Nuevo

6 cosas que quizás no sepa sobre la teoría de la relatividad general de Einstein

6 cosas que quizás no sepa sobre la teoría de la relatividad general de Einstein


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

1. Einstein confió en amigos y colegas para que lo ayudaran a desarrollar su teoría.
Aunque la teoría de la relatividad general se presenta a menudo como un trabajo de un genio en solitario, Einstein recibió una ayuda considerable de varios amigos y colegas menos conocidos para trabajar en las matemáticas que la respaldan. Los amigos de la universidad Marcel Grossmann y Michele Basso (Einstein supuestamente se basó en las notas de Grossmann después de faltar a clase) fueron especialmente importantes en el proceso. Einstein y Grossman, profesor de matemáticas en el Politécnico Suizo, publicaron una versión temprana de la teoría de la relatividad general en 1913, mientras Besso, a quien Einstein había acreditado en los reconocimientos de su artículo de 1905 sobre la teoría especial de la relatividad, trabajó extensamente con Einstein para desarrollar la teoría general durante los próximos dos años. El trabajo de los grandes matemáticos David Hilbert (más sobre él más adelante) y Emmy Noether también contribuyeron a las ecuaciones detrás de la relatividad general. Cuando se publicó la versión final en 1916, Einstein también se benefició del trabajo de físicos más jóvenes como Gunnar Nordström y Adriaan Fokker, quienes lo ayudaron a elaborar su teoría y darle forma a partir de la versión anterior.

2. La primera versión de la teoría contenía un error importante.
La versión publicada por Einstein y Grossmann en 1913, conocida como el artículo de Entwurf ("esquema"), contenía un error matemático importante en forma de un error de cálculo en la cantidad que un rayo de luz se doblaría debido a la gravedad. El error pudo haber sido expuesto en 1914, cuando el astrónomo alemán Erwin Finlay Freundlich viajó a Crimea para probar la teoría de Einstein durante el eclipse solar de agosto. Sin embargo, los planes de Freundlich se vieron frustrados por el estallido de la Primera Guerra Mundial en Europa. Cuando presentó la versión final de la relatividad general en noviembre de 1915, Einstein había cambiado las ecuaciones de campo, que determinan cómo la materia curva el espacio-tiempo.

3. El ahora legendario artículo de Einstein no lo hizo famoso, al principio.
La revelación de su obra maestra en la Academia de Ciencias de Prusia, y más tarde en las páginas de Annelen Der Physik, ciertamente le brindó a Einstein mucha atención, pero no fue hasta 1919 cuando se convirtió en una superestrella internacional. Ese año, el físico británico Arthur Eddington realizó la primera prueba experimental de la teoría de la relatividad general durante el eclipse solar total que ocurrió el 29 de mayo. En un experimento concebido por Sir Frank Watson Dyson, astrónomo real de Gran Bretaña, Eddington y otros astrónomos midieron las posiciones de estrellas durante el eclipse y las comparó con sus posiciones "verdaderas". Descubrieron que la gravedad del sol cambiaba la trayectoria de la luz de las estrellas de acuerdo con las predicciones de Einstein. Cuando Eddington anunció sus hallazgos en noviembre de 1919, Einstein apareció en las portadas de los periódicos de todo el mundo.

4. Otro científico (y antiguo amigo) acusó a Einstein de plagio.
En 1915, el destacado matemático alemán David Hilbert invitó a Einstein a dar una serie de conferencias en la Universidad de Göttingen. Los dos hombres hablaron sobre la relatividad general (Einstein todavía tenía serias dudas sobre cómo hacer funcionar su teoría y sus ecuaciones) y Hilbert comenzó a desarrollar su propia teoría, que completó al menos cinco días ANTES de que Einstein hiciera su presentación en noviembre de 1915. ¿Qué comenzó como un intercambio de ideas entre amigos y colegas científicos que se volvió amargo, ya que cada hombre acusó al otro de plagio. Einstein, por supuesto, obtuvo el crédito, y la investigación histórica posterior descubrió que se lo merecía: el análisis de las pruebas de Hilbert mostró que carecía de un ingrediente crucial conocido como covarianza en la versión de la teoría completada ese otoño. Hilbert en realidad no publicó su artículo hasta el 31 de marzo de 1916, semanas después de que la teoría de Einstein ya fuera pública. En ese momento, dicen los historiadores, su teoría era covariante.

5. En el momento de la muerte de Einstein en 1955, los científicos aún no tenían casi ninguna evidencia de la relatividad general en acción.
Aunque la prueba del eclipse solar de 1919 mostró que la gravedad del sol parecía desviar la luz de la forma en que lo había predicho Einstein, no fue hasta la década de 1960 que los científicos comenzarían a descubrir los objetos extremos, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, que influyeron en el planeta. forma del espacio-tiempo según los principios de la relatividad general. Hasta hace muy poco, todavía estaban buscando evidencia de ondas gravitacionales, esas ondas en el tejido del espacio-tiempo causadas (según Einstein) por la aceleración de objetos masivos. En febrero de 2016, la larga espera llegó a su fin, cuando los científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) anunciaron que habían detectado ondas gravitacionales causadas por la colisión de dos agujeros negros masivos.

6. Puede agradecer a Einstein por el GPS.
Aunque la teoría de Einstein funciona principalmente entre los agujeros negros y las colisiones cósmicas de los cielos, o en una escala ultrapequeña (piense en la teoría de cuerdas), también desempeña un papel en nuestra vida cotidiana. La tecnología GPS es un ejemplo destacado de esto. La relatividad general muestra que la velocidad a la que fluye el tiempo depende de qué tan cerca esté uno de un cuerpo masivo. Este concepto es esencial para el GPS, que tiene en cuenta el hecho de que el tiempo fluye a una velocidad diferente para los satélites que orbitan alrededor de la Tierra que para nosotros en tierra. Como resultado, el tiempo en un reloj satelital GPS avanza más rápido que un reloj en tierra en aproximadamente 38 microsegundos por día. Puede que esto no parezca una gran diferencia, pero si no se marca, provocaría errores de navegación en cuestión de minutos. El GPS compensa la diferencia horaria, ajusta electrónicamente las velocidades de los relojes de los satélites y construye funciones matemáticas dentro de la computadora para resolver la ubicación exacta del usuario, todo gracias a Einstein y la relatividad.


Teoría de la relatividad general de Einstein

La relatividad general es la comprensión del físico Albert Einstein de cómo la gravedad afecta la estructura del espacio-tiempo.

La teoría, que Einstein publicó en 1915, amplió la teoría de la relatividad especial que había publicado diez años antes. La relatividad especial argumentó que el espacio y el tiempo están inextricablemente conectados, pero esa teoría no reconocía la existencia de la gravedad.

Einstein pasó la década entre las dos publicaciones determinando que los objetos particularmente masivos deforman el tejido del espacio-tiempo, una distorsión que se manifiesta como gravedad, según la NASA.

¿Cómo funciona la relatividad general?

Para comprender la relatividad general, primero, comencemos con la gravedad, la fuerza de atracción que ejercen dos objetos entre sí. Sir Isaac Newton cuantificó la gravedad en el mismo texto en el que formuló sus tres leyes del movimiento, los "Principia".

La fuerza gravitacional que tira entre dos cuerpos depende de la masa de cada uno y de la distancia entre los dos. Incluso cuando el centro de la Tierra lo empuja hacia él (manteniéndolo firmemente alojado en el suelo), su centro de masa está retrocediendo hacia la Tierra. Pero el cuerpo más masivo apenas siente el tirón de ti, mientras que con tu masa mucho más pequeña te encuentras firmemente arraigado gracias a esa misma fuerza. Sin embargo, las leyes de Newton asumen que la gravedad es una fuerza innata de un objeto que puede actuar a distancia.

Albert Einstein, en su teoría de la relatividad especial, determinó que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que no aceleran, y demostró que la velocidad de la luz dentro del vacío es la misma sin importar la velocidad a la que viaja un observador. según Wired.

Como resultado, descubrió que el espacio y el tiempo estaban entretejidos en un único continuo conocido como espacio-tiempo. Y los eventos que ocurren al mismo tiempo para un observador pueden ocurrir en diferentes momentos para otro.

Mientras elaboraba las ecuaciones de su teoría general de la relatividad, Einstein se dio cuenta de que los objetos masivos causaban una distorsión en el espacio-tiempo. Imagínese colocar un objeto grande en el centro de un trampolín. El objeto presionaría hacia abajo en la tela, haciendo que se formaran hoyuelos. Si luego intenta hacer rodar una canica alrededor del borde del trampolín, la canica se movería en espiral hacia el cuerpo, tirando de la misma manera que la gravedad de un planeta tira de las rocas en el espacio.

Evidencia experimental de la relatividad general

En las décadas desde que Einstein publicó sus teorías, los científicos han observado innumerables fenómenos que coinciden con las predicciones de la relatividad.

Lente gravitacional

La luz se curva alrededor de un objeto masivo, como un agujero negro, lo que hace que actúe como una lente para las cosas que se encuentran detrás de él. Los astrónomos utilizan habitualmente este método para estudiar estrellas y galaxias detrás de objetos masivos.

La Cruz de Einstein, un quásar en la constelación de Pegaso, según la Agencia Espacial Europea (ESA), y es un excelente ejemplo de lente gravitacional. El quásar se ve como lo era hace unos 11 mil millones de años, la galaxia que se encuentra detrás está unas 10 veces más cerca de la Tierra. Debido a que los dos objetos se alinean con tanta precisión, aparecen cuatro imágenes del cuásar alrededor de la galaxia porque la intensa gravedad de la galaxia dobla la luz que proviene del cuásar.

En casos como la cruz de Einstein, las diferentes imágenes del objeto con lentes gravitacionales aparecen simultáneamente, pero no siempre es así. Los científicos también han logrado observar ejemplos de lentes en los que, debido a que la luz que viaja alrededor de la lente toma diferentes caminos de diferentes longitudes, diferentes imágenes llegan en diferentes momentos, como en el caso de una supernova particularmente interesante.

Cambios en la órbita de Mercurio

La órbita de Mercurio está cambiando muy gradualmente con el tiempo debido a la curvatura del espacio-tiempo alrededor del sol masivo, según la NASA. En unos pocos miles de millones de años, este bamboleo podría incluso hacer que el planeta más interno chocara con el sol o con un planeta.

Arrastramiento de fotogramas del espacio-tiempo alrededor de cuerpos giratorios.

El giro de un objeto pesado, como la Tierra, debería torcer y distorsionar el espacio-tiempo que lo rodea. En 2004, la NASA lanzó Gravity Probe B (GP-B). Los ejes de los giroscopios calibrados con precisión del satélite se desviaron muy ligeramente con el tiempo, según la NASA, un resultado que coincidía con la teoría de Einstein.

"Imagínese la Tierra como si estuviera sumergida en miel", dijo el investigador principal de Gravity Probe-B, Francis Everitt, de la Universidad de Stanford, en un comunicado de la NASA sobre la misión.

"A medida que el planeta gira, la miel a su alrededor se arremolinaría, y es lo mismo con el espacio y el tiempo. GP-B confirmó dos de las predicciones más profundas del universo de Einstein, con implicaciones de gran alcance en la investigación astrofísica".

Desplazamiento al rojo gravitacional

La radiación electromagnética de un objeto se extiende ligeramente dentro de un campo gravitacional. Piense en las ondas sonoras que emanan de una sirena en un vehículo de emergencia cuando el vehículo se acerca a un observador, las ondas sonoras se comprimen, pero a medida que se aleja, se estiran o se desplazan al rojo. Conocido como efecto Doppler, el mismo fenómeno ocurre con ondas de luz en todas las frecuencias.

En la década de 1960, según la Sociedad Estadounidense de Física, los físicos Robert Pound y Glen Rebka dispararon rayos gamma primero hacia abajo y luego hacia el costado de una torre en la Universidad de Harvard. Pound y Rebka descubrieron que los rayos gamma cambiaban ligeramente de frecuencia debido a las distorsiones causadas por la gravedad.

Ondas gravitacionales

Einstein predijo que los eventos violentos, como la colisión de dos agujeros negros, crean ondas en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. Y en 2016, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) anunció que había detectado dicha señal por primera vez.

Esa detección se produjo el 14 de septiembre de 2015. LIGO, compuesto por instalaciones gemelas en Luisiana y Washington, se había actualizado recientemente y estaba en proceso de calibración antes de entrar en línea. La primera detección fue tan grande que, según la entonces portavoz de LIGO, Gabriela González, el equipo tardó varios meses de análisis en convencerse de que era una señal real y no una falla.

"Tuvimos mucha suerte en la primera detección de que era tan obvio", dijo durante la reunión 228 de la Sociedad Astronómica Estadounidense en junio de 2016.

Desde entonces, los científicos han comenzado a captar ondas gravitacionales rápidamente. En total, LIGO y su homólogo europeo Virgo han detectado un total de 50 eventos de ondas gravitacionales, según funcionarios del programa.

Esas colisiones han incluido eventos inusuales como una colisión con un objeto que los científicos no pueden identificar definitivamente como agujero negro o estrella de neutrones, estrellas de neutrones fusionadas acompañadas de una explosión brillante, colisión de agujeros negros no coincidentes y más.


Electroimanes

El magnetismo es un efecto relativista, y si usa electricidad, puede agradecer a la relatividad el hecho de que los generadores funcionen.

Si toma un bucle de cable y lo mueve a través de un campo magnético, genera una corriente eléctrica. Las partículas cargadas en el cable se ven afectadas por el campo magnético cambiante, lo que obliga a algunas de ellas a moverse y crea la corriente.

Pero ahora, imagine el cable en reposo e imagine que el imán se está moviendo. En este caso, las partículas cargadas en el cable (los electrones y protones) ya no se mueven, por lo que el campo magnético no debería afectarlas. Pero lo hace, y todavía fluye una corriente. Esto muestra que no existe un marco de referencia privilegiado.

Thomas Moore, profesor de física en Pomona College en Claremont, California, usa el principio de relatividad para demostrar por qué la Ley de Faraday, que establece que un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica, es cierta.

"Dado que este es el principio fundamental detrás de los transformadores y generadores eléctricos, cualquiera que use electricidad está experimentando los efectos de la relatividad", dijo Moore.

Los electroimanes también funcionan a través de la relatividad. Cuando una corriente continua (CC) de carga eléctrica fluye a través de un cable, los electrones se desplazan a través del material. Normalmente, el cable parecería eléctricamente neutro, sin carga neta positiva o negativa. Eso es una consecuencia de tener aproximadamente la misma cantidad de protones (cargas positivas) y electrones (cargas negativas). Pero, si coloca otro cable junto a él con una corriente continua, los cables se atraen o se repelen entre sí, según la dirección en la que se mueva la corriente. [9 datos interesantes sobre los imanes]

Suponiendo que las corrientes se mueven en la misma dirección, los electrones del primer cable ven a los electrones del segundo cable inmóviles. (Esto supone que las corrientes tienen aproximadamente la misma fuerza). Mientras tanto, desde la perspectiva de los electrones, parece que los protones de ambos cables se mueven. Debido a la contracción relativista de la longitud, parecen estar más espaciados, por lo que hay más carga positiva por longitud de cable que carga negativa. Dado que las cargas iguales se repelen, los dos cables también se repelen.

Las corrientes en direcciones opuestas provocan atracción, porque desde el punto de vista del primer cable, los electrones en el otro cable están más apiñados, creando una carga neta negativa. Mientras tanto, los protones del primer cable están creando una carga neta positiva y las cargas opuestas se atraen.


La métrica de Kerr

Como puede imaginar, la teoría de la relatividad general se basa en muchas matemáticas complicadas. Einstein desarrolló 10 ecuaciones de campo que describen la gravedad como el resultado de que el espacio-tiempo tiene curvatura en virtud de la masa y la energía que contiene. Resolver las ecuaciones de campo nos dice cómo se comporta el espacio-tiempo bajo ciertas condiciones, y esas soluciones siempre han estado muy de acuerdo con lo que realmente observamos.

Aparte, aunque las ecuaciones de campo de Einstein nos han sido de gran ayuda para comprender el Universo, cuando pasamos del reino de lo muy grande a lo muy pequeño, están incompletas. Son intrínsecamente incompatibles con la teoría cuántica en el sentido de que requieren que la energía y el momento se definan con precisión en cada punto del espacio-tiempo, lo que contradice el principio de incertidumbre para los estados cuánticos. Pero esa discusión es para otro día ...

Una de las soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein es la métrica de Kerr. Un agujero negro se define por solo tres propiedades: su masa, su giro y su carga eléctrica. La métrica de Kerr describe la geometría de una región vacía del espacio que rodea un agujero negro que no está cargado pero que gira. Exactamente el tipo de agujeros negros que esperamos encontrar esparcidos por todo el Universo.

La métrica de Kerr hace algunas predicciones realmente interesantes sobre el espacio-tiempo alrededor de un agujero negro que son consecuencia de que tienen un momento angular. Por ejemplo, en lugar de tener un solo horizonte de eventos, los agujeros negros de Kerr tienen dos y, en lugar de ser perfectamente esféricos, tienen la forma de esferas aplastadas.

Aún más extraño, sin embargo, es que la singularidad en el centro de un agujero negro de Kerr no es un punto, sino un anillo unidimensional. Si el agujero negro girara lo suficientemente rápido, incluso podrías verlo.

Y adivina qué. Cuando los astrónomos tomaron la primera imagen óptica de un agujero negro, en el centro de la galaxia M87, usando el Event Horizon Telescope (EHT), encontraron que giraba al 94% de su velocidad máxima con una singularidad unidimensional más grande. que la órbita de Plutón y coherente con muchas de las predicciones de la métrica de Kerr.


Televisores, radares y otras tecnologías vinculadas a las teorías de la relatividad de Einstein

Si alguna vez recibió una multa por exceso de velocidad o disfrutó de una noche viendo TGIF en la década de 1990, entonces puede agradecer a Albert Einstein. Esta semana se cumple un siglo desde que el empleado de patentes convertido en físico presentó sus ecuaciones de campo para la gravitación en la Academia de Ciencias de Prusia en Berlín, estableciendo el marco para la teoría de la relatividad general.

Estas conferencias representaron una secuela del trabajo que Einstein había introducido una década antes sobre el efecto fotoeléctrico, que finalmente ganó el premio Nobel, y la relatividad especial, que ha sido popularizada por la ecuación E = mc 2.

A pesar de la naturaleza abstracta de la relatividad, ambas teorías penetran en la sociedad dentro de la tecnología cotidiana. Los conceptos no solo explican la estructura del universo, sino que se llevan en la mayoría de carteras y bolsillos. Las ideas de Einstein envían mensajes de texto, pero también forman la base del arma más destructiva jamás construida.

Es difícil decir si la sociedad se habría perdido los siguientes dispositivos sin Albert Einstein. Einstein tuvo muchos competidores académicos, algunos de los cuales publicaron aspectos de la teoría de la relatividad general y especial antes que él. Sin embargo, Einstein fue más que un titán de la física teórica. El escritor Walter Isaacson describe a Einstein como el reinventor de la realidad, pero también se pensaba en el físico nacido en Alemania como un padre distraído, un defensor de los derechos civiles, un antifeminista, un pacifista, un iconoclasta y una estrella de rock.

Esa es la cosa. Al buscar una teoría unificada de todo, Einstein unió nuestras fascinaciones por la física teórica, el universo y él.

La televisión sería borrosa sin una relatividad especial

Un imán parece curvar un haz de luz en un tubo de rayos catódicos. Estos rayos crean la imagen en los televisores más antiguos, y los principios físicos desarrollados por Einstein mantienen la imagen clara. Foto de Charles D Winters / vía Getty Images

Así es como la relatividad especial evitó que ese episodio original de & # 8220Friends & # 8221 estuviera desenfocado, al menos desde una perspectiva visual.

La teoría de la relatividad especial de Einstein describe la velocidad de la luz como la única constante en el universo, al tiempo que dice que las leyes del movimiento son siempre las mismas, independientemente de la velocidad a la que viaje un objeto. Pero si la luz permanece sola como un campeón inmutable, entonces todo lo demás en el universo debe ser flexible, incluidas las distancias entre las cosas (espacio) o incluso el tiempo. Eso ha sido probado experimentalmente y conduce a algunas tendencias extravagantes en nuestra existencia.

Por ejemplo, si está parado junto a la carretera y un automóvil pasa a toda velocidad, ese vehículo es físicamente más corto, el tiempo pasa más lento para el conductor en relación con usted y la masa del conductor aumenta, aunque todo a niveles minúsculos.

Esos cambios se vuelven más evidentes a medida que uno avanza más rápido, lo que influye en la claridad de los televisores de caja.

“La relatividad especial se vuelve relevante si los objetos se mueven con velocidades cercanas a la velocidad de la luz. No vemos que esto le suceda a los objetos grandes, pero las partículas pueden hacer esto fácilmente. Por ejemplo, los electrones ”, dijo Robbert Dijkgraaf, quien dirige el Instituto de Estudios Avanzados donde Einstein se desempeñó como profesor desde 1933 hasta su muerte en 1955.

Los televisores anticuados utilizan tubos de rayos catódicos para disparar haces de electrones a una pantalla. La pantalla está recubierta internamente con compuestos llamados fósforos, que brillan cuando la energía pasa en los rayos y hacen que los fósforos brillen, creando color y una imagen, pero para hacerlo, los electrones deben moverse rápidamente. Realmente rápido.

“En un televisor antiguo, los electrones pueden acelerarse fácilmente a un 20-30 por ciento de la velocidad de la luz, & # 8221 Dijkgraaf. "A estas velocidades, las cosas se vuelven realmente locas".

Eso se debe a la relatividad especial. Las supervelocidades hacen que los electrones crezcan en masa en relación con el resto del televisor.

"Desde la perspectiva del electrón, la televisión se ha encogido", dijo Dijkgraaf.

Los imanes dentro del televisor guían los electrones a diferentes partes de la pantalla para producir una imagen, pero Dijkgraaf dijo que el diseño de los imanes debe tener en cuenta la relatividad especial. De lo contrario, todo estaría desenfocado hasta en milímetros.

Dijkgraaf dijo que un ejemplo mucho más espectacular de este fenómeno ocurre dentro de los aceleradores de partículas, donde las altas velocidades hacen que el tiempo interno de las partículas se ralentice en un grado notable, a través de un proceso conocido como dilatación del tiempo. Como resultado, estas partículas viven mucho más tiempo de lo normal.

Estos principios no se aplican a los televisores LCD o de plasma porque esos dispositivos no se basan en haces de electrones.

Las pistolas de radar se basan en la relatividad para atrapar a los coches a alta velocidad. Foto de Boris Yaro / Los Angeles Times a través de Getty Images

Si alguna vez ha recibido una multa por exceso de velocidad de una trampa de tráfico, puede agradecer a Einstein.

La luz se mueve en ondas. Eso es cierto si se trata de luz visible, luz ultravioleta, rayos X u otros tipos de luz, que se clasifican colectivamente como radiación electromagnética.

Todas las ondas exhiben el efecto Doppler. Usted ha sido testigo de que esto sucedió mientras estaba de pie en una acera mientras una ambulancia corría hacia un hospital. La sirena tiene un tono más alto cuando se acerca a ti, un tono regular cuando está justo a tu lado y un tono más bajo cuando el automóvil se aleja. Eso se debe a que la frecuencia de las ondas sonoras cambia si se emiten desde un objeto en movimiento.

El efecto Doppler hace que el motor o la sirena de un automóvil suene más alto cuando se acerca que cuando se aleja. Los círculos rosados ​​representan ondas sonoras. Ilustración de Charly Whisky / Wikimedia

El efecto Doppler no solo se aplica a las ondas emitidas, sino a las que se reflejan en un objeto, lo que explica cómo funcionan las pistolas de radar. Los escáneres de la policía emiten ondas infrarrojas que rebotan en los automóviles y luego detectan la frecuencia de los reflejos a medida que regresan, dando un cálculo de velocidad.

Gracias a la teoría especial de la relatividad de Einstein y al ritmo inmutable de la luz, una pistola de radar puede hacer predicciones precisas, casi instantáneas de la velocidad de un vehículo, incluso si el coche de policía también se está moviendo.

La energía nuclear y la aversión de Einstein a la bomba atómica

Una nube en forma de hongo después de la explosión de una bomba atómica francesa sobre el atolón de Mururoa, 1971. Foto de Galerie Bilderwelt / Getty Images

Los aceleradores de partículas y la relatividad especial se convierten en un legado que a menudo se atribuye erróneamente a Einstein: la creación de la bomba atómica.

La "E" en E = mc 2 se refiere a la energía, por lo que, en un nivel básico, la ecuación de Einstein dice que la masa y la energía son intercambiables. Como Alok Jha explicó magistralmente para The Guardian:

En el nuevo mundo de Einstein, la masa se convirtió en una forma de medir la energía total presente en un objeto, incluso cuando no estaba siendo calentado, movido o irradiado o cualquier otra cosa. La masa es solo una forma superconcentrada de energía y, además, estas cosas pueden cambiar de una forma a otra y viceversa.

Las reacciones nucleares se basan en este principio para crear energía. Cuando un neutrón & # 8212 una partícula subatómica & # 8212 se rompe en átomos de uranio inestables, este último se divide en átomos más pequeños. La división de este átomo libera energía en forma de calor y más neutrones, que repiten el ciclo, provocando una reacción en cadena. El proceso se repite millones de veces en un segundo, liberando una tremenda energía. Un gramo de uranio o plutonio (0.035 onzas) puede liberar la energía equivalente a tres toneladas de carbón o 600 galones de aceite de petróleo en un solo día, según el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Esta energía puede impulsar a las ciudades, pero como demostró el Proyecto Manhattan, también se puede aprovechar como arma.

Einstein no contribuyó al Proyecto Manhattan y llegó a lamentar su única asociación con el esfuerzo bélico. En agosto de 1939, escribió una carta advirtiendo a Franklin Roosevelt sobre la búsqueda de un arma nuclear por parte de Alemania. Pero como Walter Isaacson describió en 2008 para Discover Magazine, Einstein "sabía poco sobre la física de partículas nucleares subyacente a la bomba" y una vez fue citado en Newsweek diciendo: "Si hubiera sabido que los alemanes no tendrían éxito en producir una bomba atómica, nunca habría levantado un dedo. & # 8221

GPS, gelatina y el corazón de tu teléfono móvil

Sabemos que el universo y la gelatina agitada tienen mucho en común gracias a Einstein y las ondas gravitacionales.

Ok, la relatividad especial es genial, pero ¿qué pasa con la tecnología inspirada en la teoría de la relatividad general?

El ejemplo más generalizado es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), y es el resultado de la teoría de la relatividad general de Einstein que aclara los orígenes de la gravedad.

Hace trescientos años, Isaac Newton observó que los objetos pequeños en el universo son atraídos hacia objetos más grandes, y discernió que la fuerza de esta atracción dependía de su masa. Los objetos más masivos & # 8212 como Júpiter & # 8212 tienen un tirón más fuerte que los cuerpos más pequeños como Mercurio. Este concepto fue una base excelente y elegante para la gravedad, pero ¿no explica cómo dos objetos se atraen en primer lugar? Introduzca Einstein y la relatividad general.

Su teoría propuso que los objetos masivos pueden doblar físicamente el espacio. Para tener una idea de lo que eso significa, imagina que has dejado caer una gran canica sobre un gran cuenco de gelatina # 8217. Cuando la canica aterrice, la gelatina presionará hacia abajo y las áreas adyacentes se inclinarán como una rampa hacia la canica. Si una canica más pequeña se encuentra en el borde de esa rampa, será atraída hacia la primera.

Usando sus ecuaciones de campo, Einstein explicó que la gravedad es en realidad la curva de esta gelatina, que en el universo real está hecha de espacio y tiempo. Como escribió el físico teórico del Instituto de Tecnología de California, Sean Carroll, para NewsHour a principios de esta semana:

En el universo de Einstein, el espacio y el tiempo se absorben en un único "espacio-tiempo" de cuatro dimensiones, y el espacio-tiempo no es sólido. Se retuerce y gira y se dobla en respuesta al movimiento de la materia y la energía. Percibimos ese estiramiento y distorsión del tejido del espacio-tiempo como la fuerza de la gravedad.

Esto significa que las grandes fuentes de gravedad & # 8212 por ejemplo, la Tierra & # 8212 pueden alterar el tiempo. Como resultado, un reloj en la superficie del planeta corre más lento que uno a bordo de un satélite GPS colocado a 12,000 millas en el espacio libre. (Esto también se considera dilatación del tiempo).

La relatividad fue un obstáculo durante los primeros días del GPS. Los satélites GPS deben estar sincronizados con su teléfono o receptor de automóvil para poder identificar su ubicación. Cuando los ingenieros lanzaron inicialmente satélites GPS al espacio exterior, asumieron que los efectos de la relatividad serían demasiado pequeños para alterar los relojes atómicos de alta precisión a bordo.

Estaban equivocados. Los relojes del satélite corrían 38 millonésimas de segundo más rápido que los relojes de la Tierra por día. Eso suena marginal, pero habría desviado su ubicación hasta siete millas.

Dijkgraaf dijo que ignorar la relatividad no solo paralizaría el GPS, sino las telecomunicaciones en su conjunto.

“Nuestra red de comunicaciones es una configuración de transmisores, receptores, satélites & # 8212 tanto terrestres como en el espacio exterior. Y, en cierto sentido, toda nuestra tecnología funciona a la velocidad de la luz ”, dijo Dijkgraaf. "Estos dispositivos interactúan entre sí a través del espacio y el tiempo con precisión, por lo que necesitamos relojes atómicos para todas nuestras comunicaciones".

Los experimentos con relojes atómicos han medido cambios basados ​​en la gravedad en el espacio-tiempo en distancias extraordinariamente cortas, como un estudio de 2010 del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología que midió el efecto sobre la longitud de un pie. La diferencia es pequeña & # 8212 90 mil millonésimas de segundo en 79 años & # 8212, pero este cambio sutil en la relatividad significa que envejeces más rápido que un amigo si ella está parada un par de escalones debajo de ti en una escalera.

Además, si el espacio puede doblarse, entonces la relatividad general sostiene que las colisiones gigantescas entre objetos estelares pueden enviar ondas de choque a través del espacio exterior.

"Si tienes una colisión de dos agujeros negros, básicamente crea un tsunami en el espacio que puede propagarse desde una estrella o galaxia muy distante hasta el planeta Tierra", dijo Dijkgraaf. Lo mismo sucede si mueve la mano en el aire, aunque en una escala mucho menor.

Estas ondas de gravedad aún no se han detectado en la Tierra, pero los científicos saben que el fenómeno existe.

“Los hemos visto indirectamente con un par de estrellas que giran una alrededor de la otra. No vemos las ondas en sí mismas, pero vemos que las estrellas pierden energía al irradiar la gravitación ”, dijo Dijkgraaf.

La próxima semana, la Agencia Espacial Europea lanzará el LISA Pathfinder, un satélite espacial en una misión para detectar ondas gravitacionales. Si detecta estas olas, el evento podría ser esclarecedor, dijo Dijkgraaf.

“¿Cómo se ve el universo en la & # 8216 luz de la gravedad & # 8217 por así decirlo? Podríamos detectar ondas gravitacionales desde el Big Bang, pero es como esperar a que las nubes se separen y no tener idea de lo que hay detrás de ellas ", dijo Dijkgraaf.

Einstein y cómo enviar un mensaje de texto a familiares fallecidos

El cosmonauta ruso Gennady Padalka ha pasado tanto tiempo en el espacio que técnicamente viajó al futuro. Foto de NASA

Podría decirse que los astronautas son los primeros bandidos del mundo. Las personas que pasan largos períodos en las estaciones espaciales en realidad han avanzado en el tiempo en relación con las personas atrapadas en la Tierra.

Eso es porque las estaciones espaciales viajan rápido & # 8212 a 17.000 millas por hora & # 8212 para permanecer en órbita, y los relojes a lo largo del viaje comienzan a sufrir una relatividad especial. La velocidad orbital ralentiza el tiempo, por lo que cuando los astronautas regresan a la Tierra, aterrizan en el futuro.

Russian cosmonaut Gennady Padalka, who earlier this year set the record for the longest collective time spent in space at 879 days, has traveled 22 thousandths of a second into the future. If American astronaut Scott Kelly landed today, he would have jumped six thousandths of a second into the future.

As recent history can attest, when people picture time travel, they think of Michael J. Fox, a puffy red vest and a tricked-out Delorean. But this perception doesn’t vibe with relativity, said University of Connecticut theoretical physicist Ronald Mallett.

“As far as taking a time machine with you, no. That’s not really an option,” Mallett said.

He should know, since he is building a time machine. That’s right. A time machine … and because of Einstein’s theories, the idea isn’t as far-fetched as you might expect.

To understand, let’s start with E = mc 2 . As we mentioned before, this equation states that mass and energy are interchangeable. Light has energy, so it also carries mass. If you remember our journeys with the marble and Jell-O, then you know that mass can bend space and time, giving off the perception of gravity.

Mallett’s time machine would harness this relationship: “If gravity can affect time, and light can create gravity, then light can affect time.”

To tweak space and time, the project will need lasers … about 10,000 of them organized into rings. Next, Mallet and his colleague — UConn experimental physicist Chandra Roychoudhuri — plan to stack these ring lasers like pancakes. The collective vortex created by the lasers might twist space, based on a theoretical equation published by Mallett 15 years ago.

Ronald Mallett and his space twisting equation. Courtesy of Ronald Mallett

If it works, Mallett would have, in a sense, satisfied a childhood dream of reconnecting with his deceased father, Boyd.

“He was only 33, and I was 10 years old. He looked like a very healthy man, but we didn’t know he had a weak heart. He died of a massive heart attack. It completely devastated me,” Mallett said.

A year later, the younger Mallett stumbled upon the H.G. Wells book The Time Machine. “It was like a lightbulb for me. If I could build a time machine then I can go back and see him again,” Mallett said.

Mallett and Roychoudhuri would judge the twisting of space by shooting a stream of neutrons into the vortex. Neutrons spin in a certain direction, so if their rotations changed by the time that they exited the vortex, the researchers could conclude space had been twisted.

Dorothy and Boyd Mallett with Ron on the left and his younger brother, James, on the right, at the Bronx Park in 1948. Courtesy of Ronald Mallett

It’s a bold idea with a heartwarming backstory, but as Mallett learned on his road to becoming a physicist, the rules of spacetime would likely prevent a trip to the 1950s.

Construction of the prototype would be simple on a practical level. A diode laser is about a thousandth of an inch high, so if you have a tower of 10,000 laser, that’s only about 5 feet, Mallett said. It’s the date that’s a problem.

“The machine is responsible for the twisting of space and time, so you can’t go earlier than that. Once the first time machine is turned on, our descendants would be able to communicate with us, but we won’t be able to communicate with our ancestors,” Mallet said. The same thinking applies to wormholes, which are theoretical tunnels between sections of spacetime. A time traveler could visit as far back as the creation of the wormhole but no earlier. (For more, here are Sean Carroll’s 10+1 rules for time travel).

A mock prototype of space-twisting ring laser device devised by Ronald Mallett and Chandra Roychoudhuri. The demonstration model (a.k.a. not the real thing) is based on Mallett’s research into how circulating laser light might twist space and time and lead to the possibility of time travel to the past and the future. Photo by Scott Eisen

Another barrier to time twisting is energy. The juice required for prototype’s ability to twist space would be 23.9 Joules — about as much power as 24 mile per hour baseball pitch. But the energy for twisting time would be off the charts.

“That on the surface appears to require an enormous amount of energy. I mean a huge amount of energy, like stellar quantities,” Mallett said. However, twisting space may serve as the foundation for a warp drive.

Yet humanity might one day figure out how to produce the necessary power to bend time or maybe we’ll find an extraterrestrial civilization that has planted megastructures around a star to harvest energy. If so, Mallett believes his time machine would be a great way to exchange information between the present and future. These text messages could be encoded in the spins of the neutrons, akin to what’s planned with quantum cryptography and could carry warnings about natural disasters.

“Imagine the thousands of lives that we could save by having an early warning,” Mallett said.

Or perhaps we’ll stumble upon aliens that built a time machine centuries ago, so Mallett or anyone else could visit cherished moments from their past?

Dijkgraaf is certainly open to the prospect.

“Our current technology is certainly not there, and if you took a poll of physicists, you’d see a lot of skepticism,” Dijkgraaf said. “But if you take a broad point of view and say, ‘we don’t know what kind of civilizations are out there and how far they have developed technology’ … who knows?”

Left: Einstein's theories on relativity kept box TVs from being blurry. Photo by Michael J Fajardo/via Getty Images


That Fool, HeckPhilly!

We as humans have a way of looking at history through the lenses of rose-colored glasses. We talk about things like Ben Franklin flying a kite to descubrir electricity, when actually, Franklin didn’t discover electricity, at all. Electricity had been discovered long before then. Or we talk about the great American Revolution while overlooking the practicality that it’d be like a rogue, rag-tag, group of treasonous men warring against our current government to promote this demonized “enlightened” new movement.

It’s human nature. If the result benefits us today, we toss out the the blurry particulars. And in some ways, it helps us move forward.

Albert Einstein’s Nobel Prize picture

But sometimes it is advantageous to look back on some of the tribulations/indiscretions that accompanied the world’s greatest feats. While it may inspire us to know the heights of what we’re capable of, it’s just as healthy to understand the obstacles we’re able to overcome.

Without further ado, here are seven things you may have forgotten about Albert Einstein (or didn’t know) that make him as ordinary as you and me.

1. His struggles with proper language were well-documented.

Some historians say he was dyslexic, while others denied this (implying he just struggled with speech/reading). Either way, some say he didn’t start speaking until he was 4-years-old, while still others say he was unable to speak fluently until he was 12-years-old.

2. Albert Einstein was a major class clown.

Einstein would often act out in class. As a teen, he’d boisterously bark and snort during class so much, the kids gave him the nickname “Schweinhund”, which in German means “pig-dog”. In another instance, Einstein once released two bats from his lunchbox. Seven students were injured in the skirmish as the bats flew through the classroom.

As a 21-year-old undergrad at Swiss Federal Polytechnic, he barely graduated college. He was known as a daydreaming, never-paying-attention, airheaded, goof-off. So much so, that his teachers refused to write him a recommendation upon his graduation.

The result of this: he couldn’t find a job.

3. Einstein almost decided to change his career to selling insurance.

Einstein’s father, Hermann Einstein, tried to apply for jobs on behalf of his son. He had no success. Despite their combining efforts, there weren’t a lot of positions he qualified for. In 1902, his father died under the impression that his son was going to be a failure. This caused a depressed and defeated young Al to consider changing his field of study from math/physics to insurance.

4. He was known as a daydreamer/air-head.

Often times, Einstein would spend hours — even days — staring off into blank space daydreaming about various things. One of his famous daydreams were of him being able to ride alongside a light beam. Another famous dream would involve him picturing a man falling off a roof inside of an elevator.

As we know now, these two famous daydreams lead to his changing science forever with his special/general relativity equations which determined the closely linked relationship between space and time.

5. Einstein was aided by his wife in rise to stardom.

Einstein’s name wasn’t always synonymous with the word “genius”. Before he was known as one of the greatest minds in history, he spent some 33, or so, years as an ordinary man. He switched jobs a few times, working as a substitute teacher and other small jobs before settling in as a lowly patent clerk working for peanuts with a wife and a child at home. His wife, Mileva Marić, (who also attended Polytechnic with him) was an aspiring physicist, herself. She put her dreams on the back-burner to take care of her kids and the house, while helping him to mold his beginning theories.

Eventually, they grew apart. Einstein didn’t want a scientist wife, he wanted a domestic one. He made a pact with her: he guaranteed that he’d win the Nobel Prize, and he told her if she signed divorce papers, he’d give her all the money from the winnings. Against her scientist nature, she went against the odds and accepted.

He would later win the award.

6. 1905 is considered, “Einstein’s miracle year” despite almost nothing going right.

Like us normal-folks, stress, pressure to not fail, failure, and anxiety was very much a reality for Einstein. Everyone has felt that, ‘you’re getting old, do something with your pitiful life, you bum’ feeling at one point or another. Einstein was no different. He once wrote to his parents that he felt it would have been “better” if he had “never been born.”

In 1905, in particular, Einstein’s theories were being rejected left and right. He worked at his monotonous and boring job six days a week only to have minimal only enough to get by.

He suffered from depression, and some even suggest anxiety, as well. At 26-years-old, with a family, he was nowhere near where he thought he should have to been at that age. A dead-end job and no one biting onto what was his true natural passion.

His opportunity came in an unlikely manner, however. Germany’s biggest theoretical physicist Max Planck — father of quantum theory — gained interest in his early papers and published them without knowing he was publishing the work of a bored, daydreaming, patent clerk rather than a scientist.

This would prove to lead to his big break.

7. He almost lost his career as a physicist, early on.

Despite catching his opportunity at a big break, the risks he took almost lead to career suicide.

His ‘special relativity’ theory was notable, but he wasn’t satisfied with only that. He wanted to develop a general relativity theory one which explained the role gravity plays in space and time. That task seemed almost impossible. It meant fighting against 200 years of established scientific theories, including theories from his hero, Sir Issac Newton.

Up against a man folks considered next to God, himself, (Isaac Newton) he had a colossal task at hand. Despite his mentor, Planck, telling him he was either going to be unsuccessful or people weren’t going to believe him, Einstein sought to understand our universe more fully than the world had ever been able to understand.

After much brainstorming, daydreaming, and frustrating trial and error, he was able to discover an equation that explained his general relativity theory.

He only had one more thing to do: prove it to the doubting science world, and that may have been more difficult than anything else.

He struggled to find the right set of people to conduct an experiment. The unprecedented loco experiment was centered around catching a solar eclipse to prove that space bends through heavy gravity by observing how the stars interact around the sun.

The next solar eclipse was going to be in Crimea (1914). The plan was foiled by war and a cloudy night. That misfortune turned out to be a bien thing, however.

Upset at missing his chance to prove his new theory was correct, he used some extra time to review his equation. In that extra time he discovered that he would have actually been incorrect, likely taking an embarrassing public hit to his credibility as a new guy.

The experiment failure gave him an opportunity to spot something that could have potentially ruined his career. He jumped back into his thinking zone to fix it and eventually published a paper that would change the world forever.


6 Things You Might Not Know About Einstein’s General Theory of Relativity - HISTORY

Anyone writing that Einstein was fundamentally wrong has not understood General Relativity. There are really two different things which are General Relativity. There are the principles that define General Relativity in particular the Einstein Equivalence Principle. Then there are mathematical realizations of those principles like the Einstein Hilbert Action, from which we derive predictions from the big bang, to light bending due to the Sun, to Black Holes, and gravitational waves. So if you see a headline saying Einstein was wrong the answer is no. His theories were incomplete descriptions of nature. We seek to extend this with modified theories, and test those with experiments. Any such theories would include general relavity within their structure. This is similar to the way Einstein's theory reduces to Newtons laws at smaller masses and lower speeds.

This mathematical realization has been remarkably successful and passed every test thrown at it. However, we still test it to look for alternatives and extensions to it. For example, we look for various ways to extend our mathematical formulation of General Relativity by adding new fields, or new interactions between gravity and those fields.

The most robust approach holds that instead of gravity being described by the Ricci curvature R it is instead a function, f, of the Ricci curvature R. f(R) in the traditional mathematical formulation of general relativity f(R)=R. This formulation has gotten us all the modern astrophysics you have ever heard of.

There are many other models of f(R). I developed a few of my own which I either gave talks about or published however those models were extraordinarily complex and, in a way, mostly academic. These days the most interesting f(R) is due to Alexi Starobinsky f(R)=R+bR^2 . This model is the simplest function of R possible other than adding a constant such as the cosmological constant. This model gives cosmic inflation and preserves all the predictions of the traditional formulation. However, how does one test for this?

This is where gravitational wave observations may be instructive. Extreme mass ratio in spirals. This is where a black hole interacts with an object which is much less massive. This could be a super massive black hole and a neutron star or a black hole and an ordinary planet. The LISA probe to be launched by the European Space Agency with a little cooperation with NASA is going to investigate this and many other things.

LIGO is not sensitive to EMRI interactions as it does not have the scale to be sensitive to them. These low frequency interactions just are not visible to LIGO.

In simple terms think of these devices as being like tuning forks. Strike a tuning fork on one side of the room. An identical tuning fork will resonate with the sound of the one you struck. The frequency of the tuning fork depends on the size of the tuning fork. LIGO is not sensitive to EMRI interactions as it does not have the scale to be sensitive to them. These low frequency interactions just are not visible to LIGO but they will be to LISA which will be much larger.

None of this even considers issues of how to incorporate gravity into quantum mechanics or perhaps vice versa.

Einstein can be built upon, and physicists will do just that. Einstein and Hilbert were not perfect. However, if anyone says, &ldquoEinstein was wrong&rdquo, at this point, they are a quack.

Opinion and views articles that I post at Science 2.0 will be available on my Substack for at least a day before they are here. If you like what you see here check out my feed there. It is free for the time being.

Currently I am an adjunct professor at the College of DuPage. My research focuses on astrophysics from massive star formation to astroparticle physics.


5. Black holes

One of the earliest solutions to Einstein's general relativity equations was calculated by German physicist Karl Schwarzchild in 1916, when the theory was still hot off the press

This result gave us one of nature's (and Hollywood's) great blockbusters — black holes.

These infinitely dense remnants of massive dead stars are so tiny, and their gravity so strong, that the escape velocity is faster than the speed of light.

Einstein thought black holes sounded nuts, but there's plenty of indirect evidence that they exist.


Einstein's Theory Of Relativity: Implications Beyond Science?

SiS is proud to feature the winners of the "2008 Integrated Graduate Program in the Life Sciences (IGP) Science and Society Class Distinction Award." Written as part of a course on science and society, these papers were chosen by IGP faculty to be published on SiS. This month, we present the following piece by MD-PhD candidate Hans Arora. Next month we'll look at "Origin of Life: The Panspermia Theory," by PhD student Sonali Joshi.

In 1905, Albert Einstein published his special theory of relativity, and his general theory of relativity was made public in 1915. For these accomplishments, he is often heralded as the most influential thinker of the 20th century and possibly in modern history. His name is taught to elementary school children across the country as a potential role model, and his image is easily recognizable to the majority of our population. “Einstein” and “genius” have become virtually interchangeable in our society.

Arguably, it is the superficial simplicity that causes many to accept E = mc 2 as Einstein's major contribution to science: five simple characters, simple algebra—how hard could it be? We need only look at the backs of cereal boxes, television commercials, and newspaper advertisements to see the famous equation used to signify education and knowledge. While the audience may not understand what these letters stand for, or the far-reaching implications of the theory of relativity, the equation itself has become a symbol. The use of the phrase signals the lay audience to regard what follows as intelligent, knowledgeable, and accurate.

The meaning of this phrase to the scientific community is understandably much different. As a graduate student, much of my academic life while growing up has been geared towards science. One of the questions I remember asking is, "What does E = mc 2 mean?" When I was lucky, I received the answer, "energy equals mass times the speed of light squared," and for a while I was content with that literal response. Yet, while "energy equals mass times the speed of light squared" tells me what E = mc 2 stands for, it still does not tell me what it means. As I learn more, I realize that the applications of this deceivingly simple equation are what give it meaning, whether they are in the construction of the atomic bomb or the study of particle physics. But this mass-energy equivalence is only one aspect of relativity—and only special relativity at that—and yet it is the most commonly cited example of Einstein's work.

However, the great majority influence Einstein is credited with is due to the implications of relativity as a concept beyond science. While Einstein’s work did create new branches of study in physics and revolutionize astronomy, the impact on daily life, philosophy, and society are much more important. It is through the aftermath of his two theories on relativity that Einstein has truly risen to fame in a variety of audiences and for many reasons.

At first glance, it seems difficult to acknowledge practical, every day implications of Einstein’s theories of relativity. We rarely find ourselves confronted with the dilemma of considering disparate inertial frames or extremely high velocities approaching the speed of light. However, the applications to nuclear energy production and synchronization of the global positioning system (GPS) satellites around the earth indicate an effect of relativity on our day-to-day activities. Nuclear energy has helped alleviate a portion of our reliance on non-renewable resources for our energy needs. And as those needs increase and our resources are depleted, we will be continually drawn towards the promises nuclear energy has already fulfilled for other parts of the world that have more readily accepted it as a major energy supplier. It is also difficult to imagine the military and combat today without conjuring images of nuclear warheads and nuclear-powered submarines. These technologies rely on relativity through GPS. However, GPS enables not only the Department of Defense, but also the commuter who has just taken a wrong turn and the couple searching for a restaurant.

Another practical aspect of our lives that has been impacted by relativity is almost so basic that it often escapes conscience awareness. Einstein's postulates regarding relativity challenged much of the way traditional science had viewed certain physical aspects of the universe. Put simply, he stated that the laws of physics (and science) are the same for all observers, regardless of their speed, and that the speed of light was constant for all observers, regardless of their speed. For example, if a person traveling 60 miles per hour on a bus throws an object at 30 miles an hour, this object will appear to be moving at 90 miles per hour—both speeds combined—to a person standing still on the ground, but only 30 miles per hour to the person on the bus. However, if the person on the bus shoots a light beam, and a person standing still on the ground also sees it, the speed of the light will be the same for both people on the ground and people on the bus—186,000 miles per second. The extra 60 miles per hour of velocity from the bus means nothing.

Initial intuition tells us this does not make sense—speed is determined by distance over time. So, if the speed of light doesn’t change, that means distance and time must change to always reach the correct number. Therefore, one of relativity's most extraordinary consequences is realized: time itself is relative! Things that we thought were fixed, constant, and known were not really any of those. Time (and length) were dependent on your viewpoint, and the circumstances (i.e. inertial reference frame) in which you viewed these “constants” affected the properties which you measured. Time is often agreed upon as the only constant thing in our universe. Einstein dared to say that we must now re-interpret how we view the world around us. Such a radical concept turned science on its head, and it became widely acknowledged that this discovery had somehow affected the lives of everyone on the planet- rather, the lives of everyone had always been affected by properties that had only just been discovered and acknowledged.

Einstein’s theories of relativity have not only affected our daily lives in such basic ways as how we heat our homes, reach our destinations, and measure our days. His theories of relativity were used by philosophers, politicians, and activists to turn moral philosophy upside-down. Relativity fueled postmodernism and philosophic relativism. Prior to relativity, philosophers such as Aristotle, Kant, and Mill argued that there was an absolute truth and an absolute way of approaching various aspects of life. For example, a businessman who comes across a child drowning in a pond is obligated to save the child’s life. However, now armed with relativity, facts are no longer absolute, but instead dependent upon your viewpoint, your own "philosophical" inertial reference frame. Right and wrong now vary from person-to-person, an idea which was so readily accepted because that now meant that each one of our viewpoints could be considered valid, as there was no absolute truth to be had. Of course, it should be noted that this philosophical argument is not always accepted by the laws and social norms we produce.

Another societal implication of Einstein’s theories is due to his humble background. The child of immigrants, Jewish, and poor, Einstein was the quintessential American. He had earned his success and thus, we could too. Power and fame were not just for the rich and established. Education became the ticket to success for many less fortunate in the United States. He exemplified the importance of diversity and openness at a time when the world was not ready to see that which was different. Due to his fame and prominence after the publication of his theories of relativity, Einstein became an everyday hero. Amazingly, he was able to use his influence to comment on social and national policies such as nuclear warfare, education, and human rights.

Through all of these realms of influence, it becomes obvious that Einstein is not simply a brilliant physicist, but a man who changed his world in ways that he could not have even foreseen. It is for these reasons that he has often been called the most influential person of modern history, and that the greatest impact of his work on relativity was not on our science, but on our society.


La evidencia

As soon as Einstein discovered general relativity, he realised that it explains the failure of Newton’s theory to account for the orbit of Mercury. The orbit is not quite circular which means that there is a point at which it is closest to the sun. Newton’s theory predicts that this point is fixed, but observation shows that it slowly rotates around the sun and Einstein found that general relativity correctly describes the rotation.

Einstein’s general relativity.

“I was beside myself with joyous excitement,” he wrote a few months later. Since then, general relativity has passed many observational tests with flying colours.

You are using general relativity whenever you invoke the GPS system to find out your position on the Earth’s surface. That system emits radio signals from 24 satellites and the GPS receiver in your phone or car analyses three or more of these signals to figure out your position using general relativity. If you had used Newton’s theory, the GPS system would have given the wrong position.

But while general relativity works well to describe the physical world on large scales, quantum mechanics has emerged as the most successful theory for tiny particles such as those making up an atom. Just like the theories of relativity, quantum mechanics is counter intuitive. Whether it is possible to unite the two remains to be seen but it is unlikely to reintroduce common sense into physics.


What is indisputable

“Q uite naturally, and in accord with Hilbert’s view of things, the resulting law of warpage was quickly given the name the Einstein field equation rather than being named after Hilbert. Hilbert had carried out the last few mathematical steps to its discovery independently and almost simultaneously with Einstein, but Einstein was responsible for essentially everything that preceded those steps…” — Kip Thorne, 1994

It is indisputable that Hilbert, like all of his other colleagues, acknowledged Einstein as the sole creator of relativity theory (Fölsing, 1993). This is confirmed in many places, even on the first page of Hilbert’s publication. On December 4th, Hilbert even nominated Einstein for election as a corresponding member of the Göttingen Mathematical Society. Despite this, there was indeed a period of tension between the two, coming to a head on December the 20th with Einstein writing to Hilbert offering a reconciliation:

“T here has been a certain resentment between us, the cause of which I do not want analyze any further. I have fought against the feeling of bitterness associated with it, and with complete success. I again think of you with undiminished kindness and I ask you to attempt the same with me. It is objectively a pity if two guys that have somewhat liberated themselves from this shabby world are not giving pleasure to each other.”

If you want to learn more about Einstein’s theory, physicist Leonard Susskind of Stanford University released a lecture series on general relativity in 2008 which is still available for free here. A more recent version of the same course made available in 2012 can be found here. My own (somewhat chaotic) notes from the 2008 lectures, written while I was still an undergraduate, are available here.

This essay is part of a series of stories on math-related topics, published in Cantor’s Paradise, a weekly Medium publication. Thank you for reading!


Ver el vídeo: Qué es la teoría de la relatividad de Einstein y por qué fue tan revolucionaria (Diciembre 2022).

Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos