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La relatividad general: Cómo la teoría de Einstein explica el universo, y más

Hace un siglo, el físico Albert Einstein desveló una teoría que cambiaría el mundo: la relatividad general.

Esta teoría lo situaría en la cima del panteón de las mentes científicas y lo convertiría en un icono moderno.

Pero, ¿qué es la relatividad general y por qué es importante?

Si se le pregunta a alguien por la calle sobre Einstein, es probable que diga la palabra genio, que diga E=mc2 y que hable de la bomba nuclear. Pero si se le pide que explique la relatividad general, es probable que se quede un poco callado.

Y con razón. La relatividad general está llena de conceptos alucinantes, como la deformación del espacio-tiempo y la dilatación del tiempo.

Pero, en realidad, no es más que la explicación exhaustiva de Einstein sobre las causas de la gravedad y cómo ésta afecta a la materia, la luz y el tiempo.

Einstein tenía un problema con la gravedad. Su pensamiento era el siguiente. Si estás en un ascensor inmóvil y dejas caer una pelota, ésta caerá al suelo del ascensor a 9,8 metros por segundo y por segundo, que es la velocidad de aceleración gravitatoria de todo lo que cae a la Tierra.

Pero ocurriría exactamente lo mismo si estuvieras en un cohete que se acelerara hacia arriba por el espacio a 9,8 metros por segundo por segundo. Suelta la pelota y caerá igual que lo haría en la Tierra. Esa aceleración uniforme tiene exactamente el mismo efecto que la gravedad.

Y lo contrario también es cierto. Si tu cohete estuviera completamente quieto en medio del espacio, tú y la pelota no tendrían peso. Y eso sería idéntico a la caída libre en la que usted y la pelota entrarían en la Tierra si los cables del ascensor se rompieran.

La idea de que no hay diferencia entre el efecto de la gravedad y el efecto de la aceleración uniforme se conoció como principio de equivalencia. Y, junto con la idea del espacio-tiempo, es la base de la concepción de Einstein sobre la gravedad: su teoría de la relatividad general.

Espacio y tiempo

En noviembre de 1915, Einstein describió la gravedad con las 10 ecuaciones de campo de la relatividad general, pero lo que esas ecuaciones dicen básicamente es que la gravedad es lo que se obtiene siempre que el espaciotiempo se deforma, se dobla o se estira.

El espacio-tiempo no es algo de lo que hablemos normalmente, porque pensamos que el espacio (arriba-abajo, izquierda-derecha, adelante-atrás) está separado del tiempo. Pero no lo están. El espacio y el tiempo están íntimamente conectados: si se dobla el espacio, también se afecta al tiempo. Y doblar/deformar o estirar el espacio-tiempo es la causa de toda la gravedad en nuestro universo.

La curvatura/deformación es causada por la materia, o cualquier cosa con masa. De hecho, cada trozo de materia (incluido usted) deforma el espacio-tiempo a su alrededor, creando su propia gravedad.

La relatividad general nos permite calcular y predecir exactamente cómo cualquier cosa con masa deformará el espacio-tiempo, y cómo la gravedad causada por ese espacio-tiempo deformado afectará no sólo a la materia, sino al espacio, al tiempo y a la luz a su alrededor.

Para cosas diminutas como nosotros, la deformación (sí, esa es una palabra) es minúscula, por lo que la ley de la gravedad de Newton del siglo XVII (F=Gm1m2/r2) está perfectamente bien.

Pero las cosas masivas, como las estrellas, deforman y estiran tanto el espacio que la ley de Newton no funciona correctamente cerca de las estrellas: sólo es válida en el espacio “plano”. A estas escalas masivas, el espacio, el tiempo y la luz se ven notablemente afectados.

Incluso un planeta de tamaño medio como la Tierra deforma el espacio lo suficiente como para afectar al tiempo.

Un experimento realizado en 2010 demostró que relojes atómicos idénticos marcan el tiempo de forma ligeramente diferente si uno se coloca en un estante más alto que el otro. (El más alto ganará alrededor de una milmillonésima de segundo cada año, porque el espacio-tiempo se deforma un poco menos a 30 cm del centro de la masa de la Tierra).

Pero la relatividad general nos ha dado mucho más que una visión deformada del universo.

Sin las leyes matemáticas derivadas por Einstein, no tendríamos ninguna forma fiable de predecir o explicar el comportamiento y la composición de nuestro universo, y mucho menos un GPS fiable.

¿Sigues con nosotros? He aquí seis cosas que necesitan la relatividad general para funcionar, y que pueden ayudarte a manipular esa mente para que comprenda el concepto.

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