El 25 de noviembre de 1915 un peculiar físico teórico alemán, Albert Einstein, presentaba ante la Academia Prusiana de Ciencias en Berlín las ecuaciones de la Relatividad General. En aquel momento a casi todo el mundo le parecía que toda esa enorme y prácticamente incomprensible construcción matemática iba a ser algo inútil. Esto sigue ocurriendo con la ciencia pura, ¿y para qué me sirve a mí en mi vida cotidiana estas cosas tan raras? Un siglo después la comprensión y puesta en práctica de la Teoría de la Relatividad ha transformado la sociedad. No sólo por el gran salto mental y el cambio de paradigma físico que se deriva de ella, ni tampoco por darnos la llave para investigar y empezar a entender el Universo tanto de lo muy grande (galaxias, estructura a gran escala, evolución del Universo, lentes gravitatorias como la mostrada en la imagen) como el de lo muy pequeño (partículas elementales y física de altas energías) sino porque, sin saberlo, la usamos todos a diario en aplicaciones como el sistema de posicionamiento global (GPS) y en telecomunicaciones. Por ejemplo, si no corregimos el efecto predicho por ella, los GPS acumularían un error de unos 11 kilómetros al día. En efecto, la Teoría de la Relatividad de Einstein, a pesar de lo anti-intuitiva que parece, es una de las teorías más precisas que existen: todas las veces que se ha realizado un experimento buscando contradecirla se ha fallado. Además, es una de las teorías con mayor aplicabilididad que conocemos: está en todas partes, muchas veces sin notarlo a primera vista.
En realidad hay dos “Teorías de la Relatividad”, la Relatividad Especial (1905) y la Relatividad General (1915). Cada una posee un postulado general sencillo. Sobre ellos se construye toda la realidad física, con predicciones experimentales a todos los niveles. La Física que conocíamos hasta entonces (la Mecánica de Newton o el Electromagnetismo de Maxwell) se deriva de la Teoría de la Relatividad de Einstein para los casos particulares de bajas velocidad y bajas energías, que es el dominio de nuestro mundo cotidiano.
El postulado de la Relatividad Especial (y que luego absorbe la Relatividad General) es el siguiente: no importa cómo lo mires, un rayo de luz siempre se mueve a la misma velocidad, la velocidad de la luz (casi 300 mil kilómetros por segundo). ¿Cuál es la consecuencia de esta afirmación? Que ahora tanto el tiempo como el espacio van a depender de cómo se mueva el observador. Si te mueves a grandes velocidades para ti el tiempo pasará más despacio (dilatación temporal) que a una persona en reposo, a la vez que medirás tamaños más pequeños (contracción de las longitudes) que ella. De este postulado también se deriva que las masas y las energías son equivalentes (la famosa ecuación E = mc 2).
Imagen: Lente gravitatoria tipo “Anillo de Einstein” LRG 3-757 junto con la ecuación de la Relatividad General de Einstein, donde se explica cada término. Crédito imagen: ESA/Hubble y NASA. Crédito de la Ecuación de la Relatividad General: Enrique F. Borja (Cuentos Cuánticos).
La Relatividad General introduce el principio de equivalencia entre aceleración y gravedad. ¿Qué quiere decir esto? Que es lo mismo un sistema acelerado que estar bajo la influencia de un campo gravitatorio. Mejor lo vemos con un experimento mental: estamos dentro de un ascensor y soltamos un objeto, una manzana por ejemplo. Sabemos que la manzana caerá al suelo del ascensor por la fuerza gravitatoria de la Tierra. Da igual el objeto que soltemos: la aceleración que experimentaría por la gravedad sería la misma (esto ya lo sabía Newton y se puede demostrar fácilmente soltando a la vez dos libros de muy distinto tamaño). Pero si este ascensor estuviese en el espacio sin la influencia de la gravedad y se estuviese acelerando hacia “arriba” mediríamos exactamente lo mismo que antes: que la manzana cae al suelo. ¿Qué pasaría si estamos dentro del ascensor pero en caída libre dentro de un campo gravitatorio? Que no notaríamos nada: “caemos” a la vez que lo hace el ascensor, y la manzana “flotaría” a nuestro lado. Sin embargo, si el ascensor fuese muy grande (kilómetros) y tuviésemos con otras personas en el ascensor “cayendo” hacia la Tierra, notaríamos que poco a poco se van acercando a nosotros. Esto ocurriría porque a Tierra “tira” de los cuerpos hacia su centro. La trayectorias que seguirían estas otras personas al caer no sería paralelas, sino curvadas. Y aquí vino la otra gran genialidad de Einstein: que las trayectorias sean curvadas indican que la gravedad no es una interacción sino un efecto de la geometría del propio espacio-tiempo. Esta geometría está afectada por la distribución de la energía (=masa) y de cómo se mueve ésta. Ambas cosas son idénticas: la geometría del espacio-tiempo (G) y la distribución y movimiento de la masa y la energía (T), unidas matemáticamente por una constante universal. Belleza matemática y física en estado puro que un siglo después de ser enunciada continúa liderando el avance del conocimiento de la Humanidad.
Más información
- La Teoría que pasó de irrelevante a transformar la Humanidad, Pepe Cervera en El Confidencial, 24 noviembre 2015.
- 25 de noviembre de 1915 – El artículo de Einstein, Cuentos Cuánticos en Naukas, 25 de noviembre de 2015.
- Relatividad general, ¿por qué la gravedad es geometría?, Cuentos Cuánticos, 21 de noviembre de 2015.
- Relatividad General – 100 años, Cuentos Cuánticos, noviembre de 2015.
- Cumpliendo un siglo y tan bella como el primer día, 1 de octubre de 2015.
- La relatividad es más cotidiana de lo que piensas, MiGUi en Naukas, el 28 septiembre de 2011
- Imagen del HST con Anillo de Einstein, 19 diciembre 2011
- Podcast especial de La Buhardilla 2.0 compilando las 4 entrevistas que realizaron sobre Relatividad en noviembre de 2015.
Puzzle Bobble
Karate Blazers
Puzzle De Bloques
Magical Cat Adventure