Revolución relativista

¿Qué fue la revolución relativista?

La revolución relativista o la revolución einsteniana, hace referencia a la Teoría de la relatividad formulada por el científico alemán Albert Einstein en el siglo XX. Esta teoría pretendía resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo. Esta teoría incluye tanto la Teoría de la relatividad  especial y la Teoría de la relatividad general. 

El desarrollo de la Teoría de la relatividad ha sido unas de las hazañas más importantes para el progreso de la física moderna. El aporte de Einstein a la ciencia, sobre todo en la física, lo ha colocado en los científicos más reconocidos de la historia.

La idea de Einstein fue que la gravedad está “íntimamente unida al espacio y tiempo”. Había propuesto que el nexo de unión era la geometría. Einstein decía que, en presencia de una masa, el espacio se “deforma”, de modo que cualquier otra masa nota el espacio deformado.  Por esto se ve obligada a seguir trayectorias diferentes a cuando estaba el espacio sin deformar.

La deformación del espacio significa que, este adquiere una geometría diferente  de la que estamos acostumbrados (conocido como plano o euclidiano). En un espacio no-euclidiano ocurren cosas muy diferentes al común. Por ejemplo, puede ser que la línea más corta entre dos puntos sea una curva y no una recta, como en el espacio plano. También puede que dos paralelas se cortan en un punto o en infinitos puntos.

Teoría de la relatividad especial

La teoría de la relatividad especial, o también llamada teoría de la relatividad restringida, fue la teoría publicada por Albert Einstein en 1905. Esta describe la física del movimiento en el marco de un espacio-tiempo plano. Además describe correctamente el movimiento de los cuerpos incluso a grandes velocidades y sus interacciones electromagnéticas. Se usa principalmente para estudiar sistemas de referencia inerciales.

Esta teoría surge mediante la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales. Si se obtienen todas las consecuencias del principio de relatividad de Galileo. Según Einstein, cualquier experimento realizado, en un sistema de referencia inercial, se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial. 

A esta teoría se le dice “especial” porque sólo se aplica en el caso especial/particular donde la curvatura del espacio-tiempo producida por acción de la gravedad es irrelevante. Es decir, Einstein no tuvo en cuenta a la gravedad como variable en esta teoría. En 1915, formuló la Relatividad general, en donde incluye la gravedad. Esta Relatividad general es capaz de manejar marcos referencia acelerados, cosa que no era posible en teorías anteriores.

La Teoría de la relatividad especial también estableció unas nuevas ecuaciones que facilitan pasar de un sistema inercial a otro. Las ecuaciones propias conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, como son: la contradicción espacial, la dilatación del tiempo. También un límite universal a la velocidad, la equivalencia entre masas y energía, entre otros, siendo la fórmula E=mc² o la “paradoja de los gemelos” dos de los ejemplos más conocidos.

Teoría de la relatividad general

La Teoría general de la relatividad o relatividad general, es la teoría de los estudios del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales. Fue publicada en 1915 y 1916 por Albert Einstein. 

Su nombre es debido a que generaliza la Teoría de la relatividad especial y el Principio de relatividad para poder aplicarse a observadores estáticos, en movimiento uniforme o en movimiento acelerado.

Consecuente de la Relatividad general, el tiempo y el espacio están íntimamente ligados y no pueden separarse, dando lugar al concepto de espacio-tiempo. Este consta de tres dimensiones espaciales que son: largo, alto y ancho, junto con el tiempo.

Con esta teoría de la Relatividad general introducía una alternativa a lo planteado por Isaac Newton en su ley de gravedad. Ya que mostraba que la gravedad era una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo debido a la presencia de la masa.

La Teoría de la relatividad propone que la propia geometría del espacio-tiempo es afectada por la presencia de materia, que resulta una teoría relativista del campo gravitatorio. Más bien, la Teoría de relatividad general expresa que el espacio-tiempo no será plano en presencia de materia. Además asegura  que la curvatura del espacio-tiempo será percibida como un campo gravitatorio.

Agujeros negros en la Teoría de la relatividad general

Tiempo después de que Einstein publicara su Teoría de la relatividad general, el físico alemán Karl Schwarzschild encontró una de las primeras y más grandes soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. Ahora reconocida como la solución de Schwarzschild, este describe la geometría del espacio-tiempo alrededor de las estrellas muy densas, algunas teniendo raras características.

En primer lugar, justo en el centro de los organismos, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, creando la característica llamada “singularidad”. Otra característica muy extraña es una superficie esférica invisible, conocida como el “horizonte de sucesos”, alrededor de la singularidad. Y nada, ni siquiera la luz, puede escapar del horizonte de sucesos. Esto hace que se pueda pensar en la singularidad de Schwarzschild como un agujero en el tejido de espacio-tiempo.

En la década de 1960, Roy Kerr, un matemático neozelandés, descubrió una clase más general de soluciones para las ecuaciones de campo de Einstein. Estos describen objetos densos que están girando, e incluso son más extraños que la solución de Schwarzschild.

En las soluciones de Schwarzschild y Kerr los objetos que describen se conocen como agujeros negros. Pero aunque todavía no se ha visto directamente un agujero negro, hay varias pruebas que confirman su existencia. Comúnmente se detectarán a través de los efectos que tienen en las inmediaciones de cuerpos astrofísicos, por ejemplo las estrellas o el gas.

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