Explorando la teoría de la relatividad de Einstein: una mirada a su esencia

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Albert Einstein y la revolución científica

El destacado físico Albert Einstein fue el protagonista de una revolución científica que cambió nuestra comprensión del universo, el espacio y el tiempo. Su teoría propuso un universo absoluto, finito pero ilimitado y curvado sobre sí mismo, un concepto que incluso los físicos más destacados tuvieron dificultades para entender. A más de un siglo de su formulación, seguimos intentando explicarla a la sociedad.

Las tres teorías relativistas, la de Galileo, la especial de Einstein y su teoría general, nos indican el camino hacia una teoría final de relatividad total, que aún no hemos logrado alcanzar.

Galileo Galilei y el principio de relatividad

Galileo Galilei (1564-1642) fue el primero en formular el principio de relatividad, o covariancia. Lo hizo en 1632, en su libro ‘Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo’. Este principio sostiene que existe una ley universal para el movimiento uniforme, que es la misma en cualquier lugar, ya sea Madrid, Buenos Aires, la Luna o Marte. Esta ley se aplica tanto en reposo como en movimiento a velocidad constante. En ausencia de una fuerza externa que afecte al sistema, éste permanecerá igual indefinidamente.

¿Por qué hablamos de relatividad si la ley es universal?

La respuesta radica en que la descripción de una misma realidad puede variar según el marco de referencia que se tome. Así, la ley del movimiento es universal, pero su solución (la descripción de la realidad) es distinta en cada sistema de referencia. De ahí el término “relatividad”.

La teoría de Galileo es la más simple de todas las teorías relativistas. Sin embargo, sus ecuaciones no funcionan a la velocidad de la luz (c), ni siquiera a velocidades cercanas.

La teoría especial de la relatividad de Einstein

En 1905, Einstein publicó su teoría especial de la relatividad. Esta teoría, basada en el principio de relatividad de Galileo y en la constancia de c, dio lugar a fenómenos inverosímiles como la dilatación del tiempo y el acortamiento de las longitudes. Estos fenómenos, que ocurren a velocidades cercanas a la de la luz, han sido corroborados en numerosos experimentos de laboratorio.

La consecuencia más extraordinaria de la teoría especial de la relatividad es la equivalencia entre masa y energía: E=mc². Einstein afirmó que las leyes de conservación de la energía y de la masa eran “una y la misma ley”.

La teoría general de la relatividad y el principio de equivalencia

La teoría general de la relatividad se basa en un postulado adicional: el principio de equivalencia. Este principio sostiene que la fuerza de gravedad no es especial, es como cualquier otra fuerza mecánica que acelera un objeto. La teoría general de la relatividad se fundamenta en este principio de equivalencia, tan simple como los dos anteriores de la relatividad especial.

La dimensión tiempo y la geometría del espacio-tiempo

En la teoría de la relatividad especial, el tiempo aparece como la cuarta dimensión de un espacio-tiempo que trasciende la concepción newtoniana. En la teoría de la relatividad general, la geometría misma del espacio-tiempo se ve afectada por la presencia de materia.

Lo que queda por hacer

Einstein reconoció que su teoría era aproximada e incompleta. Predijo que otros la mejorarían pronto, lo que todavía no ha ocurrido. Aunque la teoría de la relatividad general funciona muy bien hasta energías altísimas, se prevén dificultades a energías aún mayores.

Conclusión

Hasta aquí, lo esencial. A partir de aquí, todo un universo, a explorar con estas fabulosas herramientas.

Emilio Elizalde Instituto de Ciencias del Espacio (ICE – CSIC)

Este artículo ha sido facilitado por The Conversation

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