Lay explicación de la teoría especial de la relatividad? [cerrado]

La Relatividad Especial se deriva de dos ideas básicas:

1. La velocidad de la luz (en el vacío) es siempre c.
2. Las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales (básicamente, puntos de vista que no aceleran, es decir, obedecen las Leyes de Newton).

Con estos dos puntos y un poco de matemática, se pueden derivar varias conclusiones probadas:

1. Dilatación del tiempo : cuando algo se mueve rápido en relación con otra cosa, el tiempo para el cuerpo que se mueve más rápido se ralentiza. No es una ilusión de que el tiempo se ralentiza, es algo real: los átomos individuales que componen el cuerpo funcionan más lentamente, las reacciones químicas funcionan más lentamente y los procesos biológicos (envejecimiento) ocurren más lentamente. Desde la perspectiva del cuerpo que se mueve más rápido, su tiempo avanza al ritmo habitual.
2. Contracción de longitud : los objetos que se mueven rápido en relación con otros objetos se encogen a lo largo de la línea de la dirección en la que se mueven.
3. Simultaneidad relativista : no existen los eventos simultáneos: debido a que el tiempo está vinculado al observador, diferentes personas pueden presenciar 2 eventos que suceden en un orden diferente. La excepción a esto son los eventos "relacionados causalmente", que son eventos en los que el evento A es la causa del evento B.
4. Masa-Energía : las matemáticas se utilizan para describir la masa de los cuerpos en reposo y cómo cambia esa masa a medida que los cuerpos se mueven. A medida que los cuerpos se aceleran, se vuelven "más pesados". Nada con masa puede viajar más rápido que la luz (y nada con masa puede viajar A la velocidad de la luz) porque cualquier cuerpo masivo alcanzaría una "masa relativa" infinita a esa velocidad. puedes derivar$E=mc^2$y fisión/fusión de esto.

Este es un resumen muy rápido de los puntos y principios básicos.

Un punto importante sobre la relatividad es que no es como la física que aprendes en una clase de física introductoria. Allí, aprendes sobre las Leyes de Newton o la Ley de Snell o la Ley de Lenz, etc.

Esas son todas las leyes que le dicen a las cosas cómo actuar; le dicen a la masa cómo responder a la fuerza, oa la luz cómo doblarse, oa las corrientes en qué dirección correr.

La relatividad es diferente en que proporciona un conjunto de metal-leyes, o leyes que las otras leyes de la física deben obedecer. No le dice directamente a las cosas qué hacer.

El ejemplo clásico son las ecuaciones de Maxwell. Estas son leyes que les dicen a las partículas cargadas ya los campos electromagnéticos cómo actuar. Resulta que estas leyes obedecen a cierto criterio matemático, llamado "Invarianza de Lorentz", que exige la relatividad. Entonces, las ecuaciones de Maxwell son buenas leyes relativistas. Obedecen las meta-leyes.

Por otro lado, las leyes de Newton (del movimiento) no son buenas leyes relativistas. No obedecen las meta-leyes. Entonces, en relatividad, necesitamos un conjunto de leyes ligeramente nuevo para describir cómo responde la masa a la fuerza.

En cuanto a lo que son las meta-leyes, Nick Gotch las describió como "ideas básicas" arriba. Esas ideas básicas resultan ser equivalentes a la invariancia de Lorentz.

La relatividad especial se basa en la idea de cómo cada observador localiza los mismos eventos para diferentes observadores utilizando sus propias reglas y relojes; su propia medida del espacio y del tiempo. También se basa en el principio de que las leyes de la física no cambian para los observadores que viajan a diferentes velocidades entre sí.

El lego promedio ya tiene una comprensión intuitiva de cómo cree que los observadores ven que ocurren los eventos que viajan a diferentes velocidades entre sí. Viene bajo el nombre de relatividad galileana después de que Galileo introdujera la idea por primera vez.

Por ejemplo, una persona que conduce un automóvil presionará el embrague en algún momento t1 y luego presionará el pedal del freno un tiempo t2 más tarde aproximadamente en la misma ubicación en su espacio; un intervalo de espacio cero. Por otro lado, alguien en la carretera que observe al conductor pensará que estos dos eventos ocurrieron con un intervalo de espacio diferente no igual a cero en su espacio, pero separados por el mismo intervalo de tiempo t2-t1.

En cambio, la relatividad especial propone que el intervalo de tiempo entre eventos para diferentes observadores también cambia de una manera similar a la de los intervalos espaciales. También significa que los eventos que son simultáneos entre sí son relativos, como enfatizó Einstein en su artículo de 1905.

La Teoría Especial de la Relatividad de Einstein no puede ser de mucha importancia para un profano porque no necesita tal conocimiento. Sin embargo, la idea común de que este tema es extremadamente complicado motiva al profano a aprenderlo.

Los conceptos básicos de esta teoría son en realidad algo simples. En resumen, cuando un objeto se mueve a cierta velocidad$u$, le suceden algunos fenómenos aparentemente inusuales. Si una barra de longitud$L_0$se mueve en la dirección de su longitud, su nueva longitud parecerá ser$L_0 \sqrt{1 - u^2 / c^2}$desde nuestro mirador en el suelo, donde$c$es la velocidad de la luz. Si esa fórmula no significa nada para usted, simplemente tenga en cuenta que la longitud disminuye a medida que aumenta la velocidad. Por supuesto, desde el punto de vista de la barra, parecerá que nuestra longitud ha cambiado por ese factor.

Dado que el tiempo es proporcional a la distancia recorrida a una velocidad constante, la contracción de la longitud puede mostrar que la "tasa de tiempo" también cambia cuando un objeto se mueve. Si un reloj viaja por el espacio a una velocidad cercana a la de la luz, su tictac será significativamente más lento que en reposo.

Esos son los conceptos básicos, pero fenómenos como la equivalencia masa-energía y la energía de enlace nuclear pueden derivarse de estos conceptos y experimentos realizados a principios del siglo XX.