diciembre 7, 2021

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Cómo la teoría de la relatividad de Einstein calibra el GPS y traduce el universo – 14/11/2021

La próxima vez que conduzca y Waze le diga que su destino está a 5 km de distancia y su automóvil debería girar a la izquierda pronto, gracias Albert Einstein.

Sabemos muy bien que Einstein fue muy importante y que su teoría de la relatividad, «E = mc2», es fundamental para muchas cosas. Pero explicar exactamente lo que esto significa es un poco complicado. Bueno, es esta teoría, publicada hace más de 117 años, la que calibra el GPS y garantiza que los conductores no se pierdan allí.

Cálmate, vamos a llegar.

el tiempo es relativo

Einstein todavía era un empleado del gobierno en la Oficina de Patentes y Marcas cuando redefinió el concepto de gravedad y materia unificada, energía, espacio y tiempo en una teoría publicada en el German Journal. Anales de Física (Annals of Physics, traducción libre) 1905.

Einstein se basó en las experiencias de otros físicos para explicar que el tiempo es un lugar, pero que la gente puede incluso caminar en él. Muy diferente de este concepto elusivo que la gente atribuye.

Según el científico, el tiempo no es un valor universal, sino un valor relativo para cada observador, así como su conexión con el lugar. El movimiento de cualquier cuerpo del universo siempre se distribuye entre los coeficientes de tiempo y espacio, sin exceder la velocidad de la luz.

En términos prácticos, esto significa que cuando se detiene en una parada de autobús, el valor del espacio es cero y el tiempo corre a toda velocidad, 300.000 kilómetros por segundo (o 1.08 mil millones de kilómetros por hora). Si corres para no perder el autobús, el tiempo pasará un poco más lento, ya que «cederá» parte de tu velocidad a la mitad del espacio.

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Ahora, si estás en una nave espacial ultrasónica, como la de una película de ciencia ficción, y alcanzas la velocidad de la luz, el tiempo no pasará, porque la mitad del espacio ha ocupado su asignación.

Cuando Einstein se dio cuenta de todo esto, escribió «E = mc2» (La energía es igual al valor de la masa multiplicado por el cuadrado de la velocidad de la luz.). La famosa fórmula, definida ya en 1905, establece que cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su masa, ya que tiene que gastar energía y aplicar fuerza para acelerar.

Sin embargo, el proceso no ocurre fácilmente, ya que la energía siempre se calcula en nueva masa. Para que una gran masa se acelere de la misma manera, debe aplicar una fuerza mucho mayor, lo que indica que la masa y la energía son inseparables.

Teoría completa y confirmada

En 1915, Einstein finalmente modificó el punto más importante de las leyes de Newton: la gravedad. El físico alemán no lo vio casi como una fuerza mágica o atracción entre masas, y después de mucho estudio concluyó que la Tierra gira alrededor del Sol debido a la geometría del universo distorsionada por la estrella caliente.

Para él, todos los objetos de gran masa crean grandes curvaturas en la red del espacio-tiempo, lo que requiere la atracción de objetos más pequeños.

Para hacerlo más fácil, consideremos un experimento casero muy simple usando pelotas y tapetes. Simplemente coloque piezas de mármol sobre el colchón delgado y liso, que representa el espacio-tiempo, para asegurarse de que no se mueva. Pero cuando se colocaban bolas de caputau o bolas de boliche en la superficie, las pequeñas bolas de vidrio rodaban hacia el objeto más pesado, ya que la «tela» del espacio-tiempo se llenaba de ondas y permitía este movimiento.

Foto: reproducción

«El impacto de la teoría fue enorme, pero había mucho escepticismo en la comunidad científica. No solo Einstein estaba pensando en el problema de las ecuaciones de Maxwell, había otros diez físicos famosos buscándolo también. Pero solo él tenía la audacia para desafiar conceptos ya conocidos de la ciencia ‘”, dice Pashawal Pimenta, profesor de Física en Anglo Courses.

La teoría de Einstein, por supuesto, no es en absoluto imposible, pero no fue fácil. [de ser entendida]. Por lo tanto, tomó algún tiempo para que ella fuera aceptada; Fue un proceso difícil en ese momento «.

Condimento brasileño

Fue un eclipse en los cielos de Brasil que despejó las dudas sobre las ideas del físico.

En mayo de 1919, dos grupos de británicos observaron las estrellas en el cielo en diferentes momentos: durante el oscurecimiento del sol y en noches normales. Querían saber si el rayo de luz de las estrellas estaba curvado debido a la masa del sol comparando imágenes de diferentes días.

El profesor dice que el primer grupo que estuvo en una isla africana no obtuvo buenos resultados, ya que el brillo de la constelación no llegó a las cámaras de manera eficiente, debido a la lluvia y al tiempo nublado.

Pero otros investigadores acampados en una ciudad del noreste han señalado una fina curvatura, lo que demuestra la distorsión esperada en la red espacio-temporal del universo.

Teoría aplicada

«Diariamente, es muy difícil determinar la relatividad del tiempo y el espacio. A menos que trabaje para el LHC [Grande Colisor de Hádrons, na sigla em inglês, o maior acelerador de partículas do mundo]Porque no se puede trabajar en el interior sin realmente darse cuenta de la teoría ”, se ríe el profesor de física.

El Gran Colisionador de Hadrones, un gran túnel bajo la frontera franco-suiza que realiza experimentos de aceleración de partículas, es una de las principales aplicaciones de la teoría de la relatividad en la ciencia moderna.

Pero no es necesario ser astrónomo o tener investigación científica de vanguardia para darse cuenta de que la relatividad realmente funciona. La próxima vez que viaje en avión, haga un crucero o incluso se pierda en un automóvil, gracias a Einstein, porque la teoría de la relatividad es la principal «herramienta de calibración» de los satélites GPS.

La velocidad de los satélites retrasa sus temporizadores internos todos los días en unas millonésimas de segundo en comparación con los relojes terrestres. Pero debido a que el equipo orbital no siente el efecto de la gravedad, los temporizadores también ganan una millonésima de segundo por día, lo que requiere una sincronización precisa aquí en la Tierra.

Sin la fórmula de Einstein, el GPS mostraría pistas inexactas de hasta 10 kilómetros por día.