Bueno dvillodre1, ya veo que te gustan mucho los antiguos pero sospecho que no mucho los medievales. No apelas a ellos para darles la razón; te vuelves hacia el mundo clásico, como hicieron algunos humanistas, Nietzsche, Heidegger y otros. Estás en tu perfectísimo derecho de escoger a tus pensadores favoritos, naturalmente. Yo sigo pensando que lo que deseas es autoconvecerte de que el universo es como dicen los "tuyos". No sé, pero a veces creo que la ceguera pasional que algunos profesáis por una determinada corriente filosófica os vuelve incapaces de abriros a otras opiniones alternativas. Incluso pretendéis subsanar las "carencias" de vuestros pensadores favoritos. Está bien que haya expertos en pensamiento nietzscheano, por ejemplo. Pero no está bien que, movido por la pasión más que por la razón, un nietzscheano empedernido intente ocultar o "subsanar" las imperfecciones de su mentor. Así lo que se hace es tergiversar el pensamiento del "maestro".
Dicho esto, sólo quería apuntar algunos datos sobre la Teoría de la Relatividad General. Creo que todo el mundo la tiene más o menos clara.
TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL (
El desafío del universo, pp. 257-268)
Con la Relatividad Especial Einstein demostró el carácter
no absoluto del espacio, el tiempo y la masa, aplicando unos principios fundamentales que tenían consecuencias directas en la medida de esas magnitudes, dependiendo del sistema de referencia. Sin embargo, la teoría
no era completa puesto que sólo trataba la física de sistemas inerciales. Einstein profundizó más desarrollando una teoría general que pudiera describir el Universo en su totalidad y que necesariamente implicaba abordar el problema de la gravedad.
ACELERACIÓN Y GRAVEDAD.—En 1911 Albert Einstein empieza a elaborar la magna obra de la Relatividad General. Esta nueva teoría surge de la necesidad de extender los principios de la Relatividad a todo tipo de sistemas, sean o no inerciales. Ya no sólo le preocupa cómo se comporta la física de los objetos que se mueven en línea recta y a velocidad constante, sino también la de aquellos sistemas
dotados de aceleración. Así, Einstein expresó un principio más general en los siguientes términos: «las leyes de la Naturaleza se deben poder expresar por ecuaciones válidas para todo tipo de sistemas de referencia».
Los primeros resultados de Einstein sobre la Relatividad General se presentaron en la Academia de las Ciencias de Berlín en noviembre de 1915 y se publicaron de forma más detallada en 1916. Una de las bases fundamentales de esta teoría es la imposibilidad de distinguir entre los efectos de encontrarse bajo la influencia de la atracción gravitatoria de un cuerpo, como la Tierra, por ejemplo, y estar sometido a una aceleración constante, es decir, aumentar la velocidad uniformemente con el tiempo, sin presencia de gravitación.
Ese principio fundamental de la Relatividad General, llamado
principio de equivalencia, se entiende mejor con el siguiente ejemplo: supongamos que viajamos dentro de una nave espacial que se mueve libremente por el espacio. Podríamos intentar deducir nuestro estado de movimiento si analizamos cómo se comportan, desde un punto de vista físico, los objetos de la nave. Si la nave se mueve a velocidad constante y en línea recta, las leyes que se aplican son las mismas que las de un sistema en reposo (estaríamos en las condiciones de la Relatividad Especial). Ahora bien, si de repente dentro de la nave notamos la sensación de estar más pegados a una de las paredes, el principio de equivalencia afirma que es imposible decidir si la causa es una fuerza producida por el motor de la nave que ha comenzado a actuar y por tanto a acelerarla, o si estamos en reposo pero sometidos al efecto gravitatorio de una masa como la de un planeta. Los efectos de la gravedad y de la aceleración son equivalentes e indistinguibles.
LA CURVATURA DEL ESPACIO-TIEMPO.—Desde Aristóteles hasta Newton el espacio y el tiempo eran absolutos. La medida del tiempo era algo separado de la medida del espacio. A partir de Einstein, las ideas del espacio y del tiempo se unen para hablar de un nuevo concepto, el
espacio-tiempo. Cada suceso viene determinado por sus coordenadas espaciales y por el instante en que ocurre. Para Einstein, el espacio y el tiempo tienen la misma categoría y forman un «tejido», una fibra. El efecto de la presencia de una masa produce una
distorsión en la estructura del tejido del espacio-tiempo. La masa de la Tierra, por ejemplo,
curva el espacio-tiempo a su alrededor de manera tal que nuestros cuerpos se sienten atraídos por ella.
La importancia de la Relatividad General radica en la
forma en que dota de significado a la gravedad. Con su teoría, Einstein argumentó que la gravedad es un tipo especial de fuerza, consecuencia directa de que
el espacio está curvado por la presencia de materia. La nueva concepción de la geometría que introduce la Relatividad General puede explicar el movimiento de los planetas alrededor del Sol,
no como si se moviesen en una curva cerrada por acción de la gravedad,
sino como si lo hicieran en una trayectoria que les viene «obligada» por la propia curvatura del espacio-tiempo. Los planetas se mueven en el espacio debido a su inercia, de acuerdo con la estructura del espacio-tiempo creada por la influencia del Sol.
En este escenario, incluso las preguntas más inocentes se vuelven complejas, por ejemplo: ¿cuál es el camino más corto entre dos puntos? La respuesta más natural sería decir que la línea recta. Pero esta afirmación sólo es válida bajo un tipo concreto de geometría, la euclídea que utilizamos habitualmente. De una forma genérica podemos decir que el camino más corto entre dos puntos es el que recorre la luz «guiada» por un espacio-tiempo que puede estar
curvado por la presencia de materia. Ese camino se conoce con el nombre de
geodésica. De acuerdo con la Relatividad General, los cuerpos se mueven en
líneas geodésicas en el espacio-tiempo de
cuatro dimensiones. En un Universo de dos dimensiones, como podría ser la superficie de una esfera, para moverse entre dos puntos por el camino más corto, la geodésica sería un círculo máximo.
LA PRECESIÓN DE LA ÓRBITA DE MERCURIO.—La teoría de Einstein abre nuevas perspectivas a las visiones que sobre la dinámica del Sistema Solar tenía Newton. Éste había encontrado explicación a las elipses de propuestas por Kepler para los movimientos de los planetas, demostrando que eran consecuencia de la fuerza de la gravedad. Einstein añade un dato más: esas elipses y sobretodo las más interiores, como por ejemplo la órbita de Mercurio, también se ven alteradas por efecto de la gravedad solar por su relativa proximidad. El efecto que se había observado era que el eje mayor de la órbita elíptica de Mercurio cambiaba de posición con respecto al Sol girando aproximadamente unos 1,5 grados por siglo. Cuando se quería explicar esa perturbación, que ocasionaba la llamada precesión de la órbita de Mercurio, teniendo en cuenta sólo la teoría de Newton, se llegaba a un resultado ligeramente distinto, con una diferencia sobre el valor observado de 43 segundos de arco por siglo. La irregularidad del movimiento de este planeta ya había sido detectada por los astrónomos del siglo XX, que habían apreciado ciertas anomalías en su trayectoria. En ciertos momentos se llegó incluso a pensar en la existencia de otro planeta que estaría dando vueltas alrededor del Sol en una órbita más interior, perturbando así la órbita de Mercurio. Sin embargo, ese hipotético planeta, al que se había llamado
Vulcano, nunca se encontró. La Relatividad General de Einstein pudo calcular con gran exactitud que la enorme gravedad del Sol y la velocidad a la que se mueve Mercurio a su alrededor, influyen en su órbita elíptica, dando como resultado el fenómeno de precesión observado.
EL ECLIPSE DE MAYO DE 1919: «LA LUZ NO VA EN LÍNEA RECTA, EL ESPACIO SE DEFORMA.—Otra de las predicciones físicas más famosas que se derivan de la teoría de Einstein es el efecto gravitatorio que una gran masa ejerce sobre la luz. De acuerdo con la teoría de la Relatividad los rayos de luz se propagan en línea recta en ausencia de cuerpos masivos, pero cuando pasan cerca de un campo gravitatorio, al igual que los objetos materiales,
se desvían, cambian de dirección porque se ven obligados a seguir las
geodésicas del espacio-tiempo. Podemos decir que «la luz pesa». Einstein no sólo predijo tal efecto, sino que incluso ideó un sistema para poder comprobarlo. Si tal afirmación era cierta se podría observar la luz de estrellas que quedaran
detrás del Sol en situaciones especiales, como por ejemplo en un eclipse de Sol. La verificación fue hecha en el eclipse que tuvo lugar el 29 de mayo de 1919. Con ese objetivo, dos expediciones científicas inglesas se dirigieron rumbo a Brasil y a África occidental, pues el eclipse no era visible desde Europa. En estas dos regiones ecuatoriales se tomaron cuidadosamente fotografías del fenómeno que confirmaron, después de un riguroso examen, la veracidad de la hipótesis de la curvatura de la luz al pasar por las proximidades de un objeto tan masivo como el Sol. La comunidad científica constató que las predicciones de la Relatividad General de Einstein se correspondían con la realidad. En noviembre de 1919 se anunció la noticia:
«La luz no va en línea recta, el espacio se deforma». Estas dos expediciones eran británicas e iban comprobando una teoría desarrollada por un alemán justo después de la Primera Guerra Mundial, lo cual llegó a ser considerado como un acto de hermanamiento entre las dos potencias.
Hemos visto que la luz que viaja por el espacio se ve obligada a moverse siguiendo pautas que este último le marca. Si la luz se mueve cerca de un campo gravitatorio fuerte, como el que produce una estrella, experimenta un efecto de curvatura, aunque de forma rigurosa habría que decir que
no es la luz la que se curva, sino el propio espacio-tiempo en que ésta se propaga. La luz hace lo único que puede hacer: moverse por un tejido curvado a causa de la presencia de materia. En la Relatividad, el espacio y el tiempo son magnitudes
dinámicas. Al moverse los cuerpos o actuar fuerzas sobre ellos, la propia estructura del espacio se ve condicionada y configurada por la presencia de los objetos materiales.
EL TIEMPO SE RALENTIZA CERCA DE CUERPOS MUY MASIVOS.—Una consecuencia de la Relatividad General es que el tiempo transcurre más lentamente en presencia de campos gravitatorios fuertes. Si situásemos dos relojes, uno en una alta montaña y otro a nivel del mar, se podría comprobar, dado que la medida de la gravedad en esos dos puntos es ligeramente distinta, que el reloj situado al nivel del mar se mueve más lentamente —allí la gravedad es mayor—. Las diferencias son, en este caso, muy pequeñas, ya que los valores de la gravedad en tales condiciones son sólo levemente distintos, pero serían muy apreciables entro dos relojes situados uno en el espacio, muy alejado de grandes masas, y otro en las proximidades de un objeto muy compacto y denso como un agujero negro o una estrella de neutrones. Los efectos de la Relatividad General sobre el tiempo son muy importantes y deben considerarse hoy en complicados experimentos de alta precisión, como por ejemplo todos los que se realizan en los aceleradores de partículas.
EL DESPLAZAMIENTO HACIA EL ROJO GRAVITATORIO.—Una de las pruebas más importantes de la Relatividad General es lo que se llama desplazamiento al rojo gravitatorio. Bajo este curioso nombre se esconde el siguiente hecho: cuando la luz intenta escapar de un campo gravitatorio pierde energía. Como la luz no puede disminuir de velocidad, la forma de perder energía es cambiando de color,
haciéndose más roja. Este efecto, predicho en 1911 por Einstein, fue confirmado experimentalmente en 1929 al observarse el espectro enrojecido de la estrella compañera de Sirio.
En 1914 Vesto M. Slipher había estudiado las nebulosas espirales, y a través del análisis del espectro de luz que emitían, aseguró que estos objetos celestes se movían por el espacio a velocidades mucho más altas de lo que sería razonable si se tratara de estrellas de la Vía Láctea. Para llegar a esta conclusión Slipher hizo uso del conocido
efecto Doppler sobre las ondas luminosas que había formulado el físico austríaco Christian Doppler en 1842. Utilizando esta característica de las ondas luminosas, Slipher pudo comprobar que la luz de muchas nebulosas era del mismo tipo que la que recibía de los cúmulos de estrellas y que sus espectros estaban muy desplazados; es decir, transformado su color, con respecto al que hubieran tenido en condiciones de reposo con respecto a la Tierra. La mayor parte de las nebulosas estudiadas por Slipher tenían la luz desplazada hacia el rojo, señal inequívoca de que se estaban alejando de nosotros y además a gran velocidad. Aun cuando Slipher no fue consciente del verdadero alcance de sus resultados, éstos sugerían claramente que tales nebulosas espirales eran sistemas externos a la Vía Láctea.
EINSTEIN VERSUS NEWTON.—La nueva teoría de Einstein
no invalidó absolutamente la teoría de Newton. En realidad, cuando se introducen velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz y fuerzas de gravitación no muy grandes en las ecuaciones de Einstein, éstas se convierten en las mismas de la física clásica. Para objetos relativamente lentos, como pueden ser todos los que se encuentran a nuestro alcance inmediato, incluso hasta los más rápidos como pueden ser las naves espaciales, cuya velocidad máxima llega a ser 10.000 veces menor que la velocidad de la luz, las teorías de la física de Newton son perfectamente válidas. Por el contrario, al hablar de objetos muy masivos o que se mueven a velocidades próximas a la de la luz, la teoría de Newton ya no es válida y deja de proporcionar predicciones exactas.
La curvatura del espacio propuesta en la Relatividad General da otra interpretación al efecto newtoniano de la acción a distancia de las fuerzas que emanan de los cuerpos materiales con la que el propio Newton no estaba muy satisfecho. Según la dinámica newtoniana, si en el Sistema Solar hiciéramos desaparecer al Sol de su posición se desvanecería su efecto gravitatorio de forma
instantánea. La Relatividad postula que esa variación
no puede tener lugar a velocidad mayor que la velocidad de la luz.
En la historia ha habido grandes astrónomos caracterizados por ser, sobre todo, recopiladores de observaciones, como Hiparco o Tycho Brahe. A estos se unirían aquellos cuya principal aportación es de índole teórica. No obstante, en los últimos siglos, los científicos habían comprendido la necesidad de
combinar teoría y observación para obtener resultados autoconsistentes. Einstein pertenece a esta última categoría, y no sólo propone teorías científicas revolucionarias, que tendrían implicaciones espectaculares en el desarrollo de la astronomía y otras ramas de la física, sino que también enseña
cómo corroborar mediante las observaciones sus propuestas teóricas, aceptando cualquier aportación de tipo experimental. Su altura científica es tan superior que no puede ser comparada con la de la mayoría de sus precedentes, quizá con la única excepción de Newton. Sus dos teorías, la Relatividad Especial y la Relatividad General, transformaron los conceptos de espacio y tiempo, revolucionaron la forma de concebir las leyes de la Naturaleza.
Bueno, pues ahí queda eso. Ahora ya sabemos -más o menos- de qué estamos hablando cuando hablamos de la Relatividad.