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Postulados de la Relatividad Especial
Esdras Hernández
8 minutos de lectura
La Invariancia de Galileo
Muchos tienden a pensar que la Relatividad fue formulada enteramente por el físico Albert Einstein, sin embargo, esto no es del todo correcto. Muchas de las ideas que Einstein tomó para formular la relatividad fueron de Maxwell, Max Planck, Galileo, etc.
Galileo dijo que para una persona que esté en un marco de referencia en reposo o movimiento constante, no hay forma de saber la velocidad del marco de referencia en el que se está haciendo experimentos mecánicos si los hace en ese marco de referencia.
Vamos a esclarecer las cosas. Imagínate que estás en tus entrenamientos de basquetbol, tu entrenadora les pide a ti y a tus compañeros dar 5 vueltas a la cancha corriendo y botando el balón, tu comienzas tu primera vuelta con una velocidad constante, al completar la primera vuelta, pasas al lado de tu entrenadora y te dice que no botes el balón delante de ti, sino que lo botes en línea recta, en ese momento tu volteas al ver el balón botando en el suelo mientras corres y lo ves botar en línea recta. La pregunta es: ¿quién está correcto, tu o la entrenadora?
Bueno, de acuerdo con Galileo, la respuesta es que ambos tienen razón. ¿Por qué? La respuesta está en los marcos de referencia. Tu marco de referencia en ese momento es de velocidad constante o movimiento constante y el marco de referencia de tu entrenadora es el de reposo o sin movimiento, por lo que es un evento que es observado en dos marcos de referencia (puntos de vista para simplificar) diferentes, y dado que no existe un marco de referencia absoluto (que todos vean experimentos y eventos de la misma forma), se dice entonces que es relativo.
Un marco de referencia con movimiento constante es similar al comportamiento de un marco de referencia en reposo debido, en este caso, cuando tu botes el balón, verás que el balón tiene un movimiento idéntico al tuyo (que es constante) y cuando regrese a tus manos verás que el balón estará en reposo. Sin embargo, en el marco de referencia de tu entrenadora (reposo), verá un cuerpo en movimiento constante (que es el tuyo) y un balón que cuando lo botas no está en reposo, sino que iniciará con una velocidad horizontal desde el punto de vista de tu entrenadora. Con esto concluimos que el movimiento y espacio son relativos.
Ahora, si tu en algún momento te detienes para descansar unos segundos, tu marco de referencia ahora será el que tiene tu entrenadora, es decir, el reposo y cuando un compañero tuyo pase al lado tuyo con un movimiento constante verás que al botar el balón, verás que hará la forma de una parábola, que es exactamente lo que veía antes tu entrenadora.
El principio de Relatividad de Einstein
Einstein expresó su primer postulado de Relatividad de la siguiente manera:
“Todas las leyes de la física son exactamente las mismas para cada observador en cada marco de referencia que está en reposo o moviéndose con una velocidad relativa uniforme. Esto significa que no hay ningún experimento que se pueda realizar dentro de un marco de referencia que revele si éste está en reposo o moviéndose a una velocidad uniforme.”
Pero, ¿a qué se refiere Albert Einstein con esto? Este principio no es más que la invariancia de Galileo pero ahora aplicado a “todas las leyes de la física” en palabras de Einstein. Galileo afirmó esto mismo pero solamente para experimentos mecánicos o leyes mecánicas.
Los marcos de referencia en reposo o en movimiento constante son conocidos mayormente como “marcos inerciales” porque cumplen con la Primera Ley de Newton: La Ley de la Inercia. Para referirse a marcos que no están en reposo o movimiento constante son conocidos como marcos no inerciales.
Esta primera teoría que formuló Einstein se le llama Teoría de la Relatividad Especial debido a que solo funciona en marcos de referencia inerciales.
El segundo postulado que Einstein formuló, tiene que ver con la velocidad de la luz.
Años antes que Einstein, el físico escocés James Clerk Maxwell demostró que la luz es una onda electromagnética y que esta viaja a la velocidad de la luz. Einstein pensó qué pasaría si se alcanzara la velocidad de la luz, ¿qué vería? La respuesta es que tendría que ver los valles y crestas de la onda, sin embargo, esto contradecía a Maxwell que postuló que la luz no puede estar parada.
Imagina un tren que corre a 100 km/h (velocidad constante). Si una persona dentro del tren enciende un láser. Sabemos que la velocidad de la luz se mueve a 299,792,458 metros por segundo. Si un pasajero mide la velocidad del láser, obtendrá esta misma cantidad. Ahora, imagínate que hay un persona fuera del tren, es decir, un marco de referencia en reposo (el marco de referencia del tren es constante), ¿cuál sería la velocidad del láser para esa persona? Si el tren tiene una velocidad de 100 km/h y se encendió un láser dentro del tren, lo intuitivo sería sumar la velocidad del tren más la velocidad de la luz. La respuesta es que no, es decir, la velocidad de la luz no cambia con respecto a cualquier marco de referencia, ahora la pregunta es: ¿cómo sabemos esto?
