Postulados y Conceptos Clave de la Teoría de la Relatividad

1. Postulados de la Relatividad Especial

• Primer postulado: Las leyes de la física pueden expresarse mediante ecuaciones que poseen la misma forma en todos los sistemas de referencia que se muevan a velocidad constante unos respecto a otros (sistemas de referencia inerciales entre sí).
• Segundo postulado: El valor de la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 3x10⁸ ms^-1) no depende del observador que lo mide ni del movimiento de la fuente luminosa. Por tanto, esta velocidad es absoluta.

2. Contracción de la Longitud

La longitud de un objeto depende de su estado de movimiento respecto del observador que efectúa la medida.

Sea una varilla que se encuentra situada a lo largo del eje x del sistema de referencia S. Para un observador en reposo respecto a la varilla, la longitud de la misma es L. Sin embargo, para un observador que pase frente a ella con una velocidad v (observador en S'): (1)

Este hecho se conoce como contracción de Lorentz-Fitzgerald.

En un sistema de referencia en el cual se está moviendo un objeto, la longitud medida es más corta que su longitud propia.

3. Dilatación del Tiempo

Cuando un reloj se mueve respecto a un observador, su marcha respecto a otro que se encuentre en reposo respecto a dicho observador, los intervalos de tiempo se hacen más largos (dilatación del tiempo).

La transformación de Lorentz: un observador situado en el sistema de referencia S mide un intervalo de tiempo Δt como el tiempo transcurrido entre dos sucesos que transcurren en el mismo lugar, acontecidos en los instantes t₁ y t₂.

Por tanto, el intervalo de tiempo medido por el observador situado en el sistema de referencia S' es: (2)

El intervalo de tiempo Δt' medido en el sistema de referencia S', que se mueve respecto al reloj con una velocidad relativa v, es mayor que el intervalo de tiempo Δt medido en el mismo marco de referencia S en el que se encuentra el reloj.

El intervalo de tiempo medido en cualquier otro sistema de referencia es siempre mayor que el tiempo propio.

4. Introducción a la Relatividad General

Generalizó la teoría restringida de la relatividad. Esta extensión suele llamarse teoría general de la relatividad.

La idea de Einstein consistió en el siguiente experimento imaginario. Se supone que una persona se encuentra en el interior de una caja cerrada:

• Si la caja se encuentra sobre la superficie terrestre, el hombre de su interior experimentará una fuerza llamada peso: Peso = m·g
  La relación Peso/g = m' se denomina masa gravitatoria del pasajero de la caja.
• Si la caja se encuentra en el espacio vacío y mediante una fuerza se le comunica una aceleración uniforme a igual a g, el pasajero de la caja también experimenta una fuerza idéntica a la anterior e indistinguible de ella: Fuerza = m'·a
  La relación Fuerza/a = m' se denomina masa inercial del pasajero a la caja.

La persona en el interior de la caja no puede distinguir si se encuentra en un sistema acelerado o dentro del campo gravitatorio terrestre. Einstein postuló el denominado principio de equivalencia.

Principio de equivalencia: La masa inercial y la masa gravitatoria de un objeto son idénticas. Luego, hay una equivalencia total entre los campos gravitatorios y los sistemas acelerados.