Elementos principales de la Teoría General de la Relatividad
La Teoría General de la Relatividad fue publicada en 1915 , y es el complemento de la primera teoría que Albert Einstein publicó al respecto, completando sus anteriores postulados “en una teoría de la materia, el movimiento, el tiempo y la gravedad válida para todos los observadores del cosmos.”
Principio de Equivalencia.
Básicamente, esta idea muestra la equivalencia que existe entre la gravedad y el movimiento.
Por ejemplo, en un movimiento de caída libre, mientras caemos, sentimos una sensación de ingravidez, que se puede comprobar si pudiéramos pesarnos, ya que la báscula marcaría 0. Esto se parece a un astronauta en el espacio exterior, ya que ellos tampoco sienten una fuerza que actué sobre ellos.
Otra forma de verlo, es imaginando dos casos de una persona en un elevador, uno de ellos estará dentro del elevador en la superficie de la Tierra y el otro dentro de un cohete que sube en el espacio exterior. Para ambos casos, no sería posible distinguir un escenario en el que no estaríamos en reposo.
Por lo tanto, se puede ver que las leyes de la física en el espacio vacío y en un movimiento de caída libre sin fuerza son las mismas, es decir, equivalentes.
Este principio en la clave para entender qué es la gravedad, que con esto, deja de verse como una fuerza que “empuja las cosas hacia abajo”.
Para tener claro qué es la gravedad, primero debemos analizar la forma del espacio.
Espacio-tiempo curvo.
Anteriormente se pensaba que el espacio y el tiempo eran cosas separadas, sin embargo, son una misma cosa denominada espacio-tiempo, en la que existen todas las cosas del cosmos.
Dentro del tejido del espacio-tiempo, podemos imaginar líneas rectas llamadas geodésicas, que técnicamente son el camino más corto (o más largo) entre dos puntos.
En el espacio tiempo existen cuerpos con masa y energía, y estos elementos deforman el espacio-tiempo, como por ejemplo, cuando si en una manta estirada dejaras caer una pelota.
Los objetos como la Tierra, no se mueven en órbitas curvas a causa de una “fuerza” llamada gravedad, sino porque se aceleran o desaceleran a través de las trayectorias de las geodésicas.
De acuerdo al principio de equivalencia, el movimiento acelerado y la gravedad son iguales, y el movimiento acelerado produce una curvatura del espacio-tiempo, la gravedad es realidad la consecuencia de dicha curvatura.
La aceleración de la gravedad es debida a que el espacio está curvado por la presencia de estos cuerpos con masa y energía, como la Tierra; no es una fuerza que tira hacia abajo: la Tierra curva el espacio y el espacio curvo hace que nos aceleremos, y el movimiento natural de cualquier cuerpo en un espacio curvado es el de acelerarse. Esto lo podemos visualizar en el mismo ejemplo de la manta estirada, donde si echamos a rodar unas canicas sobre la manta curvada por la pelota, estas canicas comenzarán a girar en torno a la pelota, en un movimiento de órbitas curvas.
Si asociamos esto al movimiento en caída libre y al estado de ingravidez que se siente mientras se está cayendo, lo podemos interpretar ahora como que te aceleras porque el espacio-tiempo está curvo, y cuando al contrario nos encontramos sobre la superficie de la Tierra, sentimos un peso, que es una fuerza de inercia (propiedad de los cuerpos para mantener su estado de movimiento o reposo) ante el movimiento natural de aceleración debido al espacio curvo.
En resumen, la Tierra nos está frenando todo el tiempo ante el movimiento natural de caída libre en consecuencia a la curvatura del espacio, y el peso es sólo una fuerza de inercia. Si imaginamos a un astronauta en el espacio exterior, lo veremos flotando y lo común es pensar es porque no hay gravedad, pero como ahora sabemos que no es una fuerza, esto se relaciona con el mismo principio de equivalencia que hemos visto: el astronauta está en un estado de caída libre y al caer no sienten su propio peso y está en un estado de ingravidez: no sienten su peso, no sienten la gravedad porque están cayendo, lo que es un movimiento natural ya que se encuentran en el espacio exterior, que es curvo.
Tiempo relativo.
Otra predicción de la relatividad general es que el tiempo debería parecer más lento mientras se aproxima a cuerpos con gran masa, y es afectado por la gravedad.
Supongamos que existe una nave espacial que es tan larga que la luz tarda en recorrerla un segundo, y que se acelera hacia arriba. Se envía una señal luminosa a la primera pulsación del reloj que deberá recorrer menos distancia y llegará al suelo en menos de un segundo. Si el cohete se estuviera moviendo a velocidad constante, la segunda señal luminosa tardaría exactamente el mismo tiempo en llegar que la primera, pero como se está acelerando, la nave se mueve más rápido cuando se envía la segunda señal, de forma que recorre menos espacio que la primera, por lo que tardará menos en llegar al suelo. El observador que está en el suelo, medirá un intervalo de menos de un segundo entre las señales, mientras que el del techo asegurará que las envió con un segundo de diferencia de acuerdo a su reloj.
Esta explicación también se aplicaría de acuerdo al principio de equivalencia si la nave estuviera quieta en la Tierra. Si el observador del techo envía las señales cada segundo, el observador del suelo recibiría las señales a intervalos más cortos de acuerdo a su reloj.
De este modo, la relatividad general nos dice que el tiempo transcurre de forma diferente para observadores en campos gravitatorios diferentes. De acuerdo a la teoría, el observador del suelo mide un intervalo de tiempo más corto porque el tiempo transcurre más lentamente cerca de la superficie de la Tierra, donde la gravedad es más intensa. Cuanto más intenso es el campo gravitatorio, más grande es este efecto sobre el tiempo.
Fuentes
- “Brevísima historia del tiempo”, de Stephen Hawking y Leonard Mlodinow.
- HOY SÍ que vas a entender la Relatividad General, del canal de YouTube Date un Vlog. (Buenísmo).
