¿Qué es la relatividad?

Albert Einstein fue famoso por muchas cosas, pero su mayor obra maestra es la teoría de la relatividad. Cambió para siempre nuestra comprensión del espacio y el tiempo.

¿Qué es la relatividad? En pocas palabras, es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todas partes. Nosotros aquí en la Tierra obedecemos las mismas leyes de la luz y la gravedad que alguien en un rincón lejano del universo.

La universalidad de la física significa que la historia es provincial. Diferentes espectadores verán el tiempo y el espaciamiento de los eventos de manera diferente. Lo que para nosotros es un millón de años puede ser sólo un parpadeo para alguien que vuela en un cohete a gran velocidad o que cae en un agujero negro.

Todo es relativo.

La relatividad especial

La teoría de Einstein se divide en relatividad especial y general.

La relatividad especial fue la primera y se basa en que la velocidad de la luz es constante para todos. Esto puede parecer bastante simple, pero tiene consecuencias de gran alcance.

Einstein llegó a esta conclusión en 1905 después de que las pruebas experimentales mostraran que la velocidad de la luz no cambiaba cuando la Tierra giraba alrededor del sol.

Este resultado fue sorprendente para los físicos porque la velocidad de la mayoría de las otras cosas depende de la dirección en la que se mueve el observador. Si conduces tu coche a lo largo de una vía férrea, un tren que viene hacia ti parecerá moverse mucho más rápido que si te das la vuelta y lo sigues en la misma dirección.

Einstein dijo que todos los observadores medirán que la velocidad de la luz es de 186.000 millas por segundo, sin importar la velocidad y la dirección en que se muevan.

Esta máxima llevó al comediante Stephen Wright a preguntar: «Si estás en una nave espacial que viaja a la velocidad de la luz, y enciendes los faros, ¿sucede algo?»

La respuesta es que los faros se encienden normalmente, pero sólo desde la perspectiva de alguien que está dentro de la nave espacial. Para alguien que esté fuera viendo pasar la nave, los faros no parecen encenderse: la luz sale pero viaja a la misma velocidad de la nave espacial.

Estas versiones contradictorias surgen porque las reglas y los relojes -los elementos que marcan el tiempo y el espacio- no son los mismos para diferentes observadores. Si la velocidad de la luz se mantiene constante, como dijo Einstein, entonces el tiempo y el espacio no pueden ser absolutos; deben ser subjetivos.

Por ejemplo, una nave espacial de 30 metros de largo que viaja a un 99,99% de la velocidad de la luz parecerá de 30 centímetros de largo para un observador inmóvil, pero seguirá teniendo su longitud normal para los que están a bordo.

Quizá lo más extraño sea que el tiempo pasa más despacio cuanto más rápido vaya uno. Si una gemela viaja en la nave espacial a toda velocidad hacia alguna estrella lejana y luego regresa, será más joven que su hermana que se quedó en la Tierra.

La masa también depende de la velocidad. Cuanto más rápido se mueve un objeto, más masivo se vuelve. De hecho, ninguna nave espacial puede alcanzar nunca el 100% de la velocidad de la luz porque su masa crecería hasta el infinito.

Esta relación entre masa y velocidad suele expresarse como una relación entre masa y energía: E=mc^2, donde E es la energía, m es la masa y c es la velocidad de la luz.

La relatividad general

Einstein no terminó de trastornar nuestra comprensión del tiempo y el espacio. Pasó a generalizar su teoría incluyendo la aceleración y descubrió que esto distorsionaba la forma del tiempo y el espacio.

Para seguir con el ejemplo anterior: imaginemos que la nave espacial acelera disparando sus propulsores. Los que estén a bordo se pegarán al suelo como si estuvieran en la Tierra. Einstein afirmaba que la fuerza que llamamos gravedad es indistinguible de estar en una nave acelerando.

Esto por sí mismo no era tan revolucionario, pero cuando Einstein resolvió las complejas matemáticas (le llevó 10 años), descubrió que el espacio y el tiempo se curvan cerca de un objeto masivo, y esta curvatura es lo que experimentamos como la fuerza de la gravedad.

Es difícil imaginar la geometría curvada de la relatividad general, pero si uno piensa en el espacio-tiempo como una especie de tejido, entonces un objeto masivo estira el tejido circundante de tal manera que cualquier cosa que pase cerca ya no sigue una línea recta.

Las ecuaciones de la relatividad general predicen una serie de fenómenos, muchos de los cuales han sido confirmados:

• la curvatura de la luz alrededor de los objetos masivos (lente gravitatoria)
• una evolución lenta en la órbita del planeta Mercurio (precesión del perihelio)
• el arrastre del marco del espacio-tiempo alrededor de los cuerpos en rotación
• el debilitamiento de la luz que escapa a la atracción de la gravedad (corrimiento al rojo gravitatorio)
• las ondas gravitatorias (ondulaciones en el tejido espacio-tiempo) causadas por aplastamientos cósmicos
• la existencia de agujeros negros que atrapan todo, incluida la luz

La deformación del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro es más intensa que en cualquier otro lugar. Si la gemela espacial cayera en un agujero negro, quedaría estirada como un espagueti.

Por suerte para ella, todo acabaría en unos segundos. Pero su hermana en la Tierra nunca lo vería terminar, viendo a su pobre hermana acercarse cada vez más al agujero negro a lo largo de la edad del universo.