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Cultura

La teoría de la relatividad para dummies

El 25 de noviembre de 1915, el científico alemán presentó la teoría de la relatividad ante la Academia Prusiana de las Ciencias, por eso recordamos hoy de qué se trata.

Redacción Canal Trece
28 Nov 2019 6:47:47 AM

Foto: Pixabay. 

Hablemos de física. En 1905, Albert Einstein publicó el que se considera uno de los avances científicos más importantes de la historia: la teoría de la relatividad especial, un estudio con el que alteró la manera en que concebíamos, hasta entonces, espacio, energía y tiempo, porque evidenció que lo que siempre habíamos apreciado como una constante, era en realidad una variable: tiempo y espacio, y que ambos dependían de la velocidad.

Sin embargo, esa fue tan solo la primera parte de su estudio, pues en 1915, presentó su continuidad: la teoría de la relatividad general, la cual pretendía aunar la dinámica newtoniana con aspectos de la primera investigación. Por eso las dos teorías son consideradas unas sola y han logrado explicar fenómenos que a simple vista podrían considerarse salidos de los cabellos y que son reales, como el hecho de que el envejecimiento de los astronautas es más lento comparado con el envejecimiento de los que vivimos en el planeta tierra.

Cabe resaltar que, aunque estas teorías están sustentadas en álgebra, Einstein pensaba de una manera visual, por lo que las matemáticas solo fueron el respaldo a los experimentos que se planteaba en su cabeza. Así que en vez de explicarte con difíciles cálculos por qué el tiempo y el espacio dependen de la velocidad, te dejamos los ejemplos que lo llevaron a formular la ecuación más revolucionaria de la física moderna:

¿Cómo sería correr junto a un rayo de luz?

En algún momento, después de sus clases, Einstein se había preguntado cómo sería correr tras un rayo de luz (“una serie de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se mueven a 299.792 metros por segundo”), es decir, ¿podría ver a su lado campos eléctricos y magnéticos oscilantes que en el espacio estarían estáticos? Una bella hipótesis que no tardó mucho en desvirtuar, ya que según él mismo sería imposible porque, primero, violaría las ecuaciones de Maxwell, las cuales dictaban que cualquier onda deberían moverse a la velocidad de la luz y no podrían permanecer estática.

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Y segundo, los campos estáticos no encajaban con los principios de la relatividad, los cuales, desde Galileo y Newton, proponía que las leyes de la física no dependían de la velocidad de los movimientos, ya que solo se podía medir la velocidad de un objeto con relación a otro.

Así que, con solo plantearse la pregunta se dio cuenta que había una contradicción completa en las explicaciones posibles: pues si la relatividad decía que cualquier cosa que corriera junto a un rayo de luz podía verse, también sería algo que se pusiera hacer en un laboratorio. Por eso, cuando se convirtió en examinador de patentes en Berna, y tras 10 años de estudios, logró resolver la incógnita.

Apéndice a la teoría unificada de 1930 de Einstein.
Foto: Universidad Hebrea de Jerusalem.

¿Y si se dispara un rayo de luz en la vía de un tren en movimiento?

Hasta ese momento ya Einstein había puesto a prueba todo lo que se le había ocurrido, y nada funcionaba. “Las ecuaciones de Maxwell funcionaban para todo”, pensaba, no obstante, tal vez, la velocidad de la luz siempre había sido constante. ¿Por qué? Porque, según su propuesta, cuando ves un rayo de luz no importa su procedencia ni la rapidez con que se mueva, siempre se medirá su velocidad a 299.792 metros por segundo.

Así que explicó el problema con otro ejemplo: “Imagina disparar un rayo de luz a lo largo de una vía férrea mientras un tren circula en la misma dirección a unos 3.200 metros por segundo”. La persona que esté junto a las vías, medirá la velocidad con el número estándar. “Si la velocidad de la luz no fuera constante, las ecuaciones de Maxwell tendrían que funcionar de forma diferente dentro del vagón de tren y se habría violado el principio de relatividad”, concluyó. Y trabajó en su resolución durante un año, hasta que un día mientras debatía sus puntos con su mejor amigo, Michele Besso, encontró la manera de explicarlo. 

Albert Einstein junto a Michele Besso.
Foto: Universidad Hebrea de Jerusalem.

¿Un rayo de luz puede alcanzar a un tren en movimiento?

La explicación de Einstein consistía en que “los observadores en movimiento relativo experimentan el tiempo de forma diferente: es perfectamente posible que dos acontecimientos tengan lugar de forma simultánea desde la perspectiva de un observador, y que ocurran en momentos diferentes desde la perspectiva del otro. Y ambos observadores estarían en lo cierto”, escribe la revista National Geographic.

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Y para hacerlo más fácil, pondría sobre la mesa otro experimento:

“Imagina que de nuevo tienes un observador que está junto a las vías mientras pasa el tren. Pero en este momento, un rayo alcanza el primer y último vagón justo cuando pasa frente a él el vagón central del tren. Debido a que ambos impactos ocurren a la misma distancia del observador, su luz llega al ojo al mismo tiempo. Así que este observador puede afirmar sin equivocarse que ambos han sucedido de manera simultánea

Mientras tanto, el otro observador está sentado en el punto medio exacto de este tren. Desde su perspectiva, la luz de ambos impactos también tiene que viajar la misma distancia, y del mismo modo medirá la velocidad de la luz como igual en ambas direcciones. Debido al movimiento del tren, la luz que procede del rayo en el vagón de cola tiene que viajar más distancia hasta el observador, alcanzándolo unos instantes más tarde respecto a la luz procedente del primer vagón. Debido a que los pulsos de luz han llegado en momentos diferentes, dicho observador solo puede concluir que los impactos no han sido simultáneos y que el impacto frontal sucedió primero”.

Lo que quiere decir que lo que es relativo es la simultaneidad.

¿Incluimos masa y energía?

Contra todo pronóstico las cosas no pararon ahí porque el tema de la relatividad se volcó, prácticamente, en una obsesión para Einstein:

“Imagina un objeto en reposo. Ahora imagina que espontáneamente emite dos pulsos de luz idénticos en direcciones opuestas. Este objeto permanecerá quieto, pero debido a que cada pulso transporta cierta cantidad de energía, el contenido de energía del propio objeto disminuirá. Ahora bien, ¿cómo vería este proceso un observador en movimiento? Desde su perspectiva, el objeto simplemente seguiría moviéndose en línea recta mientras los dos pulsos echan a volar. Y aunque la velocidad de los pulsos sería la misma (la velocidad de la luz), sus energías serían diferentes: el pulso que se mueve hacia delante, en la dirección del movimiento, tendría una energía mayor que el que se mueve hacia detrás”.

Y para darle coherencia a sus pensamientos, demostró que cuando el objeto emite luz no solo pierde energía, sino también masa, y escribió la ecuación que relacionaba los dos conceptos, donde la velocidad de la luz se abrevia con la letra c: E = mc2.

Carta de Einstein a su hijo Hans Albert, en 1935.
Foto: Universidad Hebrea de Jerusalem.

"Ella también"

Para cerrar este tema, dejamos un fragmento de una columna de opinión que publicó Rosa Montero en el periódico El País, donde la autora argumenta, basada en distintas investigaciones, que Einstein obligó a firmar a su primera esposa, la también física y matemática, Mileva Marić, un contrato humillante. Quemó sus cartas y jamás mencionó la aportación que hizo a su trabajo:

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"Y entonces comenzó, insidiosamente, la desgracia. En 1901, Mileva fue a Serbia a dar a luz secretamente a una niña de la que no volvió a saberse nada: quizá acabara en un orfanato. Poco después Einstein consiguió un empleo como perito en la Oficina de Patentes de Berna y, ya con un sueldo, se casaron. Según varios testimonios, mientras Albert trabajaba sus ocho horas al día, Mileva escribía postulados que luego debatía con él por las noches. Además cuidaba de la casa y del primer hijo, Hans Albert. “Seré muy feliz (…) cuando concluyamos victoriosamente nuestro trabajo sobre el movimiento relativo” (carta de Einstein a Mileva). En 1905 aparecieron en los Anales de la Física los tres cruciales artículos de Einstein firmados solo por él, aunque hay un testimonio escrito del director de los Anales, el físico Joffe, diciendo que vio los textos con la firma de Einstein-Marić.

Y la desgracia engordó. Tuvieron un segundo hijo, aquejado de esquizofrenia; Einstein se hizo famoso, se enamoró de su prima, quiso dejar a Mileva y ella se aferró enfermizamente a él. Comenzó entonces (hasta la separación en 1914) un maltrato psicológico atroz; hay un contrato que Einstein obligó a firmar a su mujer, un texto humillante de esclavitud. Pero siendo ese contrato aberrante, aún me parece peor lo que el Nobel hizo con el legado de Mileva: quemó sus cartas, no mencionó jamás su aportación, solo la citó en una línea de su autobiografía. Los agentes de Einstein intentaron borrar todo rastro de Marić; se apropiaron sin permiso de cartas de la familia y las hicieron desaparecer. También desapareció la tesis doctoral que Mileva presentó en 1901 en la Politécnica y que, según testimonios, consistía en el desarrollo de la teoría de la relatividad. No estoy diciendo que Einstein no fuera un gran científico: digo que ella también lo era. Pero él se empeñó en borrarla, y lo consiguió hasta 1986, cuando, tras la muerte de su hijo Hans Albert, se encontró una caja llena de cartas que tuvieron grandes repercusiones científicas. Pese a ello, Mileva sigue aplastada bajo el rutilante mito de Einstein. Así de mezquinas y de trágicas son las consecuencias del sexismo".

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