La Teoría de la Relatividad en siete preguntas y repuestas

Albert Einstein presentó hace ahora cien años su Teoría de la Relatividad General, con la que reformuló las bases de la física. Una teoría no fácilmente comprensible en todos sus detalles, pero de la que la doctora en física cuántica Sonia Fernández-Vidal da algunas de sus claves.

¿Qué supuso la formulación de la Teoría de la Relatividad en su momento?

Según la física clásica, el Universo era como un reloj gigante, tiempo y espacio eran iguales en todas partes y absolutos. Con la Teoría de la Relatividad el espacio y el tiempo dejan de ser absolutos y dependen de la velocidad a la que nos movamos.

¿Por qué hay dos teorías de la relatividad, una Especial y otra General?

En 1905 Albert Einstein sentó las bases de la Teoría de la Relatividad Especial, con la que estableció el límite de velocidad cósmica: la velocidad de la luz en el vacío, que es siempre constante. Unos años más tarde, extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la gravedad, nacía así la Relatividad General.

¿Por qué se dice que la Teoría de la Relatividad reemplaza a la de la Gravitación Universal de Newton?

Pese a que las leyes de Newton supusieron una extraordinaria evolución tecnológica -nos bastaron sus ecuaciones para que la Humanidad enviase al primer hombre a la Luna-, durante trescientos años ningún científico llegó a entender cómo funcionaba la gravedad, ni siquiera el padre de esta gran teoría.

Fue a principios del siglo XX cuando un empleado de segunda de una oficina de patentes suiza, con sólo 26 años, abrió la caja de Pandora. Con sus artículos de investigación, Einstein postuló que la velocidad de la luz es un límite cósmico que nada ni nadie puede superar. Esta afirmación abría una brecha de discordancia con el gran Isaac Newton.

¿En qué sentido la afirmación de Einstein provocaba este choque de titanes?

Según la Teoría de la Gravitación de Newton, la gravedad es una fuerza que afecta a los objetos de modo instantáneo, con lo que se saltaba el límite de velocidad que Einstein acababa de imponer.

Respecto a este problema, Einstein se planteó lo siguiente: ¿que ocurriría si un malvado mago cósmico hiciese desaparecer el Sol? Según la gravitación de Newton, los planetas del Sistema Solar saldrían disparados de su órbita instantáneamente.

Sin embargo, Einstein sabía que la luz del Sol tarda ocho minutos en recorrer los 150 millones de kilómetros que lo separan de la Tierra. Eso significa que seguiríamos viendo el Sol en su sitio durante esos minutos. Pero entonces, ¿cómo íbamos a salirnos de órbita antes de quedar a oscuras?, se preguntaba el joven científico.

Al responderse esta cuestión, Albert Einstein construyó un modelo en el que la gravedad no sólo no sería instantánea, sino que viajaría exactamente a la velocidad de la luz. Acababa de nacer la Teoría de la Relatividad General. Con esta teoría, Einstein realizaría otro laborioso trabajo de unificación: el espacio y el tiempo.

¿Qué es eso de que el espacio y el tiempo se curvan?

En su modelo de Relatividad General, Einstein crea un tejido espacio-temporal cuya curvatura es lo que atrae los planetas hacia el Sol. Podemos visualizarlo como un colchón blando. Si tenemos una pareja corpulenta, deformará el colchón de tal modo que nos pasaremos la noche entera haciendo fuerza para evitar caer hacia él o ella. Del mismo modo se altera el tejido del espacio y el tiempo. En el colchón cósmico, el Sol deforma el espacio de modo que atrae a su alrededor los diferentes planetas.

Así pues, la pregunta de Einstein que planteábamos antes quedaba resuelta: si un mago hiciese desaparecer el Sol no percibiríamos el efecto hasta que las ondas gravitatorias, que viajan a la velocidad de la luz, llegasen a la Tierra, lo que ocurriría en 8 minutos.

¿Cómo es posible que el tiempo sea relativo, es decir, que no transcurra de la misma manera en todas las partes del Universo?

La velocidad de la luz es una especie de límite cósmico, y nada en el universo puede superarla. ¡Está prohibido!

Esto nos lleva a uno de los efectos de la famosa Teoría de la Relatividad de Einstein: cuando te acercas a la velocidad de la luz, el tiempo se estira y las cosas se encogen. El tiempo va más lento o más deprisa según la velocidad a la que vas. Cuanto más rápido te mueves, más despacio pasa el tiempo. Un reloj en movimiento va más lento que uno parado.

Pero no hace falta hacer viajes interestelares para sufrir los efectos de la relatividad: Si viajamos de París a Nueva York en avión, al bajarnos seremos una quincemillonésima de segundo más jóvenes que los amigos que dejamos atrás.

¿Qué tienen que ver los agujeros negros con la Teoría de la Relatividad?

Como hemos visto, el Sol hunde el tejido espacio-temporal. Si en vez del sol ponemos algo más grande, se hundirá todavía más.

Ahora imagínate que ponemos algo tan tremendamente denso que conseguimos que este tejido del espacio-tiempo se hunda mucho. Hasta que se crea un agujero, un agujero negro. Como en un desagüe, todo caería dentro de él, como en una cascada

Albert Einstein presentó hace ahora cien años su Teoría de la Relatividad General, con la que reformuló las bases de la física. Una teoría no fácilmente comprensible en todos sus detalles, pero de la que la doctora en física cuántica Sonia Fernández-Vidal da algunas de sus claves.

¿Qué supuso la formulación de la Teoría de la Relatividad en su momento?

Según la física clásica, el Universo era como un reloj gigante, tiempo y espacio eran iguales en todas partes y absolutos. Con la Teoría de la Relatividad el espacio y el tiempo dejan de ser absolutos y dependen de la velocidad a la que nos movamos.

¿Por qué hay dos teorías de la relatividad, una Especial y otra General?

En 1905 Albert Einstein sentó las bases de la Teoría de la Relatividad Especial, con la que estableció el límite de velocidad cósmica: la velocidad de la luz en el vacío, que es siempre constante. Unos años más tarde, extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la gravedad, nacía así la Relatividad General.

¿Por qué se dice que la Teoría de la Relatividad reemplaza a la de la Gravitación Universal de Newton?

Pese a que las leyes de Newton supusieron una extraordinaria evolución tecnológica -nos bastaron sus ecuaciones para que la Humanidad enviase al primer hombre a la Luna-, durante trescientos años ningún científico llegó a entender cómo funcionaba la gravedad, ni siquiera el padre de esta gran teoría.

Fue a principios del siglo XX cuando un empleado de segunda de una oficina de patentes suiza, con sólo 26 años, abrió la caja de Pandora. Con sus artículos de investigación, Einstein postuló que la velocidad de la luz es un límite cósmico que nada ni nadie puede superar. Esta afirmación abría una brecha de discordancia con el gran Isaac Newton.

¿En qué sentido la afirmación de Einstein provocaba este choque de titanes?

Según la Teoría de la Gravitación de Newton, la gravedad es una fuerza que afecta a los objetos de modo instantáneo, con lo que se saltaba el límite de velocidad que Einstein acababa de imponer.

Respecto a este problema, Einstein se planteó lo siguiente: ¿que ocurriría si un malvado mago cósmico hiciese desaparecer el Sol? Según la gravitación de Newton, los planetas del Sistema Solar saldrían disparados de su órbita instantáneamente.

Sin embargo, Einstein sabía que la luz del Sol tarda ocho minutos en recorrer los 150 millones de kilómetros que lo separan de la Tierra. Eso significa que seguiríamos viendo el Sol en su sitio durante esos minutos. Pero entonces, ¿cómo íbamos a salirnos de órbita antes de quedar a oscuras?, se preguntaba el joven científico.

Al responderse esta cuestión, Albert Einstein construyó un modelo en el que la gravedad no sólo no sería instantánea, sino que viajaría exactamente a la velocidad de la luz. Acababa de nacer la Teoría de la Relatividad General. Con esta teoría, Einstein realizaría otro laborioso trabajo de unificación: el espacio y el tiempo.

¿Qué es eso de que el espacio y el tiempo se curvan?

En su modelo de Relatividad General, Einstein crea un tejido espacio-temporal cuya curvatura es lo que atrae los planetas hacia el Sol. Podemos visualizarlo como un colchón blando. Si tenemos una pareja corpulenta, deformará el colchón de tal modo que nos pasaremos la noche entera haciendo fuerza para evitar caer hacia él o ella. Del mismo modo se altera el tejido del espacio y el tiempo. En el colchón cósmico, el Sol deforma el espacio de modo que atrae a su alrededor los diferentes planetas.

Así pues, la pregunta de Einstein que planteábamos antes quedaba resuelta: si un mago hiciese desaparecer el Sol no percibiríamos el efecto hasta que las ondas gravitatorias, que viajan a la velocidad de la luz, llegasen a la Tierra, lo que ocurriría en 8 minutos.

¿Cómo es posible que el tiempo sea relativo, es decir, que no transcurra de la misma manera en todas las partes del Universo?

La velocidad de la luz es una especie de límite cósmico, y nada en el universo puede superarla. ¡Está prohibido!

Esto nos lleva a uno de los efectos de la famosa Teoría de la Relatividad de Einstein: cuando te acercas a la velocidad de la luz, el tiempo se estira y las cosas se encogen. El tiempo va más lento o más deprisa según la velocidad a la que vas. Cuanto más rápido te mueves, más despacio pasa el tiempo. Un reloj en movimiento va más lento que uno parado.

Pero no hace falta hacer viajes interestelares para sufrir los efectos de la relatividad: Si viajamos de París a Nueva York en avión, al bajarnos seremos una quincemillonésima de segundo más jóvenes que los amigos que dejamos atrás.

¿Qué tienen que ver los agujeros negros con la Teoría de la Relatividad?

Como hemos visto, el Sol hunde el tejido espacio-temporal. Si en vez del sol ponemos algo más grande, se hundirá todavía más.

Ahora imagínate que ponemos algo tan tremendamente denso que conseguimos que este tejido del espacio-tiempo se hunda mucho. Hasta que se crea un agujero, un agujero negro. Como en un desagüe, todo caería dentro de él, como en una cascada