Este documento resume las principales contribuciones de Albert Einstein a la física en 1905 y más allá. En 1905, Einstein publicó tres trabajos importantes sobre la naturaleza de la luz y estableció las bases de la relatividad especial. Más tarde, desarrolló la relatividad general, que vincula el espacio y el tiempo con la gravedad. Sus teorías tuvieron un profundo impacto en la astronomía, permitiendo comprender fenómenos como los agujeros negros y la expansión del universo. A pesar de los avances, gran parte del universo

1. El
Universo
después
de
Einstein

3. ¿Porqué es el 2005 el Año Mundial de la
Física?
Para conmemorar los cien años de la publicación
en 1905 de tres trabajos muy importantes de
Albert Einstein.

4. ¿Porqué es el 2005 el Año Mundial de la
Física?
Para conmemorar los cien años de la publicación
en 1905 de tres trabajos muy importantes de
Albert Einstein.
Nosotros nos concentraremos en las
contribuciones de Einstein que resultaron
importantes para la Astronomía, tanto en 1905
como en toda su vida.

6. La Misteriosa Luz
Dos de los tres trabajos de Einstein de 1905 tenían
que ver con la misteriosa naturaleza de la luz:
1. ¿Es la luz onda o partícula?
2. ¿Es la luz energía o materia?
3. ¿Depende la velocidad de la luz del movimiento del
observador?

7. ONDA

9. PARTICULA

10. En unas circunstancias, la luz se comporta como partícula…

11. A veces como onda…

12. La Relatividad Especial
El último de los tres artículos de 1905 de Einstein
presenta la Relatividad Especial.
Toda la teoría se basa en aceptar que la velocidad de
la luz es constante para cualquier observador, aún
para uno que se mueve respecto a otro.

13. Experimento de Michelson-Morley
El interferómetro mide
corrimientos de fase
entre los dos brazos
 Si el movimientos de la
Tierra afecta el valor de c,
se espera corrimientos
dependientes del tiempo
 no se encontraron
corrimientos significativos

14. ¿Qué tan rápido se mueve la bola?
V = 10 km/s
5 km/s
15 km/s*v = 5 km/s
* Esto es simplemente v+V = 15 km/s

15. ¿Qué tan rápido se mueve la luz?
V = 10 km/s
299792 km/s
299792 km/s**
Laser
** ¡No 299802 km/s!

16. Conceptos de relatividad especial
Suponga que la velocidad de la
luz es constante para todos los
marcos inerciales
 “reloj” en el cual la luz se refleja entre
espejos paralelos
 tiempo de ida y vuelta tA = 2d/c
 tiempo de ida y vuelta tB = 2dB/c
 pero dB = √(d2
+ ¼v2
tB
2
)
 o sea tA
2
= tB
2
(1 – β2
) donde β = v/c
 El reloj en movimiento marcha más
despacio, por un factor γ = (1 – β2
)−1/2
 nota: si vamos montados en el reloj B,
vemos al reloj A ir más despacio
d
vt
Reloj
estacionario
A
Reloj en
movimiento
B

17. La velocidad de la luz
Es de 300,000 kilómetros por segundo,
extremadamente grande.

18. La luz le podría dar siete vueltas
y media a la Tierra en un
segundo…

19. La luz y las ondas de radio (que son como la luz
y se mueven a su velocidad), tardan
aproximadamente un segundo en ir de la Luna a
la Tierra…

20. La luz y las ondas de radio (que son como la luz
y se mueven a su velocidad), tardan
aproximadamente un segundo en ir de la Luna a
la Tierra…

21. La relatividad especial forza a considerar al
tiempo y al espacio juntos
Newton pensaba que el tiempo fluía
independientemente de otros factores. Esto es
intuitivamente correcto, pero está mal en detalle.
En la relatividad es mejor pensar en el espacio-
tiempo.

22. El Señor Rojo El Señor Azul

33. Equivalencia energía-masa
Así como la relatividad vincula a dos conceptos
aparentemente separados, el espacio y el tiempo,
tambien implica que la energía y la materia son
equivalentes.

34. E = mc2

35. E = mc2

36. Muchos físicos creen que entienden que es la luz. Yo he pasado
toda mi vida tratando de entenderla y aún no lo logro…
Albert Einstein

37. ¿Más rápido que la luz?

38. ¿Más rápido que la luz?

39. 0.01 0.1 1 10 100 1 10
3
1 10
4
0
1 10
10
2 10
10
3 10
10
4 10
10
5 10
10
6 10
10
Galilean relativity
Special theory of relativity
Measurements
.
Time since start (sec)
Speed(cm/sec)

40. GRANAT-SIGMA

41. Very Large Array
Nuevo Mexico, EUA

42. ¡La componente a la izquierda se mueve en
el cielo más rápido que la luz!

46. Desplazamiento aparente = vt sin θ
Tiempo aparente = t [1 – (v/c)cos θ]
Velocidad aparente= v sin θ /[1 – (v/c)cos θ] ; ¡puede exceder c!
Se trata de una ilusión relativista…

47. La componente que se acerca a nosotros no
solo parece moverse más rápido sino que
parece ser más brillante (en realidad las dos
componentes son iguales.

48. La componente a la izquierda se mueve en
el cielo más rápido y es más brillante.

49. La prensa recogió
la noticia…
Los reporteros
especializados
explicaron
correctamente de
que se trataba…
Ahora se conocen
muchas de estas
fuentes.

50. El nuevo paradigma

51. La Relatividad GeneralLa Relatividad General
En 1914, Einstein publica esta teoría que generaliza a
marcos de referencia que pueden estar acelerados.
Esta teoría es muy importante en la astronomía,
puesto que nos permite entender objetos como los
lentes gravitacionales, los hoyos negros, y la
evolución misma del Universo…

52. La gravedad es la más familiar
de las fuerzas de la Naturaleza

53. Isaac Newton fué el primero en dar una
descripción exitosa de la gravedad

54. 2
r
GMm
F =
Sin embargo, esta fórmula tiene que estar equivocada, porque
los fotones tienen m=0, pero si son desviados por la presencia
de una masa M, o sea F no es igual a 0.

55. La materia le dice al espacio como curvarse,
el espacio le dice a la materia como moverse

57. Deflexión de la Luz Estelar Durante un
Eclipse
Si deflexión = 1.74 segundos Predicción de la Relatividad General
Si deflexión = 0.87 segundos Predicción Newtoniana
Vista a una distancia de 4 km, una moneda de cinco
pesos subtiende como un segundo (de arco)

58. La luz se deflecta de acuerdo a la
predicción de la Relatividad General

59. La “Cruz de Einstein”, un remoto cuasar visto a
través de una galaxia en la línea de visión.

60. El “Anillo de Einstein”, dos objetos alineados casi perfectamente.
¿Qué sucede si el fondo es complejo, digamos un cúmulo de galaxias?

63. Utilidad de los lentes gravitacionalesUtilidad de los lentes gravitacionales
Los lentes gravitacionales se pueden usar para
determinar distancias y para “mapear” la
distribución de masa del objeto que actúa como
lente.
Pasemos ahora a ver los hoyos negros…

66. Radio de Schwarszchild:Radio de Schwarszchild:
Define región del espacio de la cualDefine región del espacio de la cual
nada, ni siquiera la luz, puede salirnada, ni siquiera la luz, puede salir

67. Si quisiéramos transformar aSi quisiéramos transformar a
la Tierra en un hoyo negro...la Tierra en un hoyo negro...

68. ...habría que comprimirla al tamaño de una
canica.

69. En la actualidad es imposible
crear un hoyo negro en el
laboratorio...
Sin embargo, la naturaleza tenía ya
un mecanismo para transformar
estrellas en hoyos negros

70. Las estrellas mantienen su tamaño
gracias a un equilibrio de fuerzas...
¿Qué ocurrirá cuando la estrella “muera” y ya no
tenga presión que contenga a la gravedad?

71. La “muerte” de una estrella generalmente
consiste de la contracción de una parte
interna y de la expulsión al medio
circundante de una parte externa.

77. Los hoyos negrosLos hoyos negros
Además de los hoyos negros de masa estelar, existen
en los centros de las galaxias hoyos negros con masas
de millones a miles de millones de veces la masa del
Sol.
No sabemos como se forman.
El más cercanos de estos hoyos negros supermasivos
está en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea…

78. De los
movimientos
de las estrellas
cercanas, se
infiere una
masa de
alrededor de
tres millones
de veces la
masa del Sol.

79. La expansión del UniversoLa expansión del Universo
Finalmente, la expansión misma del Universo se
describe y se entiende en términos de la Relatividad
General.

80. • La relatividad general nos permite calcular el
comportamiento del espacio-tiempo en la
presencia de masa-energía
• Para entender el comportamiento básico:
– use la aproximación Newtonian cuando sea posible
– adopte algunos resultados de la Relatividad
General
Modelos RelativistasModelos Relativistas

81. La ecuación de Friedmann
Esfera de masa M, radio RS, expandiéndose o
contrayéndose
donde RS = a(t) rSy rSes el radio de la esfera
ahora
223
8
2
22
2
1
2
)(
2
)(
)(
)(
3
4
tar
U
tG
ta
ta
UR
G
U
R
GM
R
R
GM
R
S
S
S
S
S
S
+=





+=+=
−=
ρπ
ρπ



RS

83. El lado “oscuro” del UniversoEl lado “oscuro” del Universo
Por desgracia, este esquema sencillo se ha visto
sacudido por el descubrimiento reciente de dos
componentes en el Universo: la materia oscura y la
energía oscura.

84. Rotation curve of Milky Way

85. La materia oscura no absorbe o emite radiación,
pero si tiene atracción gravitacional. Se cree que
está formada por algún tipo de partículas.

86. Pero aún más desconocida es la energía oscura…

90. ¡No sabemos de que es el 96% del contenido de
masa-energía del Universo!

91. El Universo después de EinsteinEl Universo después de Einstein
La comprensión actual del Universo está basada
significativamente en las aportaciones de Einstein,
pero tambien de otros muchos científicos a través del
tiempo.