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Hipótesis de partida de la relatividad especial

Este artículo constituye la segunda entrega de una serie de artículos que comienzan con el artículo previo a este, con los que se pretende comprender la teoría de la relatividad especial.

Exponiendo las hipótesis

Habiendo expuesto hasta este punto la importancia de realizar hipótesis que puedan ser contrastadas, se procederá a describir aquellas que constituyen el punto de partida de la teoría de la relatividad especial:

  1. El espacio es homogéneo e isótropo
  2. El tiempo es homogéneo
  3. Todos los observadores inerciales experimentan las mismas leyes de la física.
  4. Todo observador inercial mide la misma velocidad para la luz

Comprendiendo la primera hipótesis

El primer punto se refiere a que las leyes que describen el universo son independientes del lugar en el que se esté, esto es, las leyes son iguales en cualquier parte del universo, si bien los fenómenos debidos a dichas leyes dependerán, como es lógico del lugar espacial en el que se esté. Por ejemplo, la fuerza de atracción gravitatoria es distinta en la Tierra que en Marte a pesar de estar ambas descritas por la misma ley física, en este caso, la Ley de la Gravitación Universal de Newton.

Además, el término isótropo se refiere a la ausencia de direccionalidad, es decir, que las propiedades del espacio son independientes de la dirección en que se midan, cosa que no ocurre en muchos materiales como la madera o los materiales compuestos, cuyas propiedades dependen de la dirección en la que se midan.

Galaxia en el universo

Para ejemplificar este hecho, se puede pensar en la diferencia de resistencia que presenta un hilo entre la tracción, donde puede oponer una considerable resistencia, y la compresión, donde su resistencia es nula. Incluso tratándose de una misma dirección, dependiendo del sentido de aplicación de la carga, las propiedades cambian. En caso de someter al hilo a una carga transversal, puede verse que el comportamiento del mismo diferirá del observado con esfuerzos longitudinales.

Comprendiendo la segunda hipótesis

Por otra parte, la homogeneidad del tiempo se refiere a que las leyes de la física son independientes del período histórico en que se midan, ya que, si una ley es verdadera, lo será siempre. No obstante, como ya se vio en el artículo anterior, ha de tenerse cuidado de no confundir lo expuesto con el falsacionismo inherente a la ciencia. El hecho de que una ley deje de ser cierta debido a mediciones más precisas no se debe al período histórico, sino a los avances de la tecnología disponible para realizar las mediciones.

Por ello, cuando decimos que una ley es verdadera independientemente del período histórico, hacemos referencia al comportamiento de la naturaleza. Por lo que ha de entenderse con esta hipótesis que estamos suponiendo que la naturaleza ( y el universo como extensión de la misma) siempre se comportan de la misma manera. Su comportamiento no depende del transcurso del tiempo.

Comprendiendo las hipótesis distintivas de la relatividad

Estas dos últimas hipótesis caracterizan a la teoría de la relatividad y, en particular la cuarta. Esta última será la principal responsable de obtener las ecuaciones a las que se llegará en posteriores artículos.

El término observador inercial se refiere a un observador cuya velocidad es constante (o sea, que no tiene aceleración) respecto de un observador en reposo; y que además no gira, únicamente se traslada con velocidad constante.

La luz en el universo

El punto IV se entiende que no precisa de más explicaciones. Nótese que al haber hecho mención al concepto de reposo, siempre puede surgir el debate acerca de la posibilidad real de la existencia de dicho reposo, ya que todo se encuentra en movimiento relativo respecto del resto de sistemas de referencia en el universo, sin embargo, ese debate filosófico no formará parte de la presente explicación.

En posteriores artículos de esta serie, se supondrá que se han interiorizado las cuatro hipótesis fundamentales y se comenzarán a obtener las ecuaciones y las conclusiones de la relatividad especial. Cualquier duda será resuelta en los comentarios.

Autor

Carlos Carbajosa Fernández

Estudiante de Ingeniería Aeroespacial (UPM)

Madrid

Bibliografía:

  • Sobre la teoría de la relatividad especial y general, de Albert Einstein
  • Física para la ciencia y la tecnología (Vol. III), de G. Mosca y P. A. Tipler

Carlos Carbajosa Fernández
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