Teoría de la Relatividad Especial de Einstein: Postulados y Consecuencias

Relatividad del Movimiento

El movimiento se describe dependiendo del observador. La velocidad de la luz y las ondas electromagnéticas requieren de un medio material para transmitirse, el éter, que llena todo el espacio. Cualquier cosa que se moviera lo haría a través de este. Michelson y Morley hicieron un experimento para demostrar la existencia del éter (analogía de la bicicleta y el viento).

La Teoría de Einstein

La teoría de la relatividad especial establece que:

• Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia que se mueven en línea recta y a rapidez constante.
• La velocidad de la luz medida en el vacío es igual para todos los observadores que la determinan desde un sistema de referencia que se mueve a velocidad constante y en línea recta.

Dilatación del Tiempo

El tiempo depende del movimiento del observador y del movimiento observado. Se puede usar un reloj que mida intervalos periódicos, como el péndulo. La distancia más larga que recorre el destello luminoso al describir una trayectoria diagonal debe dividirse en un tiempo más largo para tener el valor de la rapidez de la luz.

Contracción de la Longitud

Tanto el espacio como el tiempo sufren cambios para un objeto en movimiento. Para un observador externo, un objeto en movimiento parece contraerse en la dirección del movimiento, y la magnitud de la contracción está relacionada con la magnitud de la dilatación del tiempo. Para una rapidez ordinaria, la magnitud de la contracción es muy pequeña, pero cuando la rapidez es de orden relativista, la contracción es apreciable.

Cambio de la Masa con la Velocidad

Según la segunda ley de Newton, la aplicación de una fuerza constante aumentaría infinitamente la velocidad de un objeto. Sin embargo, al aumentar la velocidad, la masa también aumenta.

Equivalencia entre Masa y Energía

La masa no es más que una forma de energía. Se necesita energía para crear masa y se libera energía cuando la masa desaparece. La energía y la masa son lo mismo; la masa es la energía "congelada". La energía de un objeto en reposo es su masa.

Cuantización de la Energía

Max Planck propuso que los átomos emiten y absorben energía no de manera continua, sino en pequeñas porciones llamadas "cuantos", hoy conocidos como fotones. Los fotones no tienen energía en reposo, y su energía total es igual a su energía cinética.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la expulsión de electrones de ciertos materiales fotosensibles cuando la luz incide en ellos.

Dualidad Onda-Partícula

Las ondas pueden tener comportamientos corpusculares. La energía está asociada a la onda como partícula.

Ondas de Broglie

Las partículas y los cuerpos se pueden comportar como ondas bajo condiciones adecuadas.

Ondas de Probabilidad

Valores grandes de la "función de onda" indican una alta probabilidad de que la partícula esté presente, y un valor muy pequeño indica que la presencia de la partícula es poco probable.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

No es posible establecer la posición y la cantidad de movimiento de una partícula exactamente y al mismo tiempo.

Postulados de la Relatividad Especial

• Primer postulado: Todos los movimientos son relativos y los marcos de referencia son arbitrarios (ejemplo: azafata y moneda).
• Segundo postulado: La luz siempre se propaga en el vacío con una velocidad constante c, que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor y del estado de movimiento del observador.