La teoría general de la relatividad

La teoría de la relatividad fue formulada por Einstein, por vez primera, el 20 de marzo de 1916 en un artículo publicado en la revista “Annalen der Physic”. / Cortesía

Según las leyes de Newton, la atracción entre dos cuerpos depende de sus masas y también de la distancia entre ambos en el mismo instante. Esto significa que, si uno de los cuerpos se mueve, como cambia la distancia entre ambos, inmediatamente cambiará el efecto de la fuerza de atracción sobre el otro cuerpo. Es decir, que el cambio ocurre instantáneamente. Esto significa que el efecto de la fuerza gravitatoria viaja a una velocidad infinita y esto contradice a la relatividad especial que explica que la velocidad máxima de las cosas es la velocidad de la luz. Por esto Einstein trabajó durante diez años en una teoría que explique la gravedad de una forma que no contradijera a la relatividad especial y en el año 1915 elaboró la teoría general de la relatividad. Esta describe todo el universo desde una perspectiva del efecto gravitatorio de la materia y la energía dentro de ella, y sus efectos mutuos. Teniendo en cuenta lo que planteó Einstein en la relatividad especial, en este universo no hay velocidad mayor que la velocidad de la luz, ni hay tiempo absoluto, ni el tiempo tiene independencia completa de las otras dimensiones del universo que llamamos espacio, sino que es un tejido cósmico de cuatro dimensiones.

En la teoría general de la relatividad, el efecto gravitatorio es un resultado de la curvatura de las cuatro dimensiones cósmicas del espacio-tiempo causado por la materia y la energía. El tejido cósmico es flexible y capaz de curvarse, y toda la materia del universo causa la curvatura de este tejido en proporción a su masa, y toda la energía hace lo mismo causando la curvatura de este tejido en proporción a su masa equivalente de acuerdo a la ecuación que Einstein demostró en la teoría de la relatividad especial: 𝐸 = 𝑚𝑐2.

De esta manera, la masa y la energía del Sol, por ejemplo, curvan el tejido del espacio-tiempo y la Tierra avanza sobre esta curvatura en una trayectoria similar a una línea recta, puesto que representa el camino más corto entre dos puntos en las cuatro dimensiones. Nosotros vemos esta trayectoria parecida a un círculo en un mundo de tres dimensiones. Tal como cuando un avión avanza en línea recta entre dos puntos de las tres dimensiones en vuelo, proyectando “una sombra” curvada sobre la superficie de la Tierra debido a la altura y a la inclinación de la superficie terrestre, y no por su trayectoria.

«La teoría de la relatividad especial tuvo un gran éxito al explicar por qué la velocidad de la luz era la misma para todos los observadores (tal y como había mostrado el experimento de Michelson-Morley) y al describir adecuadamente lo que sucede cuando los objetos se mueven con velocidades cercanas a la de la luz. Sin embargo, la teoría era inconsistente con la teoría de la gravitación de Newton, que decía que los objetos se atraían mutuamente con una fuerza dependiente de la distancia entre ellos. Esto significaba que, si uno movía uno de los objetos, la fuerza sobre el otro cambiaría instantáneamente, o, en otras palabras, los efectos gravitatorios deberían viajar con velocidad infinita, en vez de con una velocidad igual o menor que la de la luz, como la teoría de la relatividad especial requería. Einstein realizó entre 1908 y 1914 varios intentos, sin éxito, para encontrar una teoría de la gravedad que fuera consistente con la relatividad especial. Finalmente, en 1915, propuso lo que hoy en día se conoce como teoría de la relatividad general.

Einstein hizo la sugerencia revolucionaria que la gravedad no es una fuerza como las otras, sino que es una consecuencia que el espacio-tiempo no sea plano, como previamente se había supuesto: el espacio-tiempo está curvado, o “deformado”, por la distribución de masa y energía en él presente. Los cuerpos como la Tierra no están forzados a moverse en órbitas curvas por una fuerza llamada gravedad; en vez de esto, ellos siguen la trayectoria más parecida a una línea recta en un espacio curvo, es decir, lo que se conoce como una geodésica».[1]

Muchas aplicaciones y experimentos han demostrado que lo predicho por la teoría general de la relatividad concuerda con la realidad y las observaciones. Por ejemplo: su explicación de la órbita de Mercurio es más exacta que la explicación de la ley de gravedad de Newton. Ha predicho la desviación de la luz por el efecto de los campos gravitatorios y, de hecho, mediante experimentos se ha descubierto que esto es cierto. Y ha predicho la existencia de agujeros negros y en efecto, se han descubierto agujeros negros.

Lo más importante que planteó la relatividad general, en lo que respecta al tema que estamos examinando, es que el tiempo y el espacio no son un lugar estático donde ocurren los acontecimientos, sino que el tiempo y el espacio se curvan y son afectados por las cosas presentes en ambos, es decir, que ambos son una existencia dinámica en movimiento.

Esto ha permitido a algunos cosmólogos suponer que la expansión del universo no se limita a la materia y la energía, sino que incluye al espacio que los contiene.


[1] Fuente: Hawking, Historia del Tiempo, págs. 38-39.


Del libro La ilusión del ateísmo del Imam Ahmed Alhasan (a)