El documento explora la teoría de la relatividad, abarcando tanto la relatividad especial como la general. Se discuten conceptos fundamentales como el espacio, el tiempo y la naturaleza de la luz desde una perspectiva relativista, enfatizando que tanto la simultaneidad como el espacio son relativos. Además, se aborda la importancia de la velocidad de la luz como un límite inalcanzable para cuerpos materiales.

1. J A I M E H E R N Á N D E Z G U T I É R R E Z
HABLEMOS DE
RELATIVIDAD

2. 1 LA RELATIVIDAD ES UNA TEORÍA
CIENTÍFICA
• Es una representación humana de la realidad.
• Está basada en regularidades observadas
experimentalmente.
• Representa algunos aspectos de la realidad pero no todos.
• Tiene una estructura matemática.
• Se complementa con teorías diferentes que consideran
otras escalas, otros fenómenos u otros aspectos del mundo.
• Puede ser refutada en el futuro por un resultado
experimental que haga inválidos algunos de sus
fundamentos.

3. 2 LA RELATIVIDAD ESPECIAL
SE OCUPA DE:
• Los conceptos de espacio y tiempo para
construir con ellos el espacio-tiempo en 4D.
• Los sistemas de inerciales de referencia, llamados
observadores, que se mueven entre sí con velocidad
constante.
• La masa, la energía y el momentum de la materia y la
radiación, según el caso.
• La teoría electromagnética y la óptica, donde descubre
que los campos eléctrico y magnético son uno solo.

4. 3 LA RELATIVIDAD GENERAL
SE OCUPA DE
• Los sistemas acelerados de referencia.
• La gravitación.
• La cosmología.

5. 4 ALGUNOS TEMAS QUE SURGEN
HABLANDO DE RELATIVIDAD
1. La realidad es una ilusión.
2. La realidad es relativa.
3. La verdad es relativa.
4. Toda afirmación es válida.
5. No existe la verdad.
6. Todo es relativo, nada es absoluto
¿Qué dice la relatividad?

6. 5 LA RELATIVIDAD
NO AFIRMA SI AFIRMA
1. La realidad es una ilusión.
2. La realidad es relativa.
3. La verdad es relativa.
4. Toda afirmación es válida.
5. No existe la verdad.
6. Todo es relativo, nada es
absoluto.
1. Es necesario partir de la
realidad.
2. Este es asunto de la filosofía y
n de la ciencia.
3. Los resultados de las
observaciones son relativos al
observador.
4. Toda afirmación se debe
contrastar experimentalmente.
5. La verdad se conoce
comparando las
observaciones.
6. Lo importante en la relatividad
son las cosas absolutas.

7. ESPACIO Y TIEMPO
¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE ELLOS?

8. 6 ESPACIO
Clásicamente:
• Ningún objeto material se puede encontrar en dos lugares
diferentes al mismo tiempo.
• Si dos sucesos ocurren en un mismo lugar , pero en instantes
diferentes en un sistema de referencia, ocurren en diferentes
lugares en otro sistema de referencia (la coincidencia espacial de
sucesos no simultáneos es relativa).
En relatividad:
• Ningún objeto material se puede encontrar en dos lugares
diferentes al mismo tiempo desde ningún punto de vista (o sistema
de referencia).
• Si dos sucesos ocurren en un mismo lugar pero en diferentes
instantes en un sistema de referencia, ocurren en diferentes lugares
en otro sistema de referencia (coincidencia espacial relativa).

9. 8 EVENTOS
• Un evento es un suceso o acontecimiento y, aunque
ocurre en un lugar y en un instante, no tiene
coordenadas de espacio o de tiempo absolutas.
• El fundamento de la teoría de la relatividad está en los
eventos y no en el espacio o el tiempo (la realidad es
el punto de partida).

10. 7 TIEMPO
Clásicamente:
• Un objeto material puede encontrarse en el mismo lugar
absoluto en dos instantes de tiempo diferentes.
• Si dos sucesos son simultáneos para un observador, serán
simultáneos para todos los observadores. La simultaneidad
es absoluta.
En relatividad:
• Un objeto material puede encontrarse en el mismo lugar de
un sistema de referencia inercial en dos instantes de
tiempo diferentes.
• Si dos sucesos son simultáneos para un observador, no
serán simultáneos para todos los observadores. La
simultaneidad es relativa.

11. ¿QUÉ SON EL TIEMPO Y EL
ESPACIO ?
YA ES HORA DE SABERLO EN ESTE LUGAR

12. 9 TIEMPO
Definición simplificada:
tiempo es la medida de la
diferencia entre eventos que
ocurren en un mismo objeto
material.

13. 10 ESPACIO
Definición simplificada:
Tomamos como espacio la
medida de la diferencia entre
eventos simultáneos (para un
observador) que ocurren en
objetos materiales diferentes.

14. 11 TALLER: DIAGRAMAS ESPACIO-
TEMPORALES I
tiempo transcurrido
t
distancia recorrida
x
0 0
Δt v Δt
2Δt 2 v Δt
3Δt 3 v Δt
4Δt 4 v Δt
5Δt 5 v Δt

15. 12 TALLER: DIAGRAMAS ESPACIO-
TEMPORALES I (CONT.)

16. 13 TALLER: DIAGRAMAS ESPACIO-
TEMPORALES I (CONT.)

17. 14 TALLER: DIAGRAMAS ESPACIO-
TEMPORALES I (CONT.)

18. 15 LA LUZ
• La luz sólo puede ser emitida y absorbida en forma de sucesos
puntuales, cada uno llamado emisión o absorción de un fotón.
• No hay emisión sin absorción y viceversa. Cada una ocurre en
un cuerpo material diferente.
• Mientras «viaja», a un fotón no le sucede nada: sólo existen los
eventos de emisión y de absorción. Cualquier otro evento
intermedio está descartado.
• Entonces, ¿cómo viaja?

19. 16 LA LUZ NO VIAJA: NO SE VE PASAR

20. 17 LA LUZ NO VIAJA : PARECE IR EN
LÍNEA RECTA

21. 18 LA LUZ NO VIAJA : LOS FOTONES QUE
SE VEN, ¡NO PASARON!

22. 19 LA LUZ NO VIAJA (CONT.)
• No puede ponerse de manifiesto una trayectoria por ningún medio:
queda descartada su existencia.
• Si es detectado en el “trayecto” de la luz, el fotón no “pasó” por allí:
sólo llegó hasta allí. No se detectan los que pasan, sino los que no
pasan.
• El fotón no es un objeto, sino una relación entre objetos y se
comporta diferente que los objetos de nuestra experiencia (algo
semejante: la fuerza es una relación entre objetos).
• El concepto de partícula no es aplicable al fotón en la misma forma
que a una piedra, a una canica o a un planeta. Por ejemplo, la luz no
interactúa con la luz (una fuerza no interactúa con otra fuerza).

23. 20 LA LUZ NO VIAJA (CONT.)
• El resultado anterior es apenas una muestra de muchas
experiencias que permiten afirmar, como un postulado:
La emisión y la absorción del fotón se
implican mutuamente.
• Por lo tanto se trata de un solo evento en el «sistema
de referencia de la luz» si tal sistema fuera posible.

24. 21 LA LUZ NO VIAJA (CONT.)
• Einstein postuló:
• …las mismas leyes de la electrodinámica y la óptica serán
válidas para todos los marcos de referencia para los cuales
se cumplan las leyes de la mecánica. Elevaremos esta
conjetura (cuyo significado en adelante se llamará el
«Principio de Relatividad») al estatus de un postulado, y
también introduciremos otro postulado, que sólo es
aparentemente irreconciliable con el primero, vale decir, que
la luz siempre se propaga en el espacio vacío con una
velocidad c la cual es independiente del estado de
movimiento del cuerpo emisor.

25. 22 LA LUZ NO VIAJA (CONT.)
• Nuestro postulado de un solo evento para el fotón es
totalmente equivalente al segundo postulado de
Einstein, con la diferencia de que no habla de una
«velocidad de la luz» como si ella viajara a través del
espacio.
• La concepción de una luz que viaja presenta la dificultad
conceptual de que resulta complicado imaginarse cómo
puede viajar y tener la misma velocidad para todos los
observadores.

26. 23 LA LUZ NO VIAJA (CONT.)
• No hay espacio entre los dos eventos de un fotón, y tampoco hay
tiempo entre ellos: no hay eventos que lo marquen. El tiempo propio
de vida del fotón vale cero.
• Para un observador material externo, la emisión y la absorción
ocurren en diferentes objetos materiales y se perciben en
diferentes instantes.
• La relación entre estas dos cantidades se la llama la «velocidad de
la luz »y se designa con la letra c.
• La luz no se desplaza en forma relativa sino absoluta, sin referencia
a nada externo y su velocidad tiene el mismo valor numérico para
todos los observadores, sin importar el estado de movimiento de
ellos.

27. • El teletransporte es una opción de viaje: una travesía que nos
llevaría de inmediato a un sitio distante sin pasar por ningún lugar
intermedio, por ejemplo, a la galaxia de Andrómeda distante de aquí
2 millones de años luz.
• Significa que a la luz le toma 2 millones de años viajar desde allá
hasta aquí o viceversa.
24 UNA TRAVESÍA IMAGINARIA

28. 25 ¿QUÉ IMPLICA LA INVARIANCIA DE
LAVELOCIDAD DE LA LUZ?
A
B
C

29. • Las velocidades indicadas son con respecto al
observador C.
• En este caso, clásicamente, la velocidad de A con
respecto a B es 300-30 = 270 km/h (y casi exactamente
lo mismo en relatividad).

30. 26 ¿QUÉ IMPLICA LA INVARIANCIA DE
LAVELOCIDAD DE LA LUZ?
A
B
C

31. • En el segundo caso, según la relatividad, como A viaja a
300.000 km/s, su velocidad con respecto a B son los
mismos 300.000 km/s (clásicamente serían 50.000
km/s).

32. 26 NO ES POSIBLE ALCANZAR
A LA LUZ
• Si un cuerpo material emite un fotón, no es posible que el
cuerpo pueda alcanzar al fotón en su desplazamiento.
• Si lo hiciera, la emisión y la absorción ocurrirían en el mismo
cuerpo material.
• Para el cuerpo, la absorción debería suceder después de la
emisión, en forma absoluta y entonces existirían eventos
intermedios para marcar la diferencia temporal entre emisión
y absorción del fotón. Esto contradice el hecho de que para el
fotón no hay eventos intermedios.
• Conclusión: La velocidad de la luz es el límite superior
inalcanzable para todos los entes materiales.

33. 27 LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES EL
LÍMITE MÁXIMO PARA TODAS LAS
VELOCIDADES
•Si alguna partícula pudiera viajar a
mayor velocidad que la de la luz, el
tiempo entre el inicio y el final de su
viaje debería ser menor que cero.
•En otras palabras: debería llegar
antes de salir.

34. 28 RELATIVIDAD Y POESÍA
Anónimo:
• There was a lady
named Bright,
• who could travel
faster than light.
• She went one day in
a relative mode,
• and came back the
night before.
Traducimos:
• Había una dama
llamada Luminosa,
• más veloz que la luz
la presurosa.
• Que se fue un día en
forma relativa,
• y regresó el anterior
muy sorpresiva