Page 751 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

732 Capítulo 38 La física moderna y el átomo

Los conceptos de Newton acerca de la masa, la longitud y el tiempo absolutos empezaron a
tenerse por inadecuados para describir ciertos fenómenos físicos. La luz producida por una
chispa eléctrica en el seno de un gas no originó un espectro continuo al pasar por un prisma
o por una rejilla de difracción. Éstos y otros fenómenos inexplicables dieron lugar a formas
completamente nuevas de contemplar el mundo que nos rodea.
En 1905 se publicó el primer trabajo de Einstein acerca de la relatividad, seguido en 1916
por un segundo trabajo. Con ellos se miró la física clásica desde un ángulo nuevo. La rela­
tividad de Einstein sentó las bases para una física universal que limitó la física newtoniana
clásica a situaciones que suponen velocidades considerablemente menores que la de la luz.
El trabajo de Einstein estimuló las investigaciones de otros científicos que tuvieron amplias
ramificaciones; al mismo tiempo, estableció parámetros para usar la energía al máximo, para
emprender viajes espaciales, para la electrónica moderna, el análisis químico, los rayos X, las
armas nucleares y muchas otras aplicaciones.

Relatividad

Los dos trabajos de Einstein sobre la relatividad ejercieron hondos efectos en la física, pero
en general no fueron comprendidos por mucha gente aparte de la comunidad científica. Para
entender la relatividad es preciso hacer a un lado todas las ideas preconcebidas y mostrar
disposición para analizar los fenómenos físicos desde un enfoque nuevo.
La teoría especial de la relatividad, publicada en 1905, se basa en dos postulados. El
primero establece que cada objeto está en movimiento en relación con algo, que no existe
el reposo absoluto. Imagine un vagón de ferrocarril de carga que se mueve sobre la vía a 40
mi/h. Respecto al vagón, la carga no se mueve, pero en relación con la Tierra se mueve a
40 mi/h. De acuerdo con el primer postulado, es imposible pensar en algo que esté en reposo
absoluto; un objeto está en reposo (o en movimiento) únicamente en relación con algún punto
de referencia específico.
El primer postulado de Einstein también establece que si vemos que algo cambia de po­
sición respecto a nosotros, no tenemos forma de saber si ese algo se mueve o somos nosotros
los que lo hacemos. Si usted camina a la casa del vecino, es correcto decir, de acuerdo con el
postulado, que la casa vino hasta usted. Esto parece absurdo porque estamos acostumbrados
a usar la Tierra como marco de referencia. Las leyes de Einstein fueron diseñadas para ser
completamente independientes de ese tipo de marcos referenciales. Desde el punto de vista
de la física, el primer postulado se enuncia como sigue:

Las leyes de la física son las mismas para todos los marcos de referencia que se
muevan a una velocidad constante unos respecto de otros.

Los físicos del siglo m sugirieron que existía un marco de referencia privilegiado, el
luminoso éter, que era considerado el medio por el que se creía que se propagaban las ondas
electromagnéticas. Sin embargo, experimentos famosos, como el realizado por Michelson y
Morley en 1887 (estudiado en el capítulo 33) y otros, fueron incapaces de demostrar la existen­
cia del éter. Estos experimentos son la base del segundo postulado revolucionario de Einstein:
La velocidad de la luz en el vacío (c) es constante para todos los observadores,
independientemente de su estado de movimiento.

Para entender por qué este segundo postulado fue la causa de toda una revolución consi­
deremos un autobús que viaja a 50 km/h, como se observa en la figura 38.1. Una persona que
viaja en el autobús lanza una pelota de béisbol con una rapidez (en relación con la persona)
de 20 km/h hacia el frente del autobús. Enseguida arroja una segunda pelota con la misma
rapidez pero hacia la parte posterior del autobús. Para la persona que arrojó las pelotas, cada
una de ellas viajó a 20 km/h, una hacia el frente del autobús y la otra hacia la parte posterior.
Pero para un observador colocado fuera, en el suelo, la velocidad del vehículo se suma a la
velocidad de la primera pelota, la cual parece viajar a 70 km/h en la misma dirección que el