Relatividad

Hasta que Isaac Newton presentó su explicación de gravitación, todos los modelos cosmológicos eran bastante locales, esto es, intentaban describir el comportamiento de los cuerpos del Sistema Sola, pero no se aventuraban en una comprensión del Universo como un todo.

Obviamente esto también resultó de una falta de conocimiento sobre su contenido: solo en 1610 en que Galileo descubrió que la franja de cielo conocida como la Via Láctea estaba constituída por un enorme número de estrellas individuales, solo apenas en 1755 en que el filósofo alemán Emanual Kant, en su obra “Historia Natural General y Teoría de los Cielos” defendió la idea que las nebulosas avistadas en el cielo nocturno podrían ser otras galaxias semejantes a la nuestra.

Sin embargo, a pesar de no conocer en mayor detalle los ingredientes de nuestro Universo, Newton argumentó que estos deberían atraerse mutuamente ya que su ley de atracción es Universal.

Así concluyó que un Universo estático no sería posible, visto que la atracción de todos los cuerpos debería hacerlo colapsar en un solo punto. Newton adelantó que la presencia de una fuerza repulsiva universal podría mantener al Universo en equilibrio, más allá que se hubiera demostrado que esta sería bastante inestable, siendo imposible mantener el universo con la misma apariencia durante mucho tiempo.

La expresión E = mc^2 implica que la presencia de una cierta cantidad de masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque la primera se encuentre en reposo. En mecánica relativista la energía en reposo de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad de la luz al cuadrado), o que cierta cantidad de energía de un objeto en reposo por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado. Esto tiene consecuencia en ciertas reacciones entre partículas así un neutrón en reposo puede desintegrarse del siguiente modo:

     \mathrm{n} \to \mathrm{p}^+ +\mathrm{e}^- + \bar{\nu}_e

Es decir, un neutrón desaparece al tiempo que aparece un protón, un electrón y un antineutrino electrónico en su lugar. Pero el principio relativista de la conservación de la energía implica que la energía cinética de las partículas salientes está limitada por:

     E_k \le (m_\mathrm{n} - m_\mathrm{p} - m_\mathrm{e})c^2

La fórmula establece la relación de proporcionalidad directa entre la energía E (según la definición hamiltoniana) y la masa m, siendo la velocidad de la luz → c elevada al cuadrado la constante de dicha proporcionalidad.

Energía en reposo = Masa × (Constante de la luz)2
  

Consideró también que, observada desde una escala suficientemente grande, la distribución de materia en el Universo debería parecer homogénea. El modelo cosmológico de Kant también mereció destaque. Más allá que bastante cualitativo y en muchos casos incorrecto, incorporaba varias nociones físicamente válidas: entre otras defendía que la materia se aglutinaba jerárquicamente, en escalas cada vez mayores (este comportamiento es actualmente visible en la existencia de sistemas estelares, galaxias, conglomerados de galaxias y super conglomerados, etc) Defendía también la existencia de una fuerza repulsiva desconocida que impedía al Universo de colapsar sobre sí mismo.

Algo que hace a la Teoría de la Relatividad una parte de la física tan sorprendente y en ocasiones anti-intuitiva es el hecho de que en lugar de movernos en el espacio euclídeo cotidiano lo hacemos en un espacio de Minkowski. Esto básicamente viene a decir que estamos en un espacio de 4 dimensiones: las tres espaciales y una temporal, con unas determinadas propiedades. 

Se puede demostrar que las únicas tranformaciones que nos convierten un sistema de referencia a otro cuando trabajamos en Relatividad Especial son las conocidas como Transformaciones de Lorentz. Con estas transformaciones se consigue que las leyes de la física sean iguales sea cual sea el sistema de referencia inercial en el que se esté. Este es, de hecho, uno de los postulados de la Relatividad Especial, junto con que la velocidad de la luz en el vacío es constante en todo el universo.