La historia de la teoría de la Relatividad de Einstein

En 1905, Einstein formuló la teoría de la relatividad restringida, que resolvió las contradicciones entre la relatividad galilea y el electromagnetismo.

Diez años más tarde, en 1915, la ecuación de campo de Einstein -el corazón de la teoría general de la relatividad- resuelve el conflicto entre la estrecha teoría de la relatividad y la gravitación de Newton. Nace una nueva física y una nueva forma de ver el universo.

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En el último minuto Einstein tuvo un nuevo pensamiento. Algo faltaba. Recogió el artículo que había preparado para la prestigiosa revista científica Annalen der Physik, y añadió un post scriptum, tres páginas escritas con escritura a mano nítida y ordenada, para ilustrar una consecuencia final e inevitable de su teoría: la energía es equivalente a la materia, E = mc2.

Así pues, la fórmula más famosa en toda la historia de la ciencia apareció por primera vez en el post scriptum de un artículo de Albert Einstein, un oscuro empleado de la Oficina de Patentes de Berna.

Esta fórmula afirma que la energía intangible puede ser transformada en materia concreta, y viceversa… un evento casi mágico pero (quizás por esta razón) comprensible para todos. El resto de la teoría de la relatividad, por otra parte, es más difícil de digerir: para entenderla, hay que poner patas arriba lo que nos dicen los sentidos, la experiencia e incluso los viejos libros de física.

LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL.

Pero vamos por orden. Cuando hablamos de relatividad, en general, juntamos dos textos diferentes de Einstein, uno escrito en 1905 (la relatividad especial) y otro escrito en 1915 (la relatividad general, publicado a principios de 1916). ¿Cómo se puede distinguir?

¿Qué es la teoría de la relatividad especial?

Es simple: la relatividad general trata de la fuerza de gravedad, la restringida no. Por lo tanto, todos los fenómenos que implican atracción gravitacional, como los agujeros negros, se refieren a la relatividad general. Aquí, en cambio, es lo que dice la teoría de la relatividad restringida.

Todo el mundo sabe que los sentidos pueden engañarnos. Cuando miramos un largo camino recto, por ejemplo, tenemos la impresión de que se encoge en la distancia, pero no soñamos con confundir este sentimiento con la realidad. La relatividad hace la misma operación: descarta todo lo que depende del punto de vista, y conserva lo que permanece constante en cualquier condición.

EL TIEMPO SE RALENTIZA, LA MATERIA CRECE, LOS OBJETOS SE ACORTAN.

Pero averiguar qué no varía no es fácil. ¿Tiempo?

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El sentido común nos dice que si una campana suena en Nueva York y después de un momento otra campana suena en Roma, el orden de los dos acontecimientos es indiscutible. La teoría de la relatividad afirma, por otra parte, que la velocidad del observador también influye en la percepción del antes y el después, y por lo tanto que el paso del tiempo no es universal.

¿Cómo llegó Einstein a tal conclusión? El científico alemán partió del hecho, bien conocido también en su tiempo, de que la luz se propaga a muy alta velocidad pero no infinita, exactamente 299.792 kilómetros por segundo.

Sin embargo, las velocidades que medimos dependen de nuestra propia velocidad: el coche que nos adelanta, por ejemplo, a veces parece ser lento de forma exasperante. Si esto también es cierto para la luz, los rayos emitidos por una estrella deben parecer más rápidos o más lentos dependiendo de si la Tierra se está acercando o se está alejando de la estrella.

Sin embargo, esto no sucede, la velocidad de la luz no varía, y esta extrañeza fue demostrada por primera vez por dos físicos estadounidenses, Michaelson y Morley, en 1891.

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Einstein trazó las consecuencias. Si una velocidad se mantiene constante incluso cuando, lógicamente, debería variar, entonces sólo hay una explicación: el velocímetro no funciona como de costumbre.
Y no por su propia culpa, explica Einstein, sino porque cambian los objetos que el pobre velocímetro tiene que medir: espacio y tiempo ya no son lo mismo. Y el instrumento registra fielmente el resultado: una velocidad que nunca cambia.

Pero, ¿cómo cambian el espacio y el tiempo? Aquí hay un ejemplo. Si un astronauta en la Luna miraba en la cabina de un cohete que pasaba, veía a sus colegas a bordo del cohete moviéndose en cámara lenta, y objetos en la nave espacial “acortando” a lo largo de la dirección del movimiento.

Pero incluso los astronautas en tránsito verían a su colega en la Luna moviéndose en cámara lenta. ¿Por qué? Mientras el tiempo se ralentiza, ¿no debería acelerarse? Nada en absoluto. Piensen en dos hombres a cien metros de distancia: el primero ve al otro reducido por la distancia, pero no por eso el segundo ve al primero agrandado.

La teoría de la relatividad, por lo tanto, introduce el concepto de una perspectiva temporal causada por la velocidad.

Todas las peculiaridades de la relatividad derivan de este concepto único, incluso la ecuación E = mc2.

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De acuerdo con las viejas teorías, de hecho, si continuamos empujando un cuerpo, su velocidad debería aumentar infinitamente, y esto es imposible: nada puede ir más rápido que la luz.

¿Qué pasa, entonces?

Simple: la energía suministrada no aumenta la velocidad del cuerpo, sino su masa: el cuerpo se vuelve cada vez más “pesado”. En este sentido, la masa es sólo una forma de energía.

Y el 6 de agosto de 1945, con el lanzamiento de la bomba atómica en Hiroshima y el final de la Segunda Guerra Mundial, el mundo tuvo la demostración más convincente de este principio.

RELATIVIDAD GENERAL.

¿Qué es la teoria de la relatividad general?

Sólo hemos mencionado, hasta ahora, la relatividad general, una compleja construcción matemática que requirió diez años de estudio. Con ello, Einstein quiso construir un modelo matemático de las leyes que gobiernan el universo: la relatividad restringida, de hecho, sólo funciona bien en áreas del espacio-tiempo donde la gravedad es irrelevante, es decir, donde hay poca materia.

Los resultados obtenidos por Einstein son un conjunto complejo de ecuaciones que, al igual que un programa informático, dan resultados diferentes dependiendo de los datos que se ingresan.

Es por eso que la relatividad general nunca ha dejado de proporcionar nueva información: sus ecuaciones pueden analizar cualquier situación cósmica que se conciba o identifique.

Por ejemplo, las ecuaciones pueden decir si y bajo qué condiciones se puede formar un agujero negro en el cosmos, y qué pasaría en su entorno.

El concepto clave de la teoría, sin embargo, se puede expresar fácilmente en palabras: la gravitación altera el espacio-tiempo. En otras palabras, una concentración de materia dobla el espacio (y el tiempo), como un bowling de bolos  que doblaría una alfombra elástica.

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¿Las consecuencias obvias? Cuando el espacio se deforma por la presencia de una estrella, los rayos de luz siguen la deformación y describen una curva. El tiempo, por su parte, fluye más lentamente en las proximidades de grandes masas.

¿Pero por qué deberíamos creer eso? Aunque Einstein partió de los hechos, su construcción matemática llegó a conclusiones arriesgadas.

¿No pudo haber cometido un error? Sí, pero hasta ahora nadie lo ha encontrado. De hecho, los experimentos siempre han confirmado la teoría.

Empezando con la realizada por el astrónomo británico Arthur Eddington, quien en 1919 organizó una expedición a la isla del Príncipe, frente a las costas de África, para verificar (durante un eclipse) si la masa del Sol realmente curva los rayos provenientes de las estrellas.

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