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Algo curioso que he aprendido a raíz de la lectura del libro de Einstein: su vida y su universo, de Walter Isaacson, es en qué se basa la Teoría de la relatividad General, y en ello nos basaremos en este breve artículo.

Primeramente, como muchos sabréis, Einstein comenzó su teoría de la Relatividad por un caso particular, por lo que él mismo la apodó Teoría de la Relatividadespecial. Ésta solo era aplicable a los denominados Sistemas Inerciales, esto es, sistemas que se desplazan a velocidad uniforme y de forma rectilínea. Allí, fue donde aplicando el Principio de Relatividad (ya enunciado por Galileo) de que en todos los sistemas inerciales las leyes de la Física se comportaban de igual manera, y sumado a la comprobación empírica de que la velocidad de la luz en el vacío era la misma independientemente del sistema de referencia escogido (cuando tú estás sentado en un banco y ves pasar a un coche a una velocidad digamos de 50 km/h, vuestra velocidad relativa es de 50 km/h, pero no es la misma si empiezas a correr detrás de él, en cuyo caso será de un valor menor a 50). Como sabemos, esto trajo las implicaciones de que a velocidad próximas a la de la luz, se puede apreciar que la idea de simultaneidad se desvanece por completo, y así la idea de un tiempo absoluto, como postulaba Newton en su Principia Mathematica. Así, aparecen paradojas como la de los dos gemelos, reglas de un metro en la Tierra que longitudinalmente miden menos en cohetes a velocidades próximas a c, etc.

Pero bueno, esto no es de lo que trata el artículo, pero sí que es interesante saber lo que corría por la cabeza del en aquel momento aún técnico de tercera de la oficina de patentes de la ciudad Suiza de Berna.

Pues bien, no fue hasta 9 años después, en 1909, donde al intrépido pensador se le vino a la cabeza el cómo podría empezar a atacar el problema de convertir su teoría de la relatividad en una teoría general (y no especial, particular, como lo era hasta ahora). Fue, lo que él recordaría, la “idea más feliz de mi vida”, y se le vino a la mente ni más ni menos que una de esas múltiples mañanas en las que iba a la oficina de patentes con uno de sus mejores amigos y compañeros. La base era esta, similar a como Einstein escribió:

Imaginemos a una persona que se encuentra en el interior de una caja opaca, sin capacidad de ver nada del exterior, y se encuentra sumida en la inmensidad del espacio exterior (puedes imaginarte que está en un cohete con forma de caja de zapatos y sin ventanas). Esta persona cuenta con una báscula debajo de él (digamos que en un primer momento marca 0 kg). De pronto, la persona empieza a sufrir un empuje hacia abajo, es decir, la báscula marcará ahora una cantidad mayor, sea por ejemplo de un valor de 85 kg. Nuestro feliz amigo (o amiga) podría sugerir que claramente está sintiendo la atracción de un campo gravitatorio cercano, por ejemplo porque está acercándose a la Tierra. Es lógico y congruente, pero en un momento determinado, digamos que alguien le da acceso a ver lo que sucede en la parte de arriba de su caja opaca 📦 , y puede observarse pues que hay una cuerda que lo engancha por arriba, con lo que se da cuenta de que probablemente lo que está sucediendo no es que esté en una nave espacial cayendo en la Tierra, sino que está siendo elevado con una cierta aceleración hacia arriba en una especie de ascensor (bastante funebre, todo sea dicho).

Bien, he destacado la palabra probablemente porque en esas últimas 3 frases queda absolutamente reflejada la idea que le llevó a formular la Teoría de la Relatividad General. ¿Por qué? Porque queda demostrado que no hay experimento posible que pueda demostrar por tanto si algo está siendo bien acelerado o bien lo que está sufriendo es una atracción electromagnética, pues se comportan de forma exactamente igual, el llamado Principio de Equivalencia. Esto fue un “boom” en la época, porque hasta entonces los físicos tenían bien separado el concepto de masa inercia (la oposición a los cambios de velocidad que ejerce un cuerpo en presencia de fuerzas) y la masa gravitatoria (una constante que era directamente proporcional a la atracción entre dos cuerpos), y aunque ambas coincidían en valor, nadie había sabido explicar el porqué, y tuvo que ser Einstein con su siempre afán unificador el que dijese que ambos fenómenos se debían a un mismo causante (de forma similar lo hizo en la relatividad especial, con las inducciones de corriente producidas por un imán 🧲 )

¿Cómo podría demostrarse esto? Pues bien, una consecuencia directa del Principio de Equivalencia era, en palabras simples, que:

Si un rayo de luz que entra por un ascensor subiendo de forma acelerada (un valor alto), debe curvarse a la hora de llegar al otro lado (ya que el ascensor se está moviendo, la única forma de que saliese a igual altura es que la velocidad de la luz fuese infinita, y no es el caso, como ya se ha comentado; de hecho vale unos 300,000 km/s). Por tanto, aplicando el Principio de Equivalencia de Einstein, cuando la luz cruza cerca de un campo gravitatorio, dado que debe comportarse igual que una aceleración, magia, ¡El rayo de luz debería curvarse! Esto fue demostrado por el astrónomo Frank Watson Dyson en 1919 (unos 10 años después), cuando la Relatividad ya había adquirido un cuerpo matemático que diese un valor cuantitativo de la curvatura de la luz, y así pudo observarse un día de eclipse solar cómo la luz que provenía el cúmulo de estrellas Híades se veía desplazada, al aparecer a vistas del telescopio en un lugar diferente al que realmente se debía encontrar en ese momento (previo a ciertos cálculos astronómicos). La luz se había curvado. 

Como se aprecia en la figura, con este hecho quedaba espectacularmente demostrada la valía de la Teoría General de la Relatividad, del en ese momento ya profesor, Albert Einstein.

Manuel Ferreira Lorenzo

Estudiante de Ingeniería en Tecnologías Industriales

Bibliografía:

  1. La Vanguardia: http://bit.ly/LaVanguardiarelatividadGeneral
  2. Einstein: su vida y su Universo (Walter Isaacson)

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2 Respuestas

  1. Entonces es una aceleración o no la gravedad? me quedo claro como Einstein de mostró que no era una fuerza pero no lo que era la gravedad.

  2. A ver, para dejarlo un poco claro mi punto de vista acerca de esto. Hoy en día es muy fácil lo típico de igualar fuerza gravitatoria a la segunda ley de newton y despejar la gravedad, quedándote que es una aceleración (dimensionalmente se ve, claro está). Ahora bien, por aquél entonces digamos que estaba por un lado la Ley de la Gravitación, dónde era proporcional (entre otras) a una constante que llamaron masa gravitatoria y por otro lado la segunda ley de newton, donde la fuerza era proporcional a una constante llamada nada inercial. Estas dos masas valían lo mismo, pero no habían sido capaces de decir el porqué (no hubo experimentos hasta el de Einstein que lo aclarasen), o sea que se comportan de forma exactamente igual un campo gravitatorio y lo que sucede en torno a un cuerpo acelerado, o sea, ¡Que eran totalmente equivalentes! Espero que así te haya quedado algo más claro

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