Teoría de la relatividad I

La física moderna aparece en el siglo XX por la necesidad de explicar fenómenos o eventos que van más allá de lo cotidiano o que no son descritos o explicados de manera satisfactoria por las leyes de la física clásica. Estudia fenómenos a un nivel subatómico y atómico, describe sistemas a nivel microscópico, estudia el comportamiento de dichas partículas y los factores que lo originan. De igual modo algunos eventos ocurren a velocidades cercanas a la luz, sin embargo, esto no establece que la física moderna se encuentre exenta de los eventos cotidianos. Mientras que la física clásica se valía de certezas, la física moderna se basa en probabilidades. Para su estudio, se divide en: Relatividad y física cuántica.

Teoría de la relatividad:

Formulada por Albert Einstein, revolucionó la cosmovisión y el paradigma científico gobernado, hasta ese entonces, por la física clásica. No solo trajo cambios de conceptos y variables físicas básicas, sino que permitió la construcción y el empleo de diversas herramientas que son fundamentales para la vida humana actual, por ejemplo: Las conexiones inalámbricas, sistemas de rastreo satelital, teléfonos celulares, transmisión global de radio y televisión.

También nos permite dar una explicación adecuada a ciertos fenómenos como: La diferencia diminuta de 45 microsegundos de la hora brindada por relojes satelitales y los de la Tierra, o la precisión que se obtiene de 5 metros en pocos segundos en los sistemas GPS. Está teoría está conformada por dos partes que fueron publicadas en diferentes años:

Relatividad especial:

Publicada en 1905. Sus postulados principales son:

Afirmación de que el suceso de los fenómenos físicos depende del punto de vista del observador. Otro ejemplo, aparte del clásico ejemplo del tren, es: Cuando una persona esta quieta en un punto, otra persona cerca a esta podría afirmar lo mismo, pero un observador del espacio diría que se mueve, debido a que la Tierra realiza el movimiento de rotación y traslación al mismo tiempo y a una determinada velocidad. 

Es por ello que el espacio y el tiempo se deforman dependiendo del punto o sistema de referencia, a través de experimentos se ha confirmado que el tiempo se ralentiza al estar en aviones, trenes o cohetes espaciales. Esta deformación es perceptibles a velocidades cercanas a la luz, pero en eventos cotidianos es casi inapreciable.

La velocidad de luz es una constante y es absoluta en toda dirección y para cualquier sistema de referencia. Por ello los conceptos de espacio y tiempo (considerados absolutos por la física clásica) ahora son relativos y variables para que el valor de la constante permanezca. A mayor rapidez se puede observar que el tiempo se ralentiza y las distancias se acortan. En el caso de que un cuerpo que trate de alcanzar la velocidad de la luz ganaría mucha más masa en el proceso y esto conllevaría a la producción de mucho más trabajo para mantener dicho cuerpo en movimiento, por ello se dice que ningún cuerpo puede alcanzar dicha velocidad.

La famosa fórmula de la equivalencia entre energía y materia. Está fórmula permitió que la humanidad ingrese a la era nuclear. Con esta fórmula se afirma que la masa no es más que una forma concentrada de energía que puede ser liberada y que la materia podría ser transformada en energía y viceversa. La letra “m” expresa en unidades de masa la resistencia de un cuerpo o material al cambio de su velocidad originado por una fuerza externa. Cuanto más grande sea su masa, presentará mayor resistencia.

Es por ello que un cuerpo con poca masa puede producir una gran cantidad de energía, un ejemplo clásico es el de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki en la que se utilizaron 64 kg de uranio-235 y 6.2 kg de plutonio respectivamente. Otro caso es el uso de reactores nucleares que provocan la fisión de átomos para capturar mayor energía liberada, esto es debido a que el núcleo de un átomo concentra más energía que la nube electrónica. O también la obtención de energía por fusión nuclear como fuente de energía alternativa, limpia y eficiente (el sol produce energía por fusión nuclear).