La relativitat espacial
Intentar entendre la teoria de la Relativitat és un bon exercici mental.
Explicar la teoria de la Relativitat Especial sense fórmules, aquest és el propòsit d'aquest article escrit en castellà del bloc Tamiz.
La teoria de la Relativitat es divideix en dues parts l'Espacial i la General.
- La Relativitat Espacial explica el moviment dels cossos quan es mouen a velocitat constant, sense accelerar.
- La Relativitat General explica el moviment dels cossos quan s'acceleren i de pas explica com és que els planetes giren al voltant de les estrelles.
A continuació faig un resum de l'article sobre la Teoria de la Relativitat Espacial:
La situació de la física relativa a la llum i el moviment al 1905, quan l'Einstein va publicar la seva Teoria de la Relativitat Especial era la següent:
- El principi de Relativitat de Galileu: imagina que tu i un teu amic us moveu un cap a l'altre en el buit, sense res al voltant i a velocitat constant. Tu et pensaries que estàs quiet i és l'altre el que ve cap a tu, i ell pensaria el mateix de tu.
- Però aquest principi no serveix per a les ones.
- La llum és una ona, però a diferència de les ones de so o d'aigua no necessita un mitjà físic per a propagar-se. Però si la llum no es propaga per un mitjà físic, com és que es propaga? es creu que existeix un éter invisible per on es propaga la llum.
- Si l'éter es mou vol dir que existeix un punt fix en l'únivers d'on ve l'éter.
- Si l'éter es mou també vol dir que la llum que s'emet en la mateixa direcció de l'éter s'ha de propagar a una velocitat diferent de si s'emet la mateixa llum en una altra direcció.
Es fa ver un experiment (Michelson i Edward Morley) per mesurar la direcció i velocitat de l'éter i sorprenentment el resultat va ser del tot negatiu: la llum té sempre la mateixa velocitat, independentment de la direcció !
El resultat de l'experiment tenia unes implicacions extraordinàries:
- o bé la terra estava totalment quieta, o sigui que la terra és el centre de l'univers (cosa poc probable).
- o bé no existeix l'éter i la velocitat de la llum en el buit sempre és la mateixa, independentment d'on vingui i de qui la mesuri.
Einstein va creure en aquesta segona opció i va fer els següents postulats:
- No existeix un punt fix en l'únivers. El principi de Relativitat de Galileu serveix per a tots els objectes en moviment a velocitat constant, fins i tot les ones. Així doncs quan diem que estem quiets, és perquè ens movem igual que la terra que prenem com a referència, però la terra es mou a través de la galàxia i la galàxia es mou a través de l'univers.
- La velocitat de la llum al buit sempre és de 300.000 km/s independentment d'on vingui i qui ho mesuri. Així si es va amb una nau espacial a 10.000 km/s per l'espai amb una llanterna, la llum de la llanterna no sortirà a 310.000 km/s, sinó que sortirà a 300.000 km/s !
- Dilatació del temps: Suposem que veiem com una nau que córrer a 10.000 km/s es mou en la mateixa direcció que un raig de llum. El nostre sentit comú ens faria pensar que des de la nau si mesuren la velocitat del raig de llum donaria 300.000-10.000=290.000 km/s, però no és així. Des de la nau mesuren la velocitat del raig de llum igual que nosaltres, això només pot passar si el temps dins de la nau passa més a poc a poc que des del nostre punt. Com més ràpid et mous el temps passa més lentament.
- Dilatació de l'espai: En un segon el raig de llum des de la nau espacial pot moure's 300.000 km, i des del nostre lloc també en un segon el raig de llum recórrer 300.000 km, però com que un segon a la nau no és el mateix que un segon per a nosaltres, aleshores, els 300.000 km per la nau tampoc no són els 300.000 km per a nosaltres. Com més ràpid et mous l'espai que tenim al davant s'apropa.
- Dos fets simultanis per a un no són simultanis per un altre. És lògic pensar que si el temps i l'espai no és el mateix per a tothom, dos coses que semblen que passin alhora des de la terra, es veuran que passen en moments diferents des de la nau a 10.000km/s.
- Dilatació de la massa. La quantitat de moviment d'un objecte es mesura multiplicant la seva massa per la seva velocitat. Si la velocitat és relativa, aleshores la massa també ho ha de ser per contrarestar. Com més velocitat més massa es té.
Conclusió: una nau a la velocitat de la llum tindria una massa infinita, el temps pels navegants seria eternament lent i l'espai davant seu seria infinitament curt.
El més curiós de tot és que la teoria de la relativitat especial va ajudar a entendre fenòmens que curiosos que s'han descobert molts anys més tard. Hi ha unes partícules subatòmiques que només tenen poquíssim temps de vida, però curiosament tenen temps d'arribar de l'espai a la superfície de la terra. Se sap que es mouen quasi a la velocitat de la llum, però tot i així no tindrien temps d'arribar a la superfície de la terra. La única explicació és que per a les partícules l'espai s'ha dilatat i tot ho tenen més a prop.[@more@]
