ESPACIO-tiempo: desde los griegos a Gravity Probe B 2

Espacio-tiempo de Einstein:

Relatividad especial

La Física a finales del siglo XIX se encontraba en crisis: hubo perfectamente buenas teorías de la mecánica (Newton) y electromagnetismo (Maxwell), pero no parecen estar de acuerdo. La Luz era conocida por ser un fenómeno electromagnético, pero no obedece a las mismas leyes de la mecánica como asunto. Experimentos de A. de Albert Michelson (1852-1931) y otros en la década de 1880 mostraban que siempre viaja con la misma velocidad, independientemente de la velocidad de su fuente. Los físicos mayores lucharon con esta contradicción de diversas maneras. En 1892 George F. FitzGerald (1851-1901) y Hendrik A. Lorentz (1853-1928) independientemente encontraron que podrían conciliar teoría y experimentar si se postula que el aparato detector fue cambiando su forma y tamaño en una forma característica que depende de su estado de movimiento. En 1898, J. Henri Poincaré (1854-1912) sugirió que los intervalos de tiempo, así como la longitud, pueden ser dependiente del observador, y especuló incluso (en 1904) que la velocidad de la luz podría ser un "límite insuperable".

Michelson

LorentzFitzGerald          Poincaré

Sin embargo, ninguno de estos eminentes físicos, reunieron a toda la historia. Que se dejó el joven Albert Einstein (1879-1955), quien ya comenzó abordando el problema de una manera nueva, a la edad de dieciséis años (1895-6) Cuando preguntó como qué sería viajar junto con un rayo de luz. En 1905 había demostrado que los resultados de FitzGerald y de Lorentz seguida de una de las hipótesis simple pero radical: las leyes de la física y la velocidad de la luz deben ser la misma para todos los observadores uniformemente móviles, independientemente de su estado de movimiento relativo. Para que esto sea cierto, espacio y tiempo ya no pueden ser independientes. Más bien, son "convertidos" entre sí de tal manera que mantengan la velocidad de la luz constante para todos los observadores. (Esto es por qué al moverse los objetos parecen encoger, como la sospecha de FitzGerald y Lorentz, y observadores en movimiento puede medir el tiempo diferente, como se especuló por Poincaré.) Espacio y tiempo son relativos (es decir, que dependen del movimiento del observador que les mide) — y la luz es más fundamental que cualquiera. Esta es la base de la teoría de Einstein de la relatividad especial ("special" refiere a la restricción al movimiento uniforme).

La cuarta dimensión

Einstein no bien terminó el trabajo, sin embargo. Contrariamente a la creencia popular, no llegaría a la conclusión que el espacio y el tiempo podrían considerarse como componentes de un tejido único espacio-tiempo tetradimensional. Que insight provenía de Hermann Minkowski (1864-1909)(Izquierda), quien lo anunció en un coloquio de 1908 con las dramáticas palabras: "espacio adelante por sí mismo y el tiempo por sí solo, están condenados a desvanecerse en meras sombras, y sólo un tipo de Unión de los dos será preservar una realidad independiente".

Espacio-tiempo tetradimensional de Minkowski se muestra a menudo en forma de un diagrama bidimensional lightcone, con los ejes horizontales que representa el "espacio" (x) y el eje vertical "tiempo" (ct). Las paredes del cono se definen por la evolución de un destello de luz que pasa del pasado (cono inferior) para el futuro (cono superior) hasta el presente (origen). Toda la realidad física está dentro de este cono; la región fuera ("otros") es inaccesible porque uno tendría que viajar más rápido que la luz para llegar a ella. Las trayectorias de todos los objetos reales se encuentran a lo largo de "propagamos" dentro del cono (como la que se muestra aquí en rojo). La naturaleza aparentemente estática de esta imagen, en que la historia no parece "pasar" pero es más bien "ya ahí", ha dado a escritores y filósofos una nueva forma de pensar sobre viejos temas determinismo y libre albedrío.

Einstein rechazó inicialmente  interpretación tetradimensional de Minkowski de su teoría "learnedness superfluo" (Abraham Pais, sutil es el Señor..., 1982). Para su crédito, sin embargo, cambió de opinión rápidamente. El lenguaje del espacio-tiempo (conocido técnicamente como matemática tensorial) demostró para ser fundamental para derivar su teoría de la Relatividad General.

Fuente: Gravity Probe B

Traducción: El Quelonio Volador