Seis claves para (intentar) comprender la teoría de la relatividad de Einstein

En noviembre de 1915, Albert Einstein presentaba ante la Academia Prusiana de las Ciencias su teoría de la relatividad general, tan famosa como difícil de comprender. A pesar de eso, su trabajo ha cambiado nuestra visión del universo y redefinido conceptos como tiempo, espacio y gravedad. Sin ella no existirían los GPS... ni tampoco giraría la Tierra alrededor del Sol. Estas seis claves intentan aclarar algunos de los puntos más importantes del trabajo del físico alemán.

La velocidad de la luz es absoluta

"No importa lo rápido que viaje la luz, siempre se encuentra con que la oscuridad ha llegado antes y la está esperando" -Terry Pratchett-

Imaginemos que, como en un problema de matemáticas, viajamos en un tren a 100 km/h. Para quien nos observe desde el andén nos moveremos, efectivamente, a 100 km/h. Pero para otra persona otro vagón que se desplace por una vía paralela a 90 km/h, sólo nos moveremos a 10 km/h según su punto de vista.

Esto es así porque no existe un patrón absoluto de reposo: todos nos movemos respecto a algo. Aun mientras estamos sentados leyendo este artículo nos desplazamos sobre la Tierra a más de 100.000 km/h.

Todo cambió cuando, en 1865, el físico británico James Clerk Maxwell teorizó que la velocidad de la luz es siempre la misma para todos los observadores: tanto la persona que espera en el andén, como los dos pasajeros observan la luz a la misma velocidad, independientemente de lo rápido que se muevan. ¿Cómo era esto posible?

El tiempo es relativo

"Si conocieras al Tiempo tan bien como yo -le dijo el Sombrerero- no hablarías de malgastarlo" -'Alicia en el país de las maravillas'-

El debate continuó hasta que en 1905, un desconocido trabajador de una oficina suiza de patentes llamado Albert dio con la clave: el tiempo no es absoluto.

Esto quiere decir, según explica a Teknautas el profesor de Física de la Universidad de Granada Arturo Quirantes, que "la distancia y el tiempo no son absolutos, sino que dependen del observador".

La velocidad expresa la distancia recorrida por un objeto por unidad de tiempo. Si los pasajeros de nuestros trenes imaginarios ven la luz con la misma velocidad pero la distancia recorrida es diferente esto sólo puede significar una cosa: que el tiempo no es el mismo para los tres.

Esta idea tan poco intuitiva da lugar a situaciones en apariencia contradictorias que sirven para comprender un poco mejor la nueva situación del tiempo tras Einstein. Hablamos de la paradoja de los gemelos.

El espacio-tiempo

La teoría de la relatividad especial (nombre que recibe la primera teoría de 1905) obliga también a redefinir los conceptos de espacio y tiempo, que no son independientes sino que se combinan en una entidad denominada espacio-tiempo.

Este concepto es difícil de comprender, pero puede visualizarse el tiempo como una especie de cuarta coordenada. Así como es posible definir un punto en el espacio mediante tres coordenadas, el tiempo sería un cuarto punto.

E=mc2

La fórmula más famosa del mundo y consecuencia directa de la teoría de la relatividad. Esta equivalencia entre masa (m) y energía (E) implica que la energía de un objeto que se mueve aumenta su masa, un efecto sólo apreciable a velocidades cercanas a la de la luz (c).

En el interior de esta teoría se encuentra la clave de por qué es imposible que un objeto alcance la velocidad de la luz: su masa se haría infinita y sería necesaria una energía infinita para llegar a esta velocidad. Sólo ondas sin masa como la luz pueden moverse a estas velocidades sin atentar con las leyes de la física.

¿Y qué pasa con la gravedad?

"La gravedad es una costumbre difícil de olvidar" -Terry Pratchett-

La teoría de la relatividad especial publicada por Einstein en 1905 solucionaba el problema de la velocidad de la luz absoluta… pero chocaba de frente con el concepto de gravedad existente.

Pensemos en la fuerza gravitatoria que ejerce el Sol sobre nuestro planeta: si de repente alguien robara nuestra estrella, tardaríamos ocho minutos en darnos cuenta, el tiempo que tarda la luz en llegar hasta la Tierra.

En realidad nunca nos enteraríamos: la Tierra saldría despedida fuera de su órbita inmediatamente. ¿Quiere esto decir que la fuerza de la gravedad tiene una velocidad infinita? ¿Acaso hay algo que pueda superar la velocidad de la luz? Este fue el quebradero de cabeza de Einstein hasta que, en 1915, enunció su teoría general de la relatividad.

La gravedad es una 'ilusión'

Si conceptos como la relatividad del tiempo o la velocidad constante de la luz son poco intuitivos para nuestra mente, la definición de gravedad propuesta por Einstein en 1915 roza el surrealismo.

Según el físico, el espacio-tiempo no es plano, sino que está curvado (deformado) por la masa y energía que contiene. La gravedad sería entonces una consecuencia directa de este fenómeno, y no una fuerza.

Esto quiere decir que, cuando un objeto cae, en realidad "recorre un camino a lo largo del espacio-tiempo curvado de forma similar a una pelota que baja por una cuesta", aclara Quirantes. Sea una ilusión o no, será mejor no intentar volar.