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CONCEPTOS DE ESPACION Y TIEMPO
Einstein se dio a la tarea, de revisar el significado de los conceptos clásicos de espacio y de tiempo. Esto era necesario, para poder hacer viables los trabajos, que inmediatamente antes habían realizado Lorentz y Poincaré, para explicar los resultados negativos de algunos experimentos tales como los de adición de velocidades de Fizeau [1]- [2] y el de medición de la velocidad de la tierra a través del ether de Michelson.
Einstein tuvo el valor de rectificar las nociones de espacio absoluto y tiempo absoluto, que eran vigentes desde Newton. La noción más difícil de modificar, resultó ser la noción de simultaneidad de dos eventos en sistemas de referencia diferentes.El espacio antes de Einstein se concibió con base en los procedimientos de medición de la tierra, lo que constituye la geometría euclidiana. A su vez Newton concibió el tiempo como un ente absoluto independiente del observador, que lo mide. Einstein llegó a la conclusión de que tanto el tiempo como el espacio deben ser relativos al observador, que los mide. Porque fue necesaria la teoria de la ralatividad especial?
El problema de adición de velocidades Las observaciones acerca de la velocidad a la cual la luz viaja nos dan muestras de que el modelo de Newton para el espacio y el tiempo falla. Pero estas fallas no se hacen evidentes hasta que nosotros intentamos describir fenomenos moviendose a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
Una de las razones por las cuales la teoria especial de la relatividad de Einstein fue necesaria fue debido a los problemas que surgieron cuando cientificos notaron que la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia inerciales, independiente de la velocidad del observador o de la velocidad de la fuente que la emite.El problema de la adición de la velocidad es ilustrado en las figuras 1 y 2. En la figura 1 nosotros observamos el marco de referencia para el conductor del carro verde o marco de referencia en reposo. Para el conductor del carro verde, en su marco de referencia en reposo, el carro rojo viaja a una velocidad V cuando un objeto amarillo sale volando del carro rojo a una velocidad U.
Figura 1:
En la figura 2 esta ilustrado el punto de vista del conductor del carro rojo. Para el conductor del carro rojo, el objeto amarillo sale volando de su ventana hacia adelante a una velocidad U', mientras el carro verde esta viajando hacia atras. En el problema de adicion de velocidades surge la siguiente pregunta:
Figura 2:
Dadas V y U' que es U?
Si nosotros usamos el modelo de relatividad de Newton para contestar esta pregunta tenemos que U=V+U'.
Suponga como Newton creyo, que los conductores del carro verde y del carro rojo miden el tiempo y la distancia simultaneamente. De acuerdo con el conductor del carro rojo, en el tiempo T la distancia del objeto amarillo desde su carro es Xball=U'T. En el mismo tiempo T en el marco de referencia del carro verde, el carro rojo ha viajado la distancia Xcar = VT. De acuerdo con el conductor del carro verde, el total de la distancia recorrida por el objeto amarillo es igual a la distancia recorrida por el carro rojo desde el carro verde mas la distancia recorrida por el objeto amarillo desde el carro rojo:
X=Xcar + Xball = VT + U'T = (V+U')T
Pero
X = UT
Entonces tenemos por tanto la formula de adición de velocidades:
U = V + U'
Así, por ejemplo, si el carro rojo va a 50 km/h y el conductor del carro rojo mide la velocidad del objeto amarillo que sale de su ventana a una velocidad de 90 km/h, entonces el conductor del carro verde debe medir que la velocidad del objeto amarillo es 140 km/h, debido a que V = 50 km/h, U' = 90 km/h y dada la formula de adición de velocidades tenemos entonces que U = V + U' = 140 km/h. ¿Suena razonable verdad?
Bien, ahora suponga que V es igual a la mitad de la velocidad de la luz, y U' es igual a la velocidad de la luz (probablemente el objeto amarillo es un pulso de laser). Ahora, a cuanto equivale U? La formula de adición de velocidades nos dice que U debe ser igual a una y un medio veces la velocidad de la luz.
Esto es contrario al comportamiento observado por los científicos en la naturaleza. Por esta razón el modelo Newtoniano del tiempo no es un buen modelo en este caso.
