La teoría de la relatividad general

En 1915 Einstein publicó su Teoría de la Relatividad General, la que considera los objetos con movimiento acelerado. Esta teoría revolucionó el concepto de gravedad.

En 1905, la Teoría de la Relatividad Especial había determinado que ningún objeto puede viajar más rápidamente que la luz y que, por tanto, no se puede transmitir información de manera instantánea. Durante siglos prevaleció la visión de Newton, de que la gravedad es una fuerza que actúa a distancia de manera instantánea. Esto contradice la Relatividad Especial. Newton no explicaba la naturaleza de la gravedad, ni su forma de transmisión.

La gravedad enlaza una masa con otra. Pero, ¿cómo “se entera” la materia de que otra materia está allí?

La Relatividad Especial une indisolublemente el espacio con el tiempo en lo que se denomina el “espacio-tiempo”, pero deja aparte la materia. La Relatividad General enlaza la materia y la gravedad por medio de la acción del espacio-tiempo. Es el espacio-tiempo lo que posibilita que una materia “se entere” de que hay otra materia cerca.

En una superficie plana la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta, pero en una superficie curva la distancia menor entre dos puntos es una línea curva. Si golpeamos una canica en una membrana plana de hule, ésta sigue una trayectoria recta. Si colocamos una bola de boliche en el centro de la membrana, ésta se curva. Si entonces golpeamos la canica, esta sigue una trayectoria curva y es “atraída” hacia la bola de boliche.

De una manera análoga, la materia se comporta como la bola de boliche, haciendo que el tejido espacio-tiempo se deforme como la membrana de hule, y ocasionando que otros objetos materiales (la canica) sean “atraídos” hacia ella. De esta forma, la gravedad no es una fuerza que actúa a distancia y de manera instantánea, sino que es una deformación geométrica, una hondonada en el tejido espacio-tiempo.

Para Newton, la materia le dicta a la gravedad cómo ejercer una fuerza y esta fuerza, a su vez, le dicta a la materia de qué manera acelerarse. Para Einstein, en cambio, la materia le dicta al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo curvado, a su vez, le dicta a la materia cómo acelerarse.

En el espacio vacío, el espacio-tiempo es plano. En el espacio con materia, el espacio-tiempo es curvo. Observando un objeto moviéndose en el espacio vacío en línea recta, Newton afirmaría que dicho objeto no cambia ni su velocidad ni su dirección porque ninguna fuerza actúa sobre él. Observando el mismo caso, Einstein afirmaría que el objeto se mueve en línea recta y con velocidad constante porque a su alrededor el espacio-tiempo es plano, por no haber cerca materia alguna que lo curve.

Entre mayor sea la masa, mayor será la hondonada que ésta ocasiona en el espacio-tiempo. Mientras más cerca esté la otra masa de la primera, mayor es la curvatura que afecta a dicha segunda masa. En nuestra analogía, la canica se verá atraída de mayor manera mientras más pesada sea dicha bola y mientras más cerca de ella se encuentre la canica.

La Teoría de la Relatividad General ha aprobado con éxito todos los experimentos realizados para ponerla a prueba. Uno de ellos es el caso del eje mayor de la órbita del planeta Mercurio, que se inclina 574 arco-segundos por siglo. Utilizando las ecuaciones de Newton para calcular dicha inclinación, se obtienen 531 arco-segundos por siglo, pero utilizando las de Einstein se obtiene el número preciso. A finales del 2011 una nave espacial comprobó que cuando un objeto celeste (estrella, planeta, etc.) gira, arrastra consigo el tejido espacio-tiempo de la manera predicha por la Teoría de la Relatividad General.

Las ecuaciones de Newton, aunque esencialmente equivocadas, se pueden utilizar de manera práctica cuando los campos gravitacionales son débiles y cuando las velocidades involucradas son mucho menores que la de la luz.

Una de las consecuencias ya demostradas de la Relatividad General es que el tiempo transcurre más lentamente para un observador afectado por un campo gravitacional. Dicho campo, como ya expresamos, es la deformación del espacio-tiempo en las cercanías de un objeto material; una hondonada a su alrededor.