La Relatividad de Einstein

Aquí está la segunda colaboración del químico Santos Tudela.

RelatividadYa hablamos en el post anterior de las dos teorías fundamentales en la física moderna. Pero quizás empezamos por el final. Volvamos al principio.

La Teoría de la Relatividad de Einstein se ha manifestado como una de las más grandes contribuciones de la mente humana al conocimiento del funcionamiento de la naturaleza. Y seguro que todavía ¡estamos en pañales frente al verdadero conocimiento! Pero no cabe duda que esta teoría ha supuesto un gran paso adelante en su comprensión. No hay que olvidar que hace apenas un siglo todavía los científicos estaban discutiendo la existencia de un “éter” universal por donde se propagasen las fuerzas que se manifiestan en la naturaleza.

Por aquel entonces, Maxwell había desarrollado sus ecuaciones del campo electromagnético, unificando y explicando los fenómenos eléctrico y magnético y sus relaciones entre sí. Ecuaciones que constituyeron una primera unificación de fuerzas. Pero todavía dejaban algunos fenómenos por explicar; uno de ellos es que su valor dependía de la velocidad con la que el observador se estuviera moviendo aun siendo constante la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas.

Este hecho despertó la curiosidad de Einstein y se puso a la tarea de hacer que las ecuaciones del campo electromagnético fueran invariantes para todos los observadores, independientemente de la velocidad a la que se movieran. Para ello fijó de partida estos dos postulados; que todas las leyes físicas son iguales para todos los observadores que se mueven a una velocidad constante, y que la velocidad de la luz en el espacio es siempre la misma independientemente de la velocidad con la que se mueva la fuente de esa luz respecto del observador, es decir, es constante.

Y con estos dos postulados aparentemente tan sencillos ¿qué fue capaz de deducir? Pues que el tiempo que miden un observador fijo, es decir con velocidad igual a cero, y otro que se mueva con una velocidad determinada constante, son distintos. Además, el tiempo que mide el observador que está en movimiento depende de su velocidad.

¡Casi nada! Resulta que el tiempo, tal y como lo conocíamos, no es una entidad absoluta sino que depende de la velocidad con la que se mueva el que lo mide. Pero como hemos supuesto que la velocidad de la luz es constante, esto trae a su vez nuevas implicaciones, tales como que; una dilatación del tiempo lleva como consecuencia una contracción del espacio. Es decir, el espacio y el tiempo no son entidades independientes sino una única e inseparable entidad: el espacio -tiempo.
Otras deducciones llevaron a la equivalencia entre la masa y la energía, de consecuencias que todos conocemos.

Pero toda esta formulación que consiguió Einstein, en lo que denominó su Teoría Especial de la Relatividad, fallaba cuando los observadores no se movían a velocidad constante sino que lo hacían acelerándose o frenándose. Y si la primera parte fue una genialidad, la forma en que resolvió esta segunda lo fue aun más. Postuló el Principio de Equivalencia; los efectos producidos por la gravedad son los mismos que los producidos por una aceleración. Para entenderlo; si nos tapan los ojos no sabríamos distinguir si nos han arrojado desde un acantilado y caemos por la atracción de la gravedad de la Tierra o si nos han montado en un ascensor y nos aceleran en el espacio (espacio-tiempo) sin presencia de ninguna fuerza.

De nuevo, con un principio sencillo, cambió todo el entendimiento contemporáneo de la gravedad, pasando de una fuerza de atracción entre masas (Newton) a un aspecto geométrico del espacio-tiempo; su curvatura.

La presencia de una masa curva el espacio-tiempo y determina la trayectoria de otras masas. A mayor masa se producirá una mayor curvatura, llegando incluso a curvarse sobre sí mismo, ¿os suenan los agujeros negros? Pero si antes hemos visto que el tiempo era función de la velocidad, ahora se demuestra que el tiempo es función de la curvatura, es decir, de la masa, y que según sea más grande esa masa, será más lento el tiempo medido.

Cada punto del espacio-tiempo tendrá sus valores de curvatura, de energía y del resto de magnitudes que lo caracterizan, con el conjunto de todos los puntos tendremos el denominado campo gravitatorio y, como vimos en el artículo anterior, al igual que el resto de interacciones pueden describirse por la existencia de partículas que transmiten las fuerzas, debe existir una partícula que transmita la interacción gravitatoria, el llamado “gravitón”, y como toda partícula lleva una onda asociada, deben existir las “ondas gravitacionales” pero de carácter tan débil que aun no han sido descubiertas, o sí?. En las últimas semanas hemos visto noticias que han hablado de ellas y de su descubrimiento pero todavía no está demasiado asentado en la comunidad científica. De confirmarse, sería una más de las predicciones hechas por las ecuaciones de Einstein y confirmadas experimentalmente.

Esta segunda parte es la que constituye la Teoría General de la Relatividad y puesto que la propia estructura del universo está determinada por la cantidad de masa y de energía que contiene, nos puede dar una idea de cómo es. Abierto? Cerrado? Finito? Infinito? Estático? En evolución?

De sus ecuaciones se deduce que está en expansión, cosa que sabemos por observaciones que hemos hecho de los cuerpos celestes y de sus velocidades de alejamiento pero las ecuaciones de Einstein predicen una expansión que se desacelera con el tiempo y, en cambio, las observaciones muestran una expansión que se acelera continuamente. ¿Están equivocadas las ecuaciones? ¿O hay alguna otra cosa que no conocemos y que está influyendo en la evolución del propio universo? ¿Habrá algún tipo de materia que no vemos pero que sí tiene efectos gravitacionales? ¿Habrá algún tipo de energía que no detectamos y que es la que verdaderamente rige los designios universales?

Pero, si os parece, éstas serán cuestiones para abordar en otros post.

Espero que esta publicación te haya gustado. Si es así pulsa me gusta y si tienes alguna duda, consulta o quieres complementar este post, no dudes en escribir en la zona de comentarios.
Sigueme en: www.elarcadedionisos.es

Un comentario

Deja un comentario