La teoría de la relatividad de Einstein tuvo dos formulaciones. La teoría de la relatividad especial se ocupa de sistemas en movimiento a velocidad constante y establece que el tiempo y el espacio son relativos y que la velocidad de la luz es constante. La teoría de la relatividad general se aplica a sistemas en movimiento acelerado y propone que la gravedad curva el espacio-tiempo. Ambas teorías han sido confirmadas experimentalmente y han revolucionado la física moderna.

1. Teoría de la
relatividad
Investigación
Solis Corona Tania Daniela
2CM18
Dinámica de la partícula

2. Índice
1. Introducción………………………3
2. ¿Que es la teoría de la relatividad?.............................4
3. Explicación sobre la teoría de la relatividad……………………….5
4. Teoría de la relatividad especial…………………….11
5. Teoría de la relatividad general……..21
6. Formalismo de la teoría de la relatividad………………………………..31
7. Partículas…………………..32
8. Campos………………………………….33
9. Magnitudes físicas…………………………………34
10.Conclusión

3. Introducción
Einstein es considerado un físico realista. Max Planck afirma que «real es lo que se puede medir»2,
y los llamados efectos relativistas de contracción de longitud que experimentan los cuerpos en
movimiento, así como la dilatación del tiempo de vida de, por ejemplo, partículas que se mueven a
velocidades cercanas a la de la luz, se pueden medir y predecir perfectamente mediante las
ecuaciones de la relatividad especial. Estos efectos realmente suceden, hoy nadie lo pone en duda.
John A. Weehler (uno de los últimos colaboradores de Einstein) planteaba que el realismo del tiempo
se deja resumir en la frase «el tiempo es el modo como la naturaleza evita que todo suceda a la
vez». Pero Weehler -gran conocedor y divulgador de la teoría de la relatividad- rechazaba el realismo
del tiempo. ¿Acaso también Einstein? Por empezar, ¿qué significa «realidad» y cuál es su relación
con lo «relativo»? A continuación lo explicaremos

4. Se conoce como Teoría de la Relatividad
o incluso Teoría de Einstein, al conjunto
de las formulaciones científicas
desarrolladas a inicios del siglo XX por
el físico Albert Einstein (1879-1955). Su
objetivo era resolver la incompatibilidad
teórica que existe entre los dos
primordiales campos de la física: la
mecánica newtoniana y el
electromagnetismo.
¿Qué es la teoría de la relatividad?

5. En la teoría de la relatividad se
presenta el problema de la
realidad o irrealidad de los
fenómenos relativistas
relacionados con el espacio-
tiempo (dilatación de la
duración, contracción de la
longitud, quiebre de la
simultaneidad provocada por el
movimiento de escalas y
relojes).

6. • Einstein afirmó en una oportunidad que
el tiempo y el espacio «son creaciones
libres de la inteligencia humana,
herramientas del pensamiento que deben
servir para relacionar vivencias y
comprenderlas así mejor»4. Además, es
muy conocida la anécdota del funeral de
Besso, donde dice que la sucesión de
pasado, presente y futuro es solo una
«ilusión persistente» (hartnäckige
Illusion)5. Así mismo, Cassirer señala
como un hecho relevante para la teoría
del conocimiento el que Einstein viera el
mayor mérito de la relatividad en haber
librado al tiempo y al espacio del «último
resto de objetividad física», según
palabras del propio Einstein6, lo cual es
otro modo de expresar la irreductibilidad
de las magnitudes relativas a la dicotomía
«real-irreal».

7. En vez de distinguir entre «real» y «no real» hay que distinguir más
rigurosamente las magnitudes que corresponden al sistema físico como tal
(independientemente de la elección del sistema de coordenadas) de las
magnitudes que dependen del sistema de coordenadas

8. Einstein pone de cabeza a Newton: el
espacio y el tiempo dejan de ser
considerados absolutos y pasan a ser
relativos al sistema de referencia que
se elige para la medición; además, la
velocidad de la luz comienza a ser
entendida a partir de entonces
definitivamente como una magnitud
finita y absoluta. La velocidad de la
luz es absoluta porque tiempo y
espacio son relativos. Todo
observador mide siempre la misma
velocidad de la luz,
independientemente de la velocidad
con que se mueva y de la velocidad
de la fuente de luz. Relativamente a
la velocidad de la luz, todo sistema de
referencia está en igualdad de
condiciones.

9. En su evolución se ha convertido en una de las teorías más
importantes en las ciencias físicas y ha sido la base para que los
físicos demostraran la unidad esencial de la materia y la energía,
el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la
gravitación y los efectos de la aceleración de un sistema.

10. La teoría de la relatividad, tal como la expuso Einstein,
tuvo dos formulaciones diferentes. La primera es la
que corresponde a dos trabajos publicados en 1905 en
los Annalen der Physik. Es conocida como la Teoría de
la relatividad especial y se ocupa de sistemas que se
mueven uno respecto del otro con velocidad
constante (pudiendo ser incluso igual a cero). La
segunda, llamada Teoría de la relatividad general (así
se titula la obra de 1916 en que la formuló), se ocupa
de sistemas que se mueven a velocidad variable.

11. Los postulados de la relatividad
especial son dos. El primero afirma que
todo movimiento es relativo a cualquier
otra cosa, y por lo tanto el éter, que se
había considerado durante todo el
siglo XIX como medio propagador de
la luz y como la única cosa
absolutamente firme del universo, con
movimiento absoluto y no
determinable, quedaba fuera de lugar
en la física, puesto que ya no se
necesitaba de semejante medio (cuya
existencia efectiva, además, no había
podido determinarse por ningún
experimento).
Teoría de la relatividad especial

12. El segundo postulado
afirma que la velocidad
de la luz es siempre
constante con respecto
a cualquier observador.
De sus premisas
teóricas obtuvo una
serie de ecuaciones que
tuvieron consecuencias
importantes e incluso
algunas
desconcertantes, como
el aumento de la masa
con la velocidad.

13. Uno de sus resultados más
importantes fue la
equivalencia entre masa y
energía, según la conocida
fórmula E = mc², en la que
c es la velocidad de la luz y
E representa la energía
obtenible por un cuerpo de
masa m cuando toda su
masa se convierte en
energía.

14. Al margen de estos usos, la ecuación
E=mc2 se popularizó, en particular durante
los años 30, cuando Einstein se muda a
Estados Unidos y comienza a dar clases
en Princeton. En un artículo publicado en
1939 Einstein indica que era tal la fama
que tenía, que la gente lo paraba por la
calle para que explicase “esa teoría”, pero
él se excusaba diciendo que lo habían
equivocado. “Lo siento, siempre me
confunden con el profesor Einstein”.

15. • E=MC² es la ecuación más famosa del mundo
desde que apareció en la portada de la revista Times
de 1946. En ella aparece un retrato de Albert
Einstein, un hongo atómico y E=MC², estableciendo
una relación entre la fórmula del físico alemán y el
desarrollo de la bomba que destruyó Hiroshima. La
verdad es que Einstein no participó en la creación de
la bomba, pero su idea fue la semilla que lo comenzó
todo. Hoy se puede encontrar la ecuación en polos,
tazas, stikers y toda clase de merchandising, pese a
que pocos entienden su significado y las
consecuencias que tuvo para el mundo.

16. “La energía (E) es igual a la masa (M)
multiplicada por el cuadrado de la
velocidad de la luz (C²). Obviamente,
la velocidad de la luz ya es una cifra
enorme, y su cuadrado resulta casi
inconcebiblemente mayor. De ahí que
una diminuta cantidad de materia, si
se convierte completamente en
energía, genere una fuerza enorme.
(...) Expresado de una manera más
gráfica: la energía contenida en la
masa de una uva pasa podría
satisfacer casi todas las necesidades
energéticas de la ciudad de Nueva
York durante un día entero”.

17. "La masa (m) es una medida de la
inercia que tiene un cuerpo. Por
ejemplo, m cuantifica en kilogramos
la resistencia que presenta un
cuerpo al que se le cambia su
velocidad por acción de una fuerza
externa. Cuanto mayor sea la masa
de un cuerpo, más difícil resulta
cambiarle su velocidad. Es más
fácil acelerar o cambiar la dirección
con la que se está moviendo un
auto, que hacerlo con un camión".

18. “La energía (e) puede manifestarse en
diversas formas: cinética, potencial
gravitatoria, potencial elástica, térmica,
etc. La energía cinética, por ejemplo, es
proporcional al producto de la masa y el
cuadrado de la velocidad. Imaginemos
dos camiones idénticos que chocan contra
un edificio. Si un camión se mueve al
doble de velocidad que el otro, su energía
es cuatro veces mayor. Eso lo veríamos
reflejado en el daño producido al edificio
por uno y otro camión”.

19. Dicha equivalencia entre masa y
energía fue demostrada en el
laboratorio en el año 1932, y dio
lugar a impresionantes
aplicaciones concretas en el
campo de la física: tanto la fisión
nuclear como la fusión
termonuclear son procesos en los
que una parte de la masa de los
átomos se transforma en energía.
Los aceleradores de partículas, en
los que se obtiene un incremento
de masa, son una prueba
experimental clarísima de la
teoría de la relatividad especial.

20. La teoría también establece que en un sistema en movimiento con
respecto a un observador se verifica una dilatación del tiempo; dicho
de otro modo, el tiempo transcurre más despacio en el sistema en
movimiento. Esto se ilustra claramente con la famosa paradoja de los
gemelos: "imaginemos a dos gemelos de veinte años, y que uno
permaneciera en la Tierra y el otro partiera en una astronave, tan
veloz como la luz, hacia una meta distante treinta años luz de la
Tierra; al volver la astronave, para el gemelo que se quedó en la
Tierra habrían pasado sesenta años; en cambio, para el otro, sólo
unos pocos días".

21. La teoría de la
relatividad general se
refiere al caso de
movimientos que se
producen con velocidad
variable y tiene como
postulado fundamental
el principio de
equivalencia, según el
cual los efectos
producidos por un
campo gravitacional
equivalen a los
producidos por el
movimiento acelerado.
Teoría de la relatividad general

22. La revolucionaria hipótesis
formulada por Einstein fue
provocada por el hecho de
que la teoría de la relatividad
especial, basada en el
principio de la constancia de
la velocidad de la luz sea cual
sea el movimiento del
sistema de referencia en el
que se mide (tal y como se
demostró en el experimento
de Albert Michelson y
Edward Morley), no
concuerda con la teoría de la
gravitación newtoniana:

23. si la fuerza con que dos cuerpos se
atraen depende de la distancia entre
ellos, al moverse uno tendría que
cambiar al instante la fuerza sentida
por el otro, es decir, la interacción
tendría una velocidad de propagación
infinita, violando la teoría especial de
la relatividad, que señala que nada
puede superar la velocidad de la luz.

24. Tras varios intentos fallidos de acomodar la interacción
gravitatoria con la relatividad, Einstein sugirió que la
gravedad no es una fuerza como las otras, sino que es
una consecuencia de que el espacio-tiempo se encuentra
deformado por la presencia de masa (o energía, que es lo
mismo). Entonces, cuerpos como la tierra no se mueven
en órbitas cerradas porque haya una fuerza llamada
gravedad, sino que se mueven en lo más parecido a una
línea recta, pero en un espacio-tiempo que se encuentra
deformado por la presencia del Sol.

25. Los cálculos de la relatividad general se
realizan en un espacio-tiempo de cuatro
dimensiones, tres espaciales y una
temporal, adoptado ya en la teoría de la
relatividad restringida al tener que
abandonar el concepto de simultaneidad.
Sin embargo, a diferencia del espacio de
Minkowski y debido al campo gravitatorio,
este universo no es euclidiano. Así, la
distancia que separa dos puntos contiguos
del espacio-tiempo en este universo es más
complejo que en el espacio de Minkowski.

26. Con esta teoría se obtienen órbitas planetarias muy
similares a las que se obtienen con la mecánica de
Newton. Uno de los puntos de discrepancia entre ambas,
la anormalmente alargada órbita del planeta Mercurio,
que presenta un efecto de rotación del eje mayor de la
elipse (aproximadamente un grado cada diez mil años),
había sido observado experimentalmente algunos años
antes de enunciarse la teoría de la relatividad, y no podía
ser explicado con las leyes de Newton. La órbita descrita,
sin embargo, cumplía las predicciones relativistas,
sirviendo así de confirmación experimental de la teoría de
Einstein.

27. Un efecto que corroboró
tempranamente la teoría de la
relatividad general es la deflexión
que sufren los rayos de luz en
presencia de campos
gravitatorios. Los rayos
luminosos, al pasar de una
región de un campo gravitatorio
a otra, deberían sufrir un
desplazamiento en su longitud
de onda (el desplazamiento
gravitacional al rojo o
desplazamiento de Einstein), lo
que fue comprobado midiendo
el desplazamiento aparente de
una estrella, con respecto a un
grupo de estrellas tomadas
como referencia, cuando los

28. Un sorprendente resultado de esta teoría es que el tiempo
debe transcurrir más lentamente cuanto más fuerte sea el
campo gravitatorio en el que se mida. Esta predicción
también fue confirmada por la experiencia en 1962. De
hecho, muchos de los modernos sistemas de navegación
por satélite tienen en cuenta este efecto, ya que de otro
modo darían errores en el cálculo de la posición de varios
kilómetros.

29. Otra sorprendente deducción de la teoría de Einstein es el
fenómeno de colapso gravitacional que da origen a la
creación de los agujeros negros, concentraciones de masa de
tan altísima densidad que su fuerza de gravedad atrapa
incluso la luz.

30. Dado que el potencial gravitatorio es no lineal, al llegar a
ser del orden del cuadrado de la velocidad de la luz
puede crecer indefinidamente, apareciendo una
singularidad en las soluciones. El estudio de los agujeros
negros se convertiría en pocos años en una de las áreas
de investigación de mayor actividad en el campo de la
cosmología; tal sería el centro de interés de las fructíferas
hipótesis de otro insigne físico, Stephen Hawking.

31. Formalismo de la teoría de
la relatividad

32. Partículas
• En la teoría de la relatividad una partícula puntual
queda representada por un par
• (gamma (tau ),m);, donde
• gamma (tau ); es una curva diferenciable, llamada
línea de universo de la partícula, y m es un escalar que
representa la masa en reposo. El vector tangente a esta
curva es un vector temporal llamado cuadrivelocidad, el
producto de este vector por la masa en reposo de la
partícula es precisamente el cuadrimomento. Este
cuadrimomento es un vector de cuatro componentes,
tres de estas componentes se denominan espaciales y
representan el análogo relativista del momento lineal de
la mecánica clásica, la otra componente denominada
componente temporal representa la generalización
relativista de la energía cinética. Además, dada una
curva arbitraria en el espacio-tiempo, puede definirse a
lo largo de ella el llamado intervalo relativista, que se
obtiene a partir del tensor métrico. El intervalo
relativista medido a lo largo de la trayectoria de una
partícula es proporcional al intervalo de tiempo propio
o intervalo de tiempo percibido por dicha partícula.

33. Campos
Cuando se consideran campos o
distribuciones continuas de masa, se
necesita algún tipo de generalización para
la noción de partícula. Un campo físico
posee momentum y energía distribuidos
en el espacio-tiempo, el concepto de
cuadrimomento se generaliza mediante el
llamado tensor de energía-impulso que
representa la distribución en el espacio-
tiempo tanto de energía como de
momento lineal. A su vez un campo
dependiendo de su naturaleza puede
representarse por un escalar, un vector o
un tensor. Por ejemplo, el campo
electromagnético se representa por un
tensor de segundo orden totalmente
antisimétrico o 2-forma. Si se conoce la
variación de un campo o una distribución
de materia, en el espacio y en el tiempo
entonces existen procedimientos para
construir su tensor de energía-impulso.

34. Magnitudes
físicas
En relatividad, estas magnitudes
físicas son representadas por
vectores 4-dimensionales o bien por
objetos matemáticos llamados
tensores, que generalizan los
vectores, definidos sobre un espacio
de cuatro dimensiones.
Matemáticamente estos 4-vectores y
4-tensores son elementos definidos
del espacio vectorial tangente al
espacio-tiempo (y los tensores se
definen y se construyen a partir del
fibrado tangente o cotangente de la
variedad que representa el espacio-
tiempo).

35. Importancia de
la teoría de la
relatividad
Gracias a ella fue posible
explicar desde la órbita
de los planetas hasta los
agujeros negros. Fue una
idea tan revolucionaria
que es difícil compararla
con cualquier otra teoría
en la historia del
conocimiento científico.

36. Conclusion
La relatividad nos enseña la
conexión entre las diferentes
descripciones de la misma
realidad. A partir de ahora el
espacio en sı́ mismo y el tiempo
en sı́ mismo están destinados a
diluirse en meras sombras y sólo
un tipo de unión de los dos
conservará una realidad
independiente.

37. Fuentes:
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-14682018000200047
https://culturacientifica.com/2018/03/27/las-ecuaciones-de-campo-de-la-relatividad-general/
https://www.bbc.com/mundo/noticias-
48400424#:~:text=Gracias%20a%20ella%20fue%20posible,la%20historia%20del%20conocimiento%20cie
nt%C3%ADfico.
https://concepto.de/teoria-de-la-relatividad/
https://www.biografiasyvidas.com/monografia/einstein/relatividad.htm
https://www.fundacionaquae.org/teoria-relatividad-general/