Por: Alfonso Padilla Vivanco
El brillante científico americano premio Nobel de Física, Richard Feynman, alguna vez expreso: “todavía no puedo entender cómo pensó en ello.» Feymann se refería a la teoría de la relatividad general propuesta y desarrollada por Albert Einstein. Antes de él, los físicos consideraban la gravedad como una fuerza de atracción entre dos objetos, como la mayoría de los seres humanos aún hoy la consideran. Sin embargo, Einstein demostró, en cambio, que la gravedad se entiende mejor como la idea de que los objetos masivos, por ejemplo las estrellas, crean deformaciones en una entidad omnicomprensiva conocida como espacio-tiempo, de forma muy similar a como un bola de boliche muy pesada oprime la superficie de un trampolín. Si después de ello, uno hace rodar una pequeña canica cerca a esta bola de boliche, la canica entrará en espiral, y no porque la bola la atraiga, sino simplemente porque la canica quedará atrapada en la depresión, que se forma entre el material del trampolín y la bola de boliche. Puede parecer extraño, pero esta visión del concepto de gravedad de Einstein, describe mejor, respecto de la versión de Newton, los movimientos de los planetas, las estrellas y las galaxias.
La teoría de la relatividad general de Einstein postula que el espacio tiempo es curvo y que la gravedad es una demostración de esta curvatura. Cuanto más te acercas a la masa de un cuerpo, mayor es la curvatura que éste genera en el espacio-tiempo que lo rodea. Un planeta seguirá una trayectoria curva en el espacio tiempo de su estrella, siguiendo una línea geodésica, que se define como la distancia más corta entre dos puntos. En el caso del espacio plano esta distancia más corta es, por supuesto, una línea recta, pero en el espacio curvo es una curva geodésica. La forma más sencilla de visualizarlo es usar una analogía. Supongamos que el Sol es una esfera del tamaño de una pelota de baloncesto y que ésta es colocada sobre una tela estirada. La tela se deformará alrededor de la zona dónde se ha colocado la pelota. Si soltamos una canica sobre la tela cerca de la pelota, la canica tomará un camino similar a la órbita de un planeta.
En el año 1915, Einstein dedujo la fórmula matemática que relaciona la geometría del espacio-tiempo con la distribución de masa y energía. Esta fórmula se conoce como Ecuación de Einstein y es el núcleo de la teoría general de la relatividad. Einstein, no encontró una solución exacta a su propia ecuación; su propuesta de solución solo fue aproximada. Sin embargo, más tarde, una solución exacta fue encontrada por Karl Schwarzschild, un astrónomo con excelentes conocimientos matemáticos. Schwarzschild quedó muy intrigado con la teoría de la relatividad general de Einstein, cuando la vio por primera vez y pronto buscó una solución a las ecuaciones, las cuales encontró y las envió a Einstein. El mismo Albert se sorprendió de que se encontrará tan pronto una solución exacta.
En el año 1916, la teoría de la relatividad general fue publicada, en la revista científica alemana, Annalen der Physik, el artículo lleva como título: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie (Los fundamentos de la teoría general de la relatividad). Este fue uno de los artículos más extensos (54 páginas), que jamás se habían publicado en revistas científicas. El artículo realiza una revisión de las limitaciones de la relatividad especial y de la teoría de la gravedad de Newton. También sugiere la necesidad de una nueva teoría. Este trabajo contiene una sección sobre las matemáticas de los tensores. Se describen las propiedades de los tensores y se introducen los conocidos, hoy día, como tensores de curvatura de Riemann y de Ricci. Einstein presentó sus ecuaciones para el campo gravitacional, considerando primero el caso fuera sin materia y luego introduciendo el caso más general que incluía a la materia. El artículo muestra cómo las ecuaciones del campo gravitacional afectan a las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo. El trabajo reportado en este artículo demuestra que la teoría de Einstein, genera la teoría de Newton en una primera aproximación. También, demostró que un reloj funciona más lento, si éste se encuentra en un campo gravitacional, asimismo derivó la nueva expresión para la órbita de Mercurio, demostrando con ello, que esta órbita coincide exactamente con la observación.
Apreciable lector, te invito a ver dos videos sobre la teoría de la relatividad general de Einstein:
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
