedad.
Nuevas formas de entender el movimiento
Las transformaciones de Lorentz
Para intentar explicar los resultados del experimento de Michelson y Morley, el científico Hendrik Lorentz propuso en 1895 unas nuevas fórmulas matemáticas, llamadas "transformaciones de Lorentz". Estas fórmulas ayudaban a que la velocidad de la luz fuera constante para todos los observadores.
Lorentz sugirió que los objetos que se mueven se acortan un poco en la dirección de su movimiento (esto se llama "contracción de Lorentz") y que el tiempo pasa de forma diferente para ellos (esto se llama "dilatación del tiempo"). Sus ideas ayudaron a unir las leyes de Newton con las leyes del electromagnetismo.
El trabajo de Henri Poincaré
El físico francés Henri Poincaré también estudió estas transformaciones. Él notó que cuando las velocidades son mucho más lentas que la velocidad de la luz, las leyes de Lorentz se parecen mucho a las leyes de Newton. Poincaré también habló del "principio de relatividad", que dice que las leyes de la física deben ser las mismas para todos los observadores que se mueven a una velocidad constante.
Pasos hacia la relatividad especial
Varios científicos hicieron descubrimientos importantes que llevaron a la teoría de la relatividad:
- En 1887, Woldemar Voigt publicó una versión temprana de las transformaciones de Lorentz.
- En 1889, George Francis FitzGerald sugirió que la contracción de la longitud podría explicar el experimento de Michelson-Morley.
- En 1895, Hendrik Lorentz introdujo el concepto de "hora local", explicando que eventos que parecen simultáneos para un observador, podrían no serlo para otro que se mueve.
- En 1898, Henri Poincaré dijo que la idea de que dos eventos ocurren al mismo tiempo en lugares diferentes es algo que acordamos por convención.
- En 1900, Joseph Larmor publicó las transformaciones correctas y predijo la dilatación del tiempo.
- En 1900, Poincaré también sugirió que la energía de la radiación podría tener una masa equivalente, usando la fórmula E/c².
- En 1902, Poincaré rechazó la idea de un espacio y tiempo absolutos, diciendo que solo podemos entender los movimientos relativos.
- En 1904, Lorentz mejoró sus transformaciones y mostró cómo la masa de un objeto cambia con su velocidad.
- En 1904, Poincaré habló del "principio de relatividad" con más confianza, diciendo que las leyes físicas son las mismas sin importar si un observador está en reposo o en movimiento uniforme.
- En 1905, Poincaré publicó un artículo donde discutía el trabajo de Lorentz y presentó las transformaciones de Lorentz en su forma moderna.
El artículo de Einstein de 1905
En septiembre de 1905, Albert Einstein publicó su famoso artículo "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". En este trabajo, Einstein llegó a las mismas ecuaciones que Lorentz, pero de una manera diferente. Él se basó en dos ideas principales:
1. El principio de relatividad: Las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven a una velocidad constante. 2. La constancia de la velocidad de la luz: La velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma para todos los observadores, sin importar cómo se muevan.
Einstein no necesitó la idea del "éter" para explicar sus resultados. Por eso, muchos científicos decidieron que el éter no era necesario.
Más tarde, Max Planck sugirió el término "relatividad" para describir las ideas de Einstein. El término "especial" se añadió después para diferenciarla de la teoría general de la relatividad, que Einstein desarrolló más tarde.
En noviembre de 1905, Einstein publicó otro artículo muy importante: "¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético?". En este artículo, Einstein fue el primero en proponer que si un objeto pierde energía (por ejemplo, al emitir calor o luz), su masa disminuye. Esto llevó a la famosa fórmula de equivalencia masa-energía: E = mc². Esta ecuación muestra que la masa y la energía son dos formas de lo mismo, y que incluso un objeto en reposo tiene una gran cantidad de energía.
Véase también
En inglés: History of special relativity Facts for Kids
Publicaciones importantes
Aquí puedes encontrar algunos de los trabajos científicos originales que se mencionan en este artículo:
- Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik 17(1905), 891-921. (Artículo de Einstein de 1905)
- Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?, Annalen der Physik 18(1905), 639-641. (Artículo de Einstein sobre E=mc²)
- El Movimiento Relativo de la Tierra y el Eter, H. A. Lorentz, 1892.
- La science et l'hypothèse. París: E. Flamarion, 1902. (Libro de Henri Poincaré)
Galería de imágenes
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Albert Einstein, el científico que formuló la teoría de la relatividad especial y general.
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James Clerk Maxwell, cuyas ecuaciones sobre el electromagnetismo fueron clave.
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Hendrik Antoon Lorentz, quien propuso las transformaciones que llevan su nombre.
