Relatividad de Einstein

8/3/2019 Relatividad de Einstein

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Relatividad De Einstein


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MOVIMIENTO DE OBSERVADORES

EN PRESENCIA DE LA GRAVEDAD

OBSERVADORES EN PRESENCIA DE

LA GRAVEDAD


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La presencia del campo gravitatorio de una

masa afecta al tiempo y al espacio. La

gravedad hace que los relojes atrasen. Un reloj

en la superficie de la Tierra atrasa con

respecto a un reloj en la Luna ya que el campo

gravitatorio en la superficie terrestre es mayor

que el de la lunar. La diferencia es pequea,pero puede medirse.


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La gravedad tambin acta sobre el espacio,

alargando el tamao de los objetos

(estirndolos): un poste clavado en la

superfice de la Tierra sera ms largo que uno

clavado sobre la superficie de la Luna. Los

astronautas son un poco ms altos en la Tierra

que en la Luna.


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EFECTOS DE LA GRAVEDAD


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En la parte de arriba de la Figura hemosrepresentado un conjunto de postes situados unoal lado de otro (las lneas verdes marcan los

lmites entre los postes). Supongamos que en laposicin central situamos un objeto de una granmasa (el punto azul). Entonces los postes seestirarn, pero no todos lo mismo. Los ms

cercanos aumentarn ms de tamao porqueestn ms cerca de la masa y se sentirn msatrados por su fuerza de gravedad.


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Esto es lo que hemos querido representar en la

Figura intermedia, donde mientras los postes

ms lejanos que prcticamente no

experimentan la atraccin de la gravedad casi

caben entre las lneas verdes, los ms

cercanos han aumentado tanto su tamao que

hemos tenido que inclinarlos para quecupieran entre las lneas verdes.


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Para dar cuenta de una manera grfica de

esta deformacin de los tamaos se suelen

dibujar los postes uno a continuacin del otro

delineando una curva (ver Figura inferior). A

veces se interpreta esta representacin como

la curvatura del espacio, aunque este smil no

es del todo afortunado.


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CURVATURA DEL ESPACIO


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Curvatura del espacio en presencia de una

masa

Para representar el campo gravitatorio como

una deformacin del espacio podemos usar

tambin el smil de una cama elstica que est

plana cuando no situamos nada sobre su

superficie, pero que se curva cuandodepositamos una bola pesada en su centro.


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De manera anloga, la gravedad tambin

deforma el espacio haciendo que los

elementos de la malla espacial ms

cercanos a un objeto con masa (una estrella

por ejemplo) se estiren ms. Este estiramiento

ser mayor para masas mayores y ms

concentradas.


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PREDICCIONES DE LA

RELATIVIDAD GENERAL


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La luz de las estrellas

Si el espacio y el tiempo se deforman

en presencia de una masa, la luz delas estrellas se ver afectada por esta

deformacin si en su camino a

nuestros ojos pasa cerca del Sol.
http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/experimentos/exper4.htmhttp://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/experimentos/exper4.htm


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El problema es que las estrellas las

vemos de noche, es decir, cuando el

Sol no se entromete en su camino.De da, la luz del Sol no nos deja ver

las estrellas... salvo cuando hay un

eclipse total de Sol.


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Relatividad General y eclipses de

Sol

Gracias a la existencia de eclipsesde Sol, Einstein pudo probar su

Teora General de la Relatividad.


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En la imagen C se muestra un caso en

el que hay eclipse y cmo la luz de la

estrella se curva cerca del Sol. Unobservador que 6 meses antes viera

la imagen de la estrella en la posicin

E, ahora le parecer que la estrella

est en la posicin E'.


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Desde nuestra perspectiva

terrestre (imagen D) veremos a la

estrella ms alejada del borde delSol de lo que realmente est.


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LENTES GRAVITATORIAS


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Relatividad General y lentes

gravitacionales (o gravitatorias)

Las lentes gravitacionales sontambin una prediccin de la

Relatividad General. El asunto es el

mismo (la luz se curva cerca de una

masa).


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Si en vez del Sol utilizamos una

galaxia (formada por miles de

millones de soles), el espacio-tiempoa su alrededor se deformar

considerablemente y se desvar la

luz de otros objetos lejanos.


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Cruz de Einstein

Un caso extraordinario de lente

gravitacional se descubri en 1985 y se la

llam "Cruz de Einstein". En realidad son

cuatro imgenes de un cusar lejano

superpuestas sobre la imagen de lagalaxia que acta de lente.


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Cmo lo sabemos?

Resulta que la descomposicin en colores

de la luz de las cuatro condensaciones

ms externas (identificadas como q1a q4

en la figura) es idntica (en el lenguaje de

la fsica diramos que tienen idnticoespectro).


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Espectros


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En la parte inferior, a la izquierda vemos

el espectro del Sol y a la derecha una

huella dactilar. Los espectros sirven para

identificar los elementos qumicos de los

astros al igual que las huellas dactilares

sirven para identificar a las personas.


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Los espectros de

las cuatrocondensaciones (q1

a q4) son idnticos


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AGUJEROS NEGROS


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En determinadas ocasiones un

objeto puede tener una gran masa o

ser tan compacto que la fuerzagravitatoria produzca un tipo de

deformacin que se conoce como

"agujero negro


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En esta deformacin hay un

crculo (horizonte) que puede

atravesarse hacia adentro, perodel que no puede surgir nada, ni

siquiera la luz (de ah el nombre).


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En teora se puede hacer un agujero

negro con cualquier objeto, siempre que

se consiga comprimir su materia en un

radio lo suficientemente pequeo para la

masa del objeto. Si quisiramos hacer un

agujero negro con la Tierra, tendramosque concentrar toda su masa en una bola

de 8 milmetros de radio.


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Qu pasa si te lanzan a un agujero negro?

Al ir acercndote y ser la gravedad tan fuerte,

la fuerza gravitatoria en tu cabeza sera mucho

mayor que en tus pies. Cuanto ms te acercas,mayor es la fuerza de la gravedad y, por la

misma razn, tambin es mayor la diferencia

de fuerza entre la cabeza y los pies. Acabarasdespedazado.


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http://www.iac.es/cosmoeduca/relatividad/charlas/charla3/agujero_malla.mpeg


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Agujeros negros estelaresEs una de las formas en que muere unaestrella muy masiva (decenas de veces la masa

del Sol) cuando se le acaba el "combustible"nuclear. Como ya no tiene ninguna fuerzacontraria a la gravitacin, la masa de laestrella "colapsa" gravitatoriamente y se

precipita hacia el centro de la estrella (igualque una piedra cae al suelo si dejamos demantenerla agarrada).


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Una masa tan grande y concentrada hace

que el espacio-tiempo se curve

infinitamente (se forma lo que los

matemticos llaman una "singularidad"

en el espacio-tiempo). En una

singularidad no podemos aplicar las leyesde la fsica deducidas fuera de ella.


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Visto as, los agujeros negros son el reducto

ms "salvaje" que queda en el Universo: es

terra incgnita donde slo los exploradores

ms osados tratan de penetrar... con supensamiento. Uno de ellos es Stephen

Hawking, a quien debemos algunas de las

ideas ms revolucionarias sobre los agujerosnegros.


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Formacin de un agujero negro en un

sistema binario.

en la animacin se muestra la etapa final de la

vida de una estrella muy masiva que acaba

convirtiendose en un agujero negro y la forma

en que esto afecta a su estrella compaera.
http://www.iac.es/cosmoeduca/relatividad/charlas/charla3/agujero.mpeg


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Agujeros negros supermasivosPueden contener la materia equivalente amillones de veces la masa del Sol, y se forman

en el centro de las galaxias en procesos, anno muy bien entendidos, que hacen que lamateria de la galaxia (el gas y polvointerestelar, pero tambin las propias estrellas

cercanas al centro) vaya cayendo en espiralhacia el centro, donde la masa se vaconcentrando cada vez ms.

" " l d


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Se "tragan" los agujeros negros toda

la materia cercana?

Supongamos que el Sol concentra

toda su masa en una bola de 2,5 km

y se convierte de repente en unagujero negro. Se tragar a la Tierra

y a los planetas debido a su enorme

fuerza gravitatoria?


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No, la Tierra y los planetas seguirn

en sus rbitas sin enterarse de que

hay un agujero negro en lugar delSol. Esto es debido a que la masa del

Sol no ha cambiado, ni tampoco la

distancia Tierra-Sol, al formarse elagujero negro.


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Por tanto, la gravedad que "siente" la

Tierra es la misma, y su rbita igual.

Lo que s ha cambiado,enormemente, es la gravedad en la

superficie y en las cercanas del Sol.


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Y desde luego, lo que s notaramos

es que donde haba un Sol radiante

veramos... nada. La luz no podraescapar del agujero negro.


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AGUJEROS DE GUSANO


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Agujero de gusano

Los Fsicos especulan con que un par de

agujeros negros podran conectar, de

esta manera, dos regiones distantes del

espacio. A este tipo de conexiones

(atajos) se les conoce con el nombre de

"agujeros de gusano"


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Un gusano puede ir entre dos puntos de una

manzana reptando sobre su superficie o

excavar un agujero entre ellos. Los agujeros de

gusano son estructuras muy complejas einestables. Para construir uno de ellos sera

necesario disponer de materia con

propiedades extraordinarias.


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Sin embargo, si nos olvidamos de

todos estos problemas y aceptamos

hipotticamente su existencia,podemos construir una mquina del

tiempo con ellos.


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