Teoría de la relatividad de Einstein en la vida real..!!
(Imagen: © agsandrew | Shutterstock.com)
Implicaciones profundas
La relatividad es una de las teorías científicas más famosas del siglo XX, pero ¿qué tan bien explica las cosas que vemos en nuestra vida cotidiana?
Formulada por Albert Einstein en 1905, la teoría de la relatividad es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todas partes. La teoría explica el comportamiento de los objetos en el espacio y el tiempo, y puede usarse para predecir todo, desde la existencia de agujeros negros , hasta la flexión de la luz debido a la gravedad, hasta el comportamiento del planeta Mercurio en su órbita.
La teoría es engañosamente simple. Primero, no hay un marco de referencia "absoluto". Cada vez que mides la velocidad de un objeto, o su impulso, o cómo experimenta el tiempo, siempre está en relación con otra cosa. Segundo, la velocidad de la luz es la misma sin importar quién la mida o qué tan rápido vaya la persona que la mide. Tercero, nada puede ir más rápido que la luz. [ Física retorcida: 7 hallazgos alucinantes ]
Las implicaciones de la teoría más famosa de Einstein son profundas. Si la velocidad de la luz es siempre la misma, significa que un astronauta que va muy rápido en relación con la Tierra medirá los segundos más lentamente que un observador terrestre, el tiempo esencialmente se ralentiza para el astronauta, un fenómeno llamado dilatación del tiempo .
Cualquier objeto en un campo de gravedad grande está acelerando, por lo que también experimentará dilatación del tiempo. Mientras tanto, la nave espacial del astronauta experimentará una contracción de longitud, lo que significa que si tomara una fotografía de la nave espacial mientras volaba, parecería que fue "aplastada" en la dirección del movimiento. Para el astronauta a bordo, sin embargo, todo parecería normal. Además, la masa de la nave espacial parecería aumentar desde el punto de vista de las personas en la Tierra.
Pero no necesariamente necesita una nave espacial que se acerque a la velocidad de la luz para ver efectos relativistas. De hecho, hay varios casos de relatividad que podemos ver en nuestra vida diaria, e incluso las tecnologías que usamos hoy en día que demuestran que Einstein tenía razón. Aquí hay algunas formas en que vemos la relatividad en acción.
Electroimanes
El magnetismo es un efecto relativista, y si usas electricidad puedes agradecer a la relatividad por el hecho de que los generadores funcionan en absoluto.
Si toma un bucle de cable y lo mueve a través de un campo magnético, genera una corriente eléctrica. Las partículas cargadas en el cable se ven afectadas por el campo magnético cambiante , que obliga a algunas de ellas a moverse y crea la corriente.
Pero ahora, imagine el cable en reposo e imagine que el imán se está moviendo. En este caso, las partículas cargadas en el cable (los electrones y los protones) ya no se mueven, por lo que el campo magnético no debería afectarlos. Pero lo hace, y todavía fluye una corriente. Esto muestra que no hay un marco de referencia privilegiado.
Thomas Moore, profesor de física en el Pomona College en Claremont, California, utiliza el principio de la relatividad para demostrar por qué la Ley de Faraday , que establece que un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica, es cierta.
"Dado que este es el principio central detrás de los transformadores y generadores eléctricos, cualquiera que use electricidad está experimentando los efectos de la relatividad", dijo Moore.
Los electroimanes también funcionan a través de la relatividad . Cuando una corriente continua (CC) de carga eléctrica fluye a través de un cable, los electrones se desplazan a través del material. Normalmente, el cable parecería eléctricamente neutro, sin carga neta positiva o negativa. Esa es una consecuencia de tener aproximadamente el mismo número de protones (cargas positivas) y electrones (cargas negativas). Pero, si coloca otro cable al lado con una corriente CC, los cables se atraen o repelen entre sí, dependiendo de la dirección en que se mueva la corriente. [ 9 Datos interesantes sobre los imanes ]
Suponiendo que las corrientes se mueven en la misma dirección, los electrones en el primer cable ven los electrones en el segundo cable como inmóviles. (Esto supone que las corrientes tienen aproximadamente la misma fuerza). Mientras tanto, desde la perspectiva de los electrones, los protones en ambos cables parecen estar en movimiento. Debido a la contracción de la longitud relativista, parecen estar más espaciados, por lo que hay más carga positiva por longitud de cable que carga negativa. Dado que las cargas similares se repelen, los dos cables también se repelen.
Las corrientes en las direcciones opuestas resultan en atracción, porque desde el punto de vista del primer cable, los electrones en el otro cable están más agrupados, creando una carga negativa neta. Mientras tanto, los protones en el primer cable están creando una carga neta positiva y se atraen cargas opuestas.
Sistema de Posicionamiento Global
Para que la navegación GPS de su automóvil funcione con tanta precisión como lo hace, los satélites deben tener en cuenta los efectos relativistas. Esto se debe a que, aunque los satélites no se mueven a una velocidad cercana a la de la luz, siguen avanzando bastante rápido. Los satélites también están enviando señales a estaciones terrestres en la Tierra. Estas estaciones (y la unidad GPS en su automóvil) están experimentando aceleraciones más altas debido a la gravedad que los satélites en órbita.
Para obtener esa precisión milimétrica, los satélites usan relojes que son precisos a unas pocas billonésimas de segundo (nanosegundos). Dado que cada satélite se encuentra a 12,600 millas (20,300 kilómetros) sobre la Tierra y se mueve a aproximadamente 6,000 millas por hora (10,000 km / h), hay una dilatación del tiempo relativista que aumenta aproximadamente 4 microsegundos cada día. Agregue los efectos de la gravedad y la cifra aumenta a aproximadamente 7 microsegundos. Eso es 7,000 nanosegundos.
La diferencia es muy real: si no se contabilizaran los efectos relativistas, una unidad GPS que le indica que está a media milla (0.8 km) de la próxima estación de servicio estaría a 5 millas (8 km) de distancia después de solo un día. [ Las 10 principales invenciones que cambiaron el mundo ]
Color amarillo del oro
La mayoría de los metales son brillantes porque los electrones en los átomos saltan desde diferentes niveles de energía u "orbitales". Algunos fotones que golpean el metal son absorbidos y reemitidos, aunque a una longitud de onda más larga. Sin embargo, la mayor parte de la luz visible solo se refleja.
El oro es un átomo pesado , por lo que los electrones internos se mueven lo suficientemente rápido como para que el aumento de masa relativista sea significativo, así como la contracción de la longitud. Como resultado, los electrones giran alrededor del núcleo en caminos más cortos, con más impulso. Los electrones en los orbitales internos transportan energía que está más cerca de la energía de los electrones externos, y las longitudes de onda que se absorben y reflejan son más largas. [ Sinister Sparkle Gallery: 13 piedras preciosas misteriosas y malditas ]
Las longitudes de onda más largas de luz significan que parte de la luz visible que normalmente se reflejaría se absorbe, y esa luz está en el extremo azul del espectro. La luz blanca es una mezcla de todos los colores del arco iris , pero en el caso del oro, cuando la luz se absorbe y se vuelve a emitir, las longitudes de onda suelen ser más largas. Eso significa que la mezcla de ondas de luz que vemos tiende a tener menos azul y violeta. Esto hace que el oro parezca de color amarillento, ya que la luz amarilla, naranja y roja tiene una longitud de onda más larga que el azul.
El oro no se corroe fácilmente
El efecto relativista en los electrones del oro también es una razón por la cual el metal no se corroe ni reacciona con nada más fácilmente.
El oro tiene solo un electrón en su capa externa, pero aún no es tan reactivo como el calcio o el litio. En cambio, los electrones en oro, siendo "más pesados" de lo que deberían ser, están todos más cerca del núcleo atómico. Esto significa que no es probable que el electrón más externo esté en un lugar donde pueda reaccionar con cualquier cosa, es igual de probable que se encuentre entre sus electrones compañeros que están cerca del núcleo.
El mercurio es un líquido
Similar al oro, el mercurio también es un átomo pesado , con electrones mantenidos cerca del núcleo debido a su velocidad y el consiguiente aumento de masa. Con el mercurio, los enlaces entre sus átomos son débiles, por lo que el mercurio se derrite a temperaturas más bajas y generalmente es un líquido cuando lo vemos.
Tu viejo televisor
Hace solo unos años, la mayoría de los televisores y monitores tenían pantallas de tubo de rayos catódicos. Un tubo de rayos catódicos funciona disparando electrones a una superficie de fósforo con un gran imán. Cada electrón forma un píxel iluminado cuando golpea la parte posterior de la pantalla. Los electrones se dispararon para hacer que la imagen se moviera hasta un 30 por ciento de la velocidad de la luz. Los efectos relativistas son notables, y cuando los fabricantes dieron forma a los imanes, tuvieron que tener en cuenta esos efectos.
Ligero
Si Isaac Newton hubiera tenido razón al suponer que hay un marco de descanso absoluto, tendríamos que encontrar una explicación diferente para la luz, porque no sucedería en absoluto.
"No solo no existiría el magnetismo, sino que la luz tampoco existiría, porque la relatividad requiere que los cambios en un campo electromagnético se muevan a una velocidad finita en lugar de instantáneamente", dijo Moore, de Pomona College. "Si la relatividad no hiciera cumplir este requisito ... los cambios en los campos eléctricos se comunicarían instantáneamente ... en lugar de a través de ondas electromagnéticas, y tanto el magnetismo como la luz serían innecesarios".
Fuente: SPACE
Comentarios
Publicar un comentario