¿Qué es la relatividad?


Albert Einstein fue famoso por muchas cosas, pero su mayor creación fue la teoría de la relatividad. Cambiando para siempre nuestra comprensión del espacio y el tiempo.

¿Qué es la relatividad? En pocas palabras, es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todas partes. Aquí en la Tierra obedecemos las mismas leyes de luz y gravedad que alguien en un rincón alejado del universo.

La universalidad de la física significa que la historia es provincial. Diferentes espectadores verán el tiempo y el espaciado de los eventos de manera diferente. Lo que para nosotros es un millón de años puede ser solo un abrir y cerrar de ojos para alguien que vuela en un cohete de alta velocidad o cae en un agujero negro. Todo es relativo.

Relatividad especial:

La teoría de Einstein se divide en relatividad especial y general.

La relatividad especial fue lo primero y se basa en que la velocidad de la luz es constante para todos. Eso puede parecer bastante simple, pero tiene consecuencias de largo alcance.

Einstein llegó a esta conclusión en 1905 después de que las pruebas experimentales mostraran que la velocidad de la luz no varió cuando la Tierra giró alrededor del Sol.

Este resultado fue sorprendente para los físicos porque la velocidad de la mayoría de las otras cosas depende de la dirección en que se mueva el observador. Si maneja su automóvil a lo largo de una vía de ferrocarril, un tren que se aproxima parecerá que se está moviendo mucho más rápido que si se girara y lo siguiera en la misma dirección.

Einstein dijo que todos los observadores medirán la velocidad de la luz a 3·10^8 m/s, sin importar qué tan rápido y en qué dirección se estén moviendo.

Esta máxima hizo que el comediante Stephen Wright preguntara: "Si estás en una nave espacial que viaja a la velocidad de la luz y enciendes los faros, ¿sucede algo?"

La respuesta es que los faros se encienden normalmente, pero solo desde la perspectiva de alguien dentro de la nave espacial. Para alguien que está afuera mirando a la nave volar, los faros no parecen encenderse.

Estas versiones contradictorias surgen porque las cosas que marcan el tiempo y el espacio, no son lo mismo para diferentes observadores. Si la velocidad de la luz se mantiene constante como dijo Einstein, entonces el tiempo y el espacio no pueden ser absolutos, deben ser subjetivos.

Por ejemplo, una nave espacial de 100 metros de largo que viaja al 99.99 por ciento de la velocidad de la luz parecerá un metro de largo para un observador estacionario, pero seguirá teniendo su longitud normal para aquellos a bordo.

Quizás incluso más raro, el tiempo pasa más lento cuanto más rápido se va. Si una gemela viaja en la nave espacial a una estrella distante y luego regresa, será más joven que su hermana que se quedó en la Tierra.

La masa, también, depende de la velocidad. Cuanto más rápido se mueve un objeto, más masivo se vuelve. De hecho, ninguna nave espacial puede alcanzar el 100 por ciento de la velocidad de la luz porque su masa crecería hasta el infinito.

Esta relación entre masa y velocidad a menudo se expresa como una relación entre masa y energía: E = mc ^ 2, donde E es energía, m es masa y c es la velocidad de la luz.

Relatividad general:

Einstein no había terminado de alterar nuestra comprensión del tiempo y el espacio, mientras continuaba generalizando su teoría al incluir la aceleración y descubrió que esto distorsionaba la forma del tiempo y el espacio.

Para seguir con el ejemplo anterior, imagine que la nave espacial se acelera disparando sus propulsores. Los que están a bordo se pegarán al suelo como si estuvieran en la Tierra. Einstein afirmó que la fuerza que llamamos gravedad es indistinguible de estar en una nave acelerada.

Esto, por sí solo, no fue tan revolucionario, pero cuando Einstein resolvió las complejas matemáticas (le tomó 10 años), descubrió que el espacio y el tiempo están curvados cerca de un objeto masivo, y esta curvatura es lo que experimentamos como la fuerza de la gravedad.




Es difícil imaginar la geometría curva de la relatividad general, pero si uno piensa en el espacio-tiempo como una especie de tela, entonces un objeto masivo estira la tela circundante de modo que todo lo que pasa cerca ya no siga una línea recta.

Las ecuaciones de la relatividad general predicen una serie de fenómenos, muchos de los cuales se han confirmado:


  • Flexión de la luz alrededor de objetos masivos (lentes gravitacionales)
  • Una lenta evolución en la órbita del planeta Mercurio (precesión del perihelio)
  • Arrastre el cuadro del espacio-tiempo alrededor de cuerpos giratorios.
  • Debilitamiento de la luz que escapa a la fuerza de la gravedad (desplazamiento al rojo gravitatorio)
  • Acelerando en los periodos de rotación de estrellas binarias y púlsares.
  • Ondas gravitacionales (ondulaciones en el tejido espacio-tiempo) causadas por ataques cósmicos
  • La existencia de agujeros negros que atrapan todo, incluida la luz.
  • La deformación del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro es más intensa que en cualquier otro lugar. 

Si la gemela que viajaba en el espacio cayese en un agujero negro, se estiraría como un espagueti. Por suerte para ella, todo terminaría en unos segundos. Pero su hermana en la Tierra nunca lo vería terminar: Vería a su pobre hermana ir avanzando poco a poco hacia el agujero negro eternamente.