En noviembre de 1915, Albert Einstein vivía uno de los momentos estelares de su carrera como científico, presentando su famosa Teoría de la Relatividad ante la Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín. Cuatro años más tarde, el 29 de mayo de 1919, la ciencia del siglo XX alcanzaba su punto culminante con la confirmación de esta teoría.

Sin embargo, sus artículos iniciales, donde incorporaba los primeros pensamientos relativistas al mundo de la ciencia, datan aún de 1905, publicados cuando el físico tenía tan solo 26 años. Y si pudieses tener una copia de esos textos en tus manos ahora mismo, te sorprenderías por la facilidad de su lectura. El texto es sencillo y las ecuaciones no superan la complicación que pueden suponer unos cuantos problemas de álgebra matemática. 

Esto es debido a que Einstein tenía una forma de pensar muy visual, con un método que consistía en plantear pequeños problemas mentales e irlos solucionando en su mente, plasmando así las ideas de forma más clara. Un ejemplo de este proceso de desarrollo es su famosa paradoja de los gemelos.

En su totalidad, Einstein elaboró dos teorías: la de Relatividad General, ligada al campo gravitatorio y a los sistemas de referencia, y la de Relatividad Especial, más relacionada con la física del movimiento en función del espacio-tiempo. Como conjunto, su trabajo cambió por completo la visión del Universo y de muchos fenómenos y conceptos como son el tiempo, el espacio y la gravedad.

Así, aunque pueda resultar difícil de comprender y asuste un poco enfrentarse a ella, es posible simplificarla en una serie de puntos clave que recogen sus resultados y la hacen accesible a cualquiera que lo desee. Te presentamos, por tanto, los cinco puntos imprescindibles para entender, por fin, la Teoría de la Relatividad.

LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES ABSOLUTA

Uno de los puntos clave de la Teoría de la Relatividad estipula que la luz se propaga siempre a 300.000 km/s independientemente del sistema de referencia desde el cual observemos. ¿Qué significa esto exactamente? Einstein lo ilustra con uno de sus juegos mentales de manera muy sencilla. 

Plantea a una persona a bordo de un tren que se mueve a 100 km/h. Paralelo, se desplaza otro individuo en otro tren en la misma dirección, pero este a 90 km/h. Así, para el observador del segundo tren, el primero se mueve tan solo a 10 km/h, y no a 100 km/h, que sería lo que observaría si, de repente, su tren se parase. Es decir, la velocidad con la que ve el primer tren depende de si su sistema de referencia está parado o en movimiento. Pues bien, con la luz esto no se cumple.

Einstein afirma que, independientemente desde donde mires, estés o no en movimiento, siempre apreciarás la luz moviéndose a la misma velocidad: a 300.000 km/s. Aplicado a su propio juego, tendríamos que tanto la persona del primer tren como el segundo vería la luz desplazándose a la misma velocidad. Así, la Teoría de la Relatividad pone a la luz como un invariable, es decir, una cantidad siempre constante.

Einstein
Princeton University

Fotografía de Einstein

EL TIEMPO ES RELATIVO

Otro de los principales resultados de esta teoría es que el tiempo, al contrario que la velocidad de la luz, no es absoluto y dependerá del movimiento de los observadores. Es decir, puede que dos acontecimientos que parecen simultáneos desde la perspectiva de alguien, no lo sean desde la perspectiva de otra persona. Y lo más curioso de todo esto es que ambos estarían en lo cierto.

Para entenderlo, Einstein recupera el ejemplo mental de los trenes. Esta vez supone a un primer individuo parado junto a las vías cuando pasa un tren. Entonces, justo cuando el vagón central está en frente de él, un rayo alcanza el primer y último vagón. Como él se encuentra a una distancia media de ambos sucesos, su luz llega al ojo al mismo tiempo y puede afirmar, sin equivocarse, que los dos rayos han impactado al mismo tiempo.

Ahora bien, para otra persona sentada en ese mismo vagón central, dentro del tren, las cosas serían muy diferentes, pero igualmente verídicas. Y es que, desde su perspectiva, los rayos también viajarían la misma distancia pero, debido al movimiento relativo del tren, la luz que procede del rayo en la cola alcanzaría más tarde al observador. Por lo tanto, esta persona dirá, sin equivocarse tampoco, que los rayos impactaron en momentos diferentes.

Esta idea es muy poco intuitiva, pues se trata de un razonamiento aparentemente contradictorio, pero no lo es. Otro ejemplo muy útil de esta apreciación relativa del paso del tiempo es la paradoja de los gemelos, algo más complicada, pero igual de curiosa.

EL TIEMPO Y EL ESPACIO NO SON INDEPENDIENTES

Entre otros conceptos, la Teoría de la Relatividad destaca que es importante redefinir los conceptos de espacio y de tiempo, pues no son términos independientes, sino que se combinan en uno solo conocido como espacio-tiempo. Es algo así como si ambos conceptos fuesen compañeros inseparables: lo que le ocurre a uno, le afectará al otro.

Posado de Einstein
Princeton University

Einstein en una de sus clases

Esta afirmación fue, para Einstein, una clara consecuencia de la relatividad del tiempo: si un suceso, como el del rayo que impacta en el tren, ocurre en un tiempo diferente dependiendo de la posición en la que se encuentre cada persona, ambos conceptos deben estar unidos. De esta forma, ninguno de los dos puede tratarse de forma independiente a la otra.

En palabras del propio físico: “Secundo a Minkowski en que, de ahora en adelante, el espacio y el tiempo por separado están destinados a desvanecerse entre las sombras y solo una unión de ambos puede ser parte de la realidad”.

LA MASA ES EQUIVALENTE A LA ENERGÍA

¿Conoces la famosa ecuación E=mc2? Pues es, probablemente, el resultado más popular de la Teoría de la Relatividad. Además, científicamente supuso todo un hito pues, con esa sencilla y elegante ecuación, Einstein consiguió reunir dos conclusiones asombrosas.

En primer lugar, afirma que la energía y la masa están relacionadas y que pueden llegar a ser, prácticamente, equivalentes. Como ejemplo ilustrativo, el físico pide que te imagines un objeto que emite dos pulsos de luz en direcciones opuestas. Como cada pulso transporta una determinada cantidad de energía, la propia energía del objeto disminuye, pues la cede a esos pulsos. Pues bien, Einstein determinó mediante fórmulas algebraicas que, para que esto fuera coherente, el objeto también tendría que perder masa. Es decir, energía y masa estarían directamente relacionadas.

Por otro lado, de forma más profunda, en esa ecuación se encuentra la clave que explica otro resultado de gran importancia: por qué es imposible que un objeto moviéndose alcance la velocidad de la luz. Y es que, según la ecuación, si esto ocurriese, la masa del objeto debería ser infinita, lo cual requeriría, según lo anterior, una energía infinita, algo que es imposible. Por lo tanto, queda estipulado que solamente objetos sin masa o, mejor dicho, ondas con masa cero podrán alcanzar velocidades similares a la de la luz.

LA GRAVEDAD ES, SIMPLEMENTE, UNA DEFORMACIÓN

Si ya toda esta teoría se basa en conceptos poco intuitivos y, casi, surrealistas, la concepción y definición de la gravedad que hace Einstein como punto de cierre de la Teoría de la Relatividad parece sacada de uno de los relatos de Kafka. Y es que, plantea que el espacio-tiempo no es plano, sino que se deforma por los objetos situados en él.

Espacio-Tiempo
ESA / C Carreau

Gráfico representativo de la gravedad como curvatura del espacio-tiempo

Así, imagínate una gran tela sostenida en el aire y estirada en horizontal. Si tiramos una pelota pequeña sobre ella, se hundirá tan solo un poco. Ahora bien, si depositamos algo más lejos una pelota mucho más grande, curvará mucho más la tela, de forma que la pelota más pequeña se moverá hacia ella debido a la inclinación en la tela que ha causado la segunda. Pues bien, eso es lo que, según Einstein, sucede en el Universo. Nosotros o los objetos que manejamos seríamos esas pequeñas pelotas que casi no curvan la tela, mientras que, por ejemplo, la Tierra, sería esa gran bola, que deforma enormemente la tela y nos atrae hacia ella.

Einstein cerró así la Teoría de la Relatividad, con la afirmación de que la gravedad no era una fuerza, si no una consecuencia de la curvatura del plano del espacio-tiempo y dejando sobre la mesa unos de los resultados más importantes de la física de todo el Siglo XX y, probablemente, marcando con ellos la ciencia en el XXI.

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