miércoles, 1 de junio de 2016

El Continuo Espacio-Tiempo es Discreto (I).


El modelo del Universo formado por átomos de Planck de 4 dimensiones, permite explicar tanto los fenómenos cuánticos como los relativistas.

En este post vamos a tratar de explicar uno de los conceptos más difíciles de entender, como es el concepto de Tiempo. Desde la relatividad especial de Einstein el concepto de Tiempo va íntimamente ligado al espacio. Al hablar del concepto de Tiempo, hay que inevitablemente tener en cuenta la dilatación temporal debida al movimiento.

Dado que el tema es lo suficientemente amplio, lo he dividido en cuatro apartados.

Espacio-Tiempo Clásico
Espacio-Tiempo Relativista (I). Dilatación temporal.
Espacio-Tiempo Relativista (II). Contracción de Lorenzt.
Espacio-Tiempo Discreto

Espacio-Tiempo Clásico.
Introducción.
Los físicos son capaces de medir las propiedades de la materia,  tales como;
  • Espacio
  • Tiempo
  • Masa
  • Carga Eléctrica
  • Frecuencia del Fotón
  • Spin, etc. 
Sin embargo:

No Pueden Explicar su Origen, ni saben Calcularlas

En general, cada una de estas propiedades, que no  son  capaces de  calcular, ni de explicar, las definen  como:

Propiedad Intrínseca de la Materia”


Y según la Mecánica  Cuántica, a partir de estas magnitudes físicas se derivan todos los demás.

Solo el Espacio es un Concepto Fundamental



Todas las “Propiedades Intrínsecas de la Materia”

derivan del movimiento del espacio 4D.
 
Espacio o Longitud. 
El espacio es el lugar donde se encuentran los objetos. La longitud es una de las magnitudes físicas fundamentales, en tanto que no puede ser definida en términos de otras magnitudes que se pueden medir. Longitud es la distancia que separa dos puntos en el espacio.

Tiempo.
 El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración de los  acontecimientos. En la física clásica el tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir,  la medida es idéntica para todos los observadores. En la relatividad  el tiempo depende del sistema de referencia donde esté situado el observador y de su estado de movimiento, de forma que el tiempo y el espacio van unidos en una única entidad tetradimensional, el continuo espacio-tiempo.

Para poder medir la continuidad del espacio-tiempo

se necesitaría una energía infinita.

La mayoría de las veces, medimos el espacio en metros, y el tiempo en segundos. Pero en ocasiones, nos es útil medir la distancia en segundos, como ocurre por ejemplo en una carrera de coches, motos, etc. En estas ocasiones, decimos que el segundo corredor, por ejemplo, ha llegado a 5s del primero, es decir, la distancia no la damos en metros sino en segundos.


Problema Elemental de Móviles.

Supongamos que un tren sale de la estación con una velocidad de 100 Km por hora. Calcular, en el plano X-Y la distancia recorrida por el tren en una  hora, para: a) el jefe de la estación y b) pasajero del tren.



a) El jefe de la estación mira su reloj al cabo de una hora y asume que el tren se mueve en la dirección del eje y, luego:

 
Y la distancia recorrida será y=100 km.



b) El pasajero del tren observa que las vías del tren están inclinadas con respecto al andén (plano X-Y), por lo que calcula que el tren se mueve en  la dirección x a un 80% de la velocidad total (vx = 0,8v), por lo que la velocidad en la dirección y será:
          
 

El tren se encuentra en lugares diferentes (fig. 1), debido a que cada observador elige una referencia distinta. 
 
  
Figura 1. Posición del tren, según el observador


Distancia en segundos.
La distancia recorrida por el tren, también la podemos expresar en segundos. Para ello basta dividir la distancia recorrida x o y por la velocidad del tren.

a) El jefe de la estación.
Para el jefe de estación (observador en reposo) ha transcurrido un tiempo:
 
b) El pasajero del tren.
Para el pasajero del tren (observador en movimiento), el tiempo transcurrido en el eje y, es diferente, del tiempo transcurrido en el eje x.


Y el tiempo total en el plano x-y será:

 
Figura 2.  Distancia en segundos.

Si consideramos el tiempo medido en el eje y (eje temporal en la fig. 2), el pasajero del tren y el jefe de estación miden tiempos diferentes, pero si consideramos el tiempo total en el plano x-y, ambos observadores miden el mismo tiempo.

Conclusión.
Dependiendo del sistema de referencia elegido, cada observador mide distancias o tiempos diferentes en cada uno de los ejes. Si ahora cambiamos la velocidad del tren por la velocidad de la luz, y la velocidad en el eje x por una velocidad relativista, obtenemos, la dilatación temporal relativista, que veremos en el próximo post.




No hay comentarios:

Publicar un comentario