Teoria de la relativitat

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
Nota de desambiguació.svg Desambiguació : aquí es refereix a la "relativitat". Si esteu buscant el principi de la relativitat, vegeu Principi de la relativitat .
Negatiu de la placa d' Arthur Eddington que representa l'eclipsi solar del 1919, usada per demostrar la desviació gravitatòria de la llum predita per la relativitat general

En física, la teoria de la relativitat significa un conjunt de teories basades en el principi que la forma de les lleis de la física ha de ser invariable al canvi del sistema de referència .

El primer principi de la relativitat va ser formulat per Galileu pel que fa a la invariancia de les lleis de la mecànica clàssica entre sistemes de referència inercial en moviment relatiu, un principi estès per Einstein a les lleis de l’ electromagnetisme amb la teoria especial de la relativitat . El desenvolupament de la relativitat general i el consegüent principi de covariància general van permetre estendre el principi de la relativitat també a marcs de referència no inercials . [1]

Relativitat galileana

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: la relativitat galileana i el principi d’inèrcia .

La ciència moderna comença amb la suposició fonamental, deguda a Galileu Galilei , que les lleis de la mecànica tenen la mateixa forma matemàtica respecte a qualsevol sistema de referència en què s’apliqui el principi d’inèrcia . Aquesta suposició, definida el 1609, s’anomena avui el principi de relativitat de Galilea.

Des del punt de vista matemàtic, les transformacions galileanes , és a dir, les equacions que regeixen els canvis de coordenades d’un sistema de referència a un altre que estan relacionades amb la relativitat galileana , basades en la igualtat de les lleis de la mecànica en cada marc de referència inercial. velocitat constant en comparació amb la primera.

Les transformacions galileanes, vàlides amb una excel·lent aproximació en els casos en què es pot suposar que la velocitat de la llum és infinita respecte a altres velocitats, com en la mecànica clàssica , no tenen validesa en altres camps, com per exemple en electromagnetisme .

Relativitat d’Einstein

Cap al final del segle XIX, Ernst Mach i diversos altres físics van xocar amb els límits de la relativitat galilenca, no aplicables als fenòmens electromagnètics; entre aquests, Hendrik Lorentz va aconseguir obtenir transformacions consistents amb l'electromagnetisme.

Representació espai-temporal de la relativitat especial

Per tant, Albert Einstein es va trobar amb dues transformacions: les de Galileo, vàlides en mecànica clàssica, i les de Lorentz, vàlides per a l’electromagnetisme, però mancades d’un suport teòric convincent. La situació era molt insatisfactòria ja que aquestes dues transformacions i els principis de relativitat que s’hi associaven eren incompatibles. Amb Einstein, la teoria de la relativitat va tenir un nou desenvolupament i avui tendim a associar el nom del físic alemany amb aquesta teoria. La seva teoria consta de dos models matemàtics diferents, anomenats:

Relativitat restringida

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: relativitat restringida .

La relativitat especial, també anomenada relativitat especial, va ser presentada per Einstein amb l’article Zur Elektrodynamik bewegter Körper ( Sobre l’electrodinàmica dels cossos en moviment ) del 1905 , per conciliar el principi de relativitat de Galilea, que inclou el principi de la composició de les velocitats , amb el equacions d’ones electromagnètiques , en què la velocitat de la llum s’expressa com una constant, és a dir, independent del sistema de referència.

Anteriorment, amb aquest propòsit, s’havien proposat algunes teories que es basaven en l’existència d’un mitjà de propagació d’ones electromagnètiques, l’ èter , que havia de constituir un sistema de referència privilegiat; tanmateix, cap experiment no havia estat capaç de mesurar la velocitat d'un cos respecte a l'èter. En particular, gràcies a l’ experiment de Michelson-Morley , es va demostrar que la velocitat de la llum és constant en totes direccions independentment del moviment de la Terra, no afectada per l’anomenat vent èter . La teoria d'Einstein va descartar completament el concepte d'èter, que ja no forma part de la física.

Els postulats de la relativitat especial es poden afirmar de la següent manera:

  • primer postulat ( principi de la relativitat ): totes les lleis físiques són iguals en tots els sistemes de referència inercials;
  • segon postulat ( invariancia de la velocitat de la llum ): la velocitat de la llum al buit té el mateix valor en tots els sistemes de referència inercials, independentment de la velocitat de l'observador o de la font.

És possible comprovar que les transformacions de Lorentz satisfan el segon postulat: si per a un observador en un marc inercial la velocitat de la llum és c , també ho serà per a qualsevol altre observador en un marc inercial que es mogui respecte al seu propi.

Les lleis de l’electromagnetisme, en forma d’ electrodinàmica clàssica , no canvien sota les transformacions de Lorentz i, per tant, satisfan el principi de la relativitat.

Relativitat general

Icona de la lupa mgx2.svg Mateix tema en detall: relativitat general .
Curvatura de l'espai-temps en la relativitat general

La teoria de la relativitat general es va presentar com una sèrie de conferències a l' Acadèmia de Ciències de Prússia , a partir del 25 de novembre de 1915 , després d'una llarga fase d'elaboració. Hi ha una llarga controvèrsia sobre la publicació d’equacions de camp entre el matemàtic alemany David Hilbert i Einstein; no obstant això, alguns documents atribueixen amb confiança la primacia a Einstein.

El fonament de la relativitat general és la suposició, coneguda com a principi d’equivalència , que una acceleració no es pot distingir localment dels efectes d’un camp gravitatori i, per tant, que la massa inercial és igual a la massa gravitatòria. Les eines matemàtiques necessàries per desenvolupar la relativitat general van ser introduïdes prèviament per Gregorio Ricci Curbastro ( 1853 - 1925 ) que bàsicament va introduir el que ara es coneix com a càlcul tensorial [2] .

Tot i que va demostrar ser molt precisa al llarg del temps, la relativitat general es va desenvolupar independentment de la mecànica quàntica i mai no es va reconciliar amb ella, tot i que la física quàntica podria incloure la relativitat especial. Els límits de la relativitat general són essencialment el tractament dels estats de la matèria en què les interaccions gravitacionals i quàntiques arriben a tenir el mateix ordre de magnitud, fins a les singularitats gravitatòries . Entre les evolucions teòriques proposades, les més conegudes i les més investigades són la teoria de cordes i la gravitació quàntica en bucle .

Nota

  1. ^ L'expressió teoria de la relativitat també s'utilitza en llenguatge comú per referir-se a les teories de la relativitat especial o de la relativitat general , com a exemples més coneguts del principi de relativitat.
  2. ^ Biografies - Gregorio Ricci-Curbastro , a imss.fi.it. Consultat el 18 de juliol, 2010.

Bibliografia

Articles relacionats

Altres projectes

Enllaços externs

Control de l'autoritat Thesaurus BNCF 22174 · LCCN (EN) sh85112497 · GND (DE) 4049363-5 · BNF (FR) cb11932745v (data) · NDL (EN, JA) 00.571.478
Relativitat Portal de la relativitat : accediu a les entrades de Wikipedia relacionades amb la relativitat