LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD

En 1906 el físico Albert Einstein (1879 - 1955) formuló la Teoría de la Relatividad Especial

El trabajo de Einstein comenzó con un acertijo:

Un móvil emite luz hacia adelante y hacia atrás. ¿Cuál de los dos rayos de luz se mueve con mayor velocidad en relación al suelo?

La respuesta correcta es:

¿El rayo de luz delantero se mueve con mayor velocidad? NO
¿El rayo de luz trasero se mueve con mayor velocidad? NO
¿Los dos rayos se mueven a igual velocidad? SI

Según la mecánica clásica la primera respuesta sería la correcta, sin embargo un experimento realizado en 1887 por los físicos A. Michelson y E. Morley encontró que la respuesta correcta es la última.

La velocidad de la luz es constante sin importar quién ni cómo se emitió

¿Qué dice la teoría de la Relatividad Especial?

La Relatividad Especial toma el hecho de la constancia de la velocidad de la luz como condición básica para la construcción de la teoría.
Además, Einstein introduce otro elemento:

La coordenada del tiempo se debe tratar simplemente como una coordenada más del espacio.

Las consecuencias de esta teoría son inimaginables:

Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido desde un móvil
Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un móvil
La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en otras formas de energía (como, por ejemplo, ondas de luz) y al contrario. De aquí sale la famosa fórmula

E = mc²

(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)

Ejemplos donde se ha comprobado la conversión de masa en energía son la fisión nuclear, la fusión nuclear y la creación y aniquilación de materia.

RELATIVIDAD GENERAL

La gravedad es una fuerza de atracción universal que sufren todos los objetos con masa, sea este un electrón o una estrella.

En 1916 Einstein extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la atracción gravitacional entre masas.

La estructura del espacio-tiempo es modificada por la presencia de un agujero negro

Según Newton la fuerza de gravedad aparece automáticamente siempre que hayan dos masas.
¿Cuál es el problema con esta teoría?

Para entender las dificultades con la teoría de Newton, que motivaron a Einstein a buscar una solución mejor, considere el siguiente experimento imaginario:

La Tierra y la Luna se atraen gravitacionalmente de forma recíproca. Supongamos que la Luna cambia de lugar repentinamente (por ejemplo como consecuencia de un impacto con un asteroide). La Tierra siente ahora una fuerza de gravedad más intensa porque la Luna se encuentra más cerca. La pregunta es: ¿Cuánto tiempo le toma a la Tierra para 'sentir' la nueva posición de la Luna?

Según la teoría clásica de Newton este tiempo es 0.0 segundos, es decir, la acción de la gravedad se transmite a una velocidad infinita!!!

Esto es imposible! ya sabemos que la máxima velocidad que se da en la naturaleza es la velocidad de la luz, lo cual es justamente el postulado primordial que usó Einstein para su Teoría de la Relatividad Especial. Este dilema se resuelve con la teoría de la gravedad de Einstein o Teoría de la Relatividad General.

¿Qué dice la teoría de la Relatividad General?

La gravedad (o atracción entre cuerpos con masa) es consecuencia de la forma del espacio.
La fuerza que sentimos cuando nos movemos en un sistema acelerado (por ejemplo cuando la buseta frena) tiene la misma naturaleza que la fuerza de atracción entre masas (por ejemplo la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna).

Una forma muy compacta de expresar el punto central de la Teoría de la Relatividad General es diciendo que

la gravedad es equivalente a la curvatura del espacio.

Pero, ¿Qué significa todo esto?
Para entenderlo, vamos a tomar un ejemplo en el que tenemos que poner a trabajar nuestra imaginación. Supongamos que vivimos en un mundo de dos dimensiones (en vez de tres), por ejemplo en una hoja de papel (sin profundidad).

Vamos a medir la forma del espacio usando una rejilla. La distancia entre un nodo y su vecino es el patrón de medida:
Cuando no existe materia alguna el espacio es plano. Todas las celdas de la rejilla son del mismo tamaño.
Coloquemos una estrella en medio de este espacio. La presencia de la estrella (por su masa) ha deformado el espacio dandole una 'curvatura' en la región vecina a la estrella. Notar como la distancia patrón se modifica de forma más pronunciada en cercanías de la estrella:
¿Qué ocurre si en vez de la estrella colocamos un agujero negro muy masivo? En este caso la deformación del espacio es mayor:

La fuerza que siente un planeta hacia el Sol, en realidad es simplemente el efecto producido por su movimiento en el espacio que ha sido deformado por la masa del Sol.

¿Cómo sabemos que la Teoría de la Relatividad General es correcta?

Se han realizado una gran cantidad de experimentos y observaciones y hasta el día de hoy (1999) no se han encontrado datos en contradicción con esta teoría. La mayoría de las predicciones se han podido comprobar y se pueden resumir así:

Predicción	Confirmación experimental
La luz se devía al pasar por el Sol	Fenómeno observado por Arthur Eddington en el eclipse solar del 29 de mayo de 1919
Precesión de la órbita de Mercurio	Conocida antes de que Einstein formulara la teoría
Cambio en la rapidez con la que fluye el tiempo en un campo gravitacional	Medido experimentalmente por J. C. Hafele y R. Keating en 1971
Ondas gravitacionales	Evidencia indirecta por observaciones del sistema binario PSR 1913 realizadas por Hulse y Taylor en 1975.
Agujeros negros	Varias observaciones de núcleos galácticos activos
Efecto de lente gravitacional	Observado a diario con potentes telescopios
Equivalencia entre masa gravitacional y masa inercial	Comprobado por Roll, Krotkov y Dicke en 1964
Corrimiento espectral 'hacia el rojo' de la luz en un campo gravitacional	Medido por Pound y Rebka en 1960