Sabia Virtud de Conocer el Tiempo...

Pues sí, hay dos Teorías de la Relatividad. La primera Teoría de la Relatividad, del año de 1905, se denomina "Especial" ya que solo se aplica en el caso particular en el que la curvatura del espacio-tiempo producida por acción de la gravedad se puede ignorar, es decir, en ésta Teoría no se tiene en cuenta la gravedad como variable. Con el fin de incluir la gravedad, Einstein formuló la ’Teoría de la Relatividad General’ y la presentó el 25 de Noviembre de 1915. La Relatividad General es capaz de manejar sistemas de referencia acelerados, algo que no era posible con las teorías anteriores. Y aquí, sí cambió la Física para siempre. Pero veamos ambas teorías donde la segunda es consecuencia de la primera.

Aunque la Teoría de la Relatividad Especial cambió las relaciones entre las coordenadas de un par cualquiera de sistemas de referencia inerciales. Dichas relaciones implican fenómenos que chocan con el sentido común, como son la contracción espacial, la dilatación del tiempo, un límite universal a la velocidad, la equivalencia entre masa y energía o la relatividad de la simultaneidad entre otros, siendo la fórmula E=MC² o la paradoja de los gemelos, dos de los ejemplos más conocidos. Asimismo, la Relatividad Especial también tuvo un impacto en la filosofía, eliminando toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absolutos en el conjunto del Universo, tal como los había concebido Newton en la Física Clásica.

En tanto que la Teoría General de la Relatividad o Relatividad General es una teoría del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales. El nombre de la Teoría se debe a que generaliza la llamada ’teoría especial’ de la relatividad y el principio de relatividad para un observador arbitrario. Los principios fundamentales introducidos en ésta generalización son el principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado. La Teoría de la Relatividad General propone que la propia geometría del espacio-tiempo se ve afectada por la presencia de materia, de lo cual resulta una teoría relativista del campo gravitatorio. De hecho, la Teoría de la Relatividad General predice que el espacio-tiempo no será plano en presencia de materia y que la curvatura del espacio-tiempo será percibida como un campo gravitatorio. Einstein postuló que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La Teoría General de la Relatividad permitió también reformular el campo de la Cosmología. Einstein expresó el propósito de la ’Teoría de la Relatividad General’ para aplicar plenamente el programa de Ernst Mach de la relativización de todos los efectos de inercia, incluso añadiendo la llamada _"constante cosmológica"_ a sus ecuaciones de campo para éste propósito. Éste punto de contacto real de la influencia de Ernst Mach fue claramente identificado en el año de 1918, cuando Einstein distingue lo que él bautizó como "el principio de Mach" (los efectos inerciales se derivan de la interacción de los cuerpos) del principio de la Relatividad General, que se interpreta ahora como el _principio de covariancia general._ Aunque el matemático, también alemán, David Hilbert, escribió e hizo públicas las ecuaciones de la covariancia antes que Einstein (y por lo mismo ejecutó acusaciones de plagio contra Einstein), probablemente porque matemáticamente sea más una teoría (o perspectiva) geométrica. Y es que postula que la presencia de masa o energía _«curva»_ el espacio-tiempo, y ésta curvatura afecta la trayectoria de los cuerpos móviles e incluso la trayectoria de la luz...

¡Y zaz! Ésto hizo de Einstein un semidiós, un mesías, un elegido, un superhombre... No hay adjetivos para calificar a la epifanía del físico alemán, que le hizo convertirse, después de Aristóteles y Newton, en el tercer y más luminoso faro de la Física.

Pero las personas, aún las que cuentan con educación superior, suelen creer que las dos Teorías de la Relatividad de Albert Einstein son una misma, y es que aún para quines contamos con educación superior, las Teorías de la Relatividad son casi imposibles de entender, si no se es Físic@. Pero eso no es tan así, porque al no existir una, sino dos Teorías de la Relatividad: la Especial y la General, en una misma, todo nos va llevando de la mano, pues lo que ambas postulan pueden explicarse, que no comprobarse, con ideas sencillas. Así es, aunque usted no lo crea. Lo que sí es muy complejo, muy difícil de entender, son las matemáticas que sustentan a ambas Teorías, y a ello le sumamos su impacto en la Filosofía, pues las dos nos llevan a reflexiones profundas sobre la realidad y la vida.

La Teoría de la Relatividad Especial postula básicamente que la luz viaja sobre el espacio vacío a 300 mil km/seg y que nada es capaz de igualar esa velocidad, menos superarla. Además, el espacio y el tiempo no son absolutos, su percepción es relativa al observador. Ésto es que si una persona viajara a una velocidad cercana a la luz, tendría una percepción del espacio y el tiempo distinta a la de una persona que se encuentra en estado de reposo. Su expresión matemática es E= MC², aunque la forma completa es:

E=√[(mc²)²+(pc)²]

["p" es la "cantidad de movimiento" de un objeto] y se aplica incluso cuando la masa de los cuerpos es "0" [como en el caso de los fotones o partículas de luz].

Pero fue la Teoría de la Relatividad General la que realmente hizo famoso a Albert Einstein. La Especial le convirtió en un Físico de prestigio pero la General lo hizo "el Físico de Físicos, genio de genios, el inimaginable de la humanidad", en ella propone que el tiempo y el espacio son dos aspectos de un mismo tejido. Además, dijo que los grandes volúmenes, como los planetas, curvan el espacio-tiempo y que ésta curvatura es la gravedad, y ésta nos dice cómo debemos movernos. Ello incluye los satélites artificiales, por lo que gracias a la Relatividad General, tenemos WhatsApp, Facebook, Instagram, Telegram, YouTube... Internet en una palabra.

La expresión matemática de sus ideas sobre la Relatividad General, las ecuaciones de campo, Einstein las presentó a la Academia Prusiana de Ciencias, con la idea general de que las soluciones a éstas ecuaciones indican cómo el espacio-tiempo y la masa-energía se influyen el uno a la otra y viceversa. Por ejemplo, cómo afecta al espacio-tiempo la presencia de una masa como la del Sol, y cómo éste espacio-tiempo afecta al movimiento de una masa menor en las proximidades del Sol, como la de un planeta; o qué le pasa al espacio-tiempo cuando una estrella masiva colapsa sobre sí misma hasta crear un punto de densidad infinita. En las ecuaciones de campo de Einstein, la gravedad se da en términos de un tensor métrico, una cantidad que describe las propiedades geométricas del espacio-tiempo tetradimensional y a partir de la cual se puede calcular la curvatura. En la misma ecuación, la materia es descrita por su tensor de tensión-energía, una cantidad que contiene la densidad y la presión de la materia. Estos tensores son tensores simétricos de 4 X 4, de modo que tienen diez componentes independientes. Dada la libertad de elección de las cuatro coordenadas del espacio-tiempo, las ecuaciones ya independientes se reducen a seis. La fuerza de acoplamiento entre la materia y la gravedad es determinada por la constante gravitatoria universal. En síntesis son, después de todo, una igualdad tensorial en la que se relacionan un conjunto de tensores 4 x 4 (simétricos, pero en ésto no vamos a entrar ahora), para un espacio-tiempo de 4 dimensiones:

Gμν=[Rμν - ½Rgμν]=[8πG/c⁴] Tμν

Donde Rμν es el tensor de curvatura de Ricci, R es la curvatura escalar (simplificando, la curvatura entendida en el sentido que hablábamos más arriba, un número asociado a un punto del espacio), gμν es el tensor métrico (una generalización del campo gravitatorio y principal objeto de interés), G es la constante gravitacional de Newton, c la velocidad de la luz en el vacío y Tμν el tensor de energía-impulso. Los índices en los tensores son etiquetas, es una forma de llamarlos. En este caso se emplea la notación abstracta de Penrose (otro brillante Físico del siglo XX). Se puede usar cualquier símbolo conveniente para los índices de los tensores. Tradicionalmente, las letras latinas se usan para indicar que se están usando coordenadas espaciales (x, y, z), mientras que las griegas se emplean para indicar coordenadas espacio-temporales (x, y, z, t).

Y dicho ésto último, supuestamente estamos clar@s en qué es la Relatividad (Especial y General), y podemos entrar a lo que le sigue: la Física Moderna y el "Tiempo", con la sabía virtud de conocerlo...