Luego de haber desarrollado la Teoría Especial, a la que me referí en otro trabajo para Comuni-dades, circunscripta a sistemas de velocidad constante, Einstein se indagó sobre la posibilidad de extrapolar la misma a sistemas acelerados.
En 1907 tuvo lo que él mismo llamó la “idea más feliz de mi vida”. En sus propias palabras ella es…”Porque si uno considera a un observador en caída libre, por ejemplo, desde el tejado de una casa, no existe para él, campo gravitatorio durante su caída, al menos en su vecindad inmediata”. Traducido a un lenguaje más accesible ello es equivalente a expresar que un hombre al caer no es conciente de su propio peso.
De la misma manera que Galileo nos advertía que sin puntos de referencia no se podría constatar el movimiento a velocidad constante, Einstein ahora nos informa que no existe forma de apreciar la diferencia entre gravedad y aceleración sin un marco de referencia, lo que en buen romance es el llamado Principio de Equivalencia. Éste establece la semejanza e igualdad entre la Gravedad y la Aceleración. Una nueva perla se agrega al universo einsteniano: ¡El movimiento acelerado tam-bién es relativo!
Lo sorprendente es que el hombre que ya había generado la Relatividad Especial no tenía su-ficientes conocimientos matemáticos para desarrollar su nueva Teoría. Un íntimo amigo ma-temático -Marcel Grossmann- (Ayúdame Marcel o me volveré loco, le escribió a éste) le iba a enseñar el Cálculo Tensorial y la Geometría no euclídea de Riemman- con lo cual saldría ade-lante
En el fondo estaba en busca de una nueva Teoría de la gravedad. Tardaría diez años en en-contrar la solución. En noviembre de 1915 presenta su trabajo “El fundamento de la Teoría Ge-neral de la Relatividad”. Antes de escribir fórmula alguna subraya: “Las leyes de la física tienen que ser de tal naturaleza que se puedan aplicar a sistemas de referencia con cualquier tipo de movimiento”. (Con el cual está adelantando que las leyes deben ser de aplicación también para sistemas acelerados).
Las diez complejísimas ecuaciones einstenianas describían la curvatura del espacio-tiempo en función de la materia existente en el mismo.
Uno de los revolucionarios conceptos que introduce –no muy accesible a la concepción humana- es la curvatura del espacio. Para Einstein la gravedad es la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo en presencia de materia, unidos y soldados el espacio y el tiempo en un único com-ponente.
Consecuencias de la Relatividad General
Al margen de la nueva increíble concepción física del universo que genera la Teoría se pueden dar simples ejemplos que surgen de sus ecuaciones.
1- La desviación de la luz cerca de un cuerpo de gran masa por efecto de la gravedad.
Según la Teoría los cuerpos de grandes masas como el Sol con su enorme concentración de gravedad desvían la luz proveniente de una estrella. (Un hombre de 100 kg en la Tierra pesaría 2800 kg. en éste último).
El concepto era ignorado por la física tradicional. Einstein calculó el desvío del rayo lumínico en 1,75”de arco, que era justo el doble del previsto por la fórmula newtoniana. En mayo de 1919 el astrónomo Real inglés Sir Arthur Eddington comprobó mediante un eclipse lo correcto del con-cepto relativista y el cálculo exacto previsto por Einstein. A partir del experimento el sabio quedó convertido en la figura más famosa del planeta…
2- El perihelio de Mercurio.
En el sistema solar el planeta Mercurio es el más cercano al Sol. Resulta obvio que de todos los integrantes del sistema es el que recibe mayor influencia del campo gravitatorio del astro rey debido a su proximidad. La órbita de Mercurio, como la de todos los planetas, de acuerdo con Képler, es una elipse. Pero esta elipse tiene características distintas a las del resto de los planetas, por estar más influenciado por la gravedad solar. Ello implica la rotación del plano de la órbita. El fenómeno era conocido pero no tenía explicación con la mecánica newtoniana. El punto de mayor acercamiento de Mercurio al Sol es el perihelio. El citado perihelio tiene un desplaza-miento que fue calculado por Einstein con su nueva Teoría con asombrosa exactitud con lo que estaba demostrando la corrección de la misma. La Teoría no fue escrita para explicar el fenómeno, pero éste surgió como una de las tantas aplicaciones naturales de ella. Cuando concluyó con el estudio le embargó una emoción tan enorme que le contaba en una carta a un físico amigo: “Durante varios días estuve fuera de mí, como en estado de éxtasis”.
3-Desplazamiento hacia el rojo.
La luz solar es la superposición de siete colores, tal cual es apreciable en el arco iris. El espectro va desde el violeta (mayor frecuencia) hasta el rojo (menor frecuencia).
El conocer cuál es el origen de la luz, si proviene de la Tierra, del Sol o de estrellas lejanas, se analiza en el laboratorio al ver el espectro de la misma. Por ejemplo la luz solar muestra las siete rayas espectrales del arco iris, en tanto el espectro de luz proveniente de una lámpara de sodio muestra sólo el color amarillo. (Dicho sea de paso el amarillo de la luz solar es debido al sodio del sol).
Einstein, a través de la Teoría, predice y calcula –en un concepto revolucionario con el que ponía a descubierto su increíble intuición- que las líneas espectrales provenientes de grandes estrellas tienen que desplazarse hacia el extremo rojo del espectro.
El desplazamiento depende de la gravedad, de la velocidad de la luz, de la masa y del radio del cuerpo celeste que genera esa luz. En el caso del Sol es fácil de calcular por conocerse su masa y radio. El valor obtenido ha sido comprobado en forma experimental.
En el caso de luz proveniente de estrellas se complica el problema de calcular el desplazamiento al no conocerse la masa de las mismas.
También previó que cuando la luz procede de campos gravitatorios muy intensos (el Sol) al llegar a campos menores (la Tierra) produce el fenómeno citado.
Después de su muerte, se pudo comprobar el efecto buscado en ensayos efectuados en edificios a sólo 20 m de altura, con un error del uno porciento.
4- Los agujeros negros
La Teoría contempla la existencia de los agujeros negros. Ya Simón de Laplace, en 1796, des-cribía objetos que impedirían que la luz escape de ellos. Una explicación primaria nos dice que cuando las estrellas agotan su combustible por haberlo consumido se convierten en agujeros negros. Se trata de cuerpos con tan enorme concentración de gravedad que imposibilitan la salida de la luz de su interior.
Uno de los agujeros negros (black holes) más famosos es el Cignus X. Se han descubierto dos de ellos ubicados a 400 millones de años luz ubicados en la misma galaxia. Y en nuestra galaxia – la Vía Láctea- se ha detectado uno que está aquí cerca… Sólo a 8000 años luz de distancia.
Para que el Sol, que tiene un radio de 700.000 km, se convierta en un agujero negro deberá re-ducir el mismo a 18 km. En cuanto a nuestro planeta que tiene 6370 km de radio debiera com-primir el mismo a 1,8 cm…
¡La Relatividad prevé los agujeros negros pero su creador no asistió a su detección!
5- Los lentes gravitacionales.
Este es un fenómeno astronómico previsto por la Teoría. Hay objetos en el espacio con suficiente masa que actúan como lentes para la luz proveniente de objetos más distantes produciendo una imagen múltiple.
Se ha detectado el “anillo de Einstein”, que es una lente gravitacional, que produce cuatro imágenes de un “quasar” (estrellas muy lejanas que emiten enorme cantidad de energía) en torno a un núcleo central en forma de cruz, produciendo cinco imágenes cuando en realidad son cua-tro.
¡El “anillo de Einstein” está ubicado a 400 millones de años luz. El quasar a 8000 millones de años luz!
No se extrañe el lector, hay un quasar a 12.000 millones de años luz. Sólo lo separan 1700 millones de años del famoso Bang…
¡Estos datos abren un profundo interrogante sobre el Creador…, sus justicieras preocupaciones terrenales… y la más que factible vida extra planetaria!
Por algo Einstein supo definir al Dios de su ídolo máximo, Spinoza, como “el orden matemático del universo”…
6-Consecuencias cosmológicas. EL BIG BANG.
El universo newtoniano era concebido con un espacio y un tiempo infinito y absoluto. Einstein impugna este universo infinito y propone otro modelo del mismo. Él se inclina por un universo esférico o elíptico y cerrado. Todo encaja en su Teoría, la que permite obtener el radio del uni-verso. Sin embargo, introduce la famosa constante cosmólogica para poder obtener un universo estático sin expansión.
Cuando en 1931 el astrónomo Hubble le demuestra que las galaxias se están expandiendo, abjura de la citada constante. (Llegó a decir que fue la mayor “metida de pata”de su vida).
Los astrónomos dedujeron que si las galaxias se estaban expandiendo era por que en un mo-mento del pasado debieron estar contraídas.
Durante algunas décadas los científicos aceptaron la idea generada por colegas ingleses, la Teoría del Estado Estacionario. Hoy la ciencia la ha desechado y se ha volcado a la Teoría del universo en expansión, proveniente de una explosión inicial. Esto queda avalado, entre otras razones, por el descubrimiento de “la radiación de fondo cósmica”. Dos astrónomos americanos descubrieron en la década del ’60, una radiación constante en todas direcciones, un “ruido”o“zumbido”como el que genera una radio cuando hay tormenta. Concluyeron que el “ruido”no provenía de la Vía Láctea y lo vincularon a la temperatura, ya que todo cuerpo con temperatura superior al cero absoluto emite ruido.
¡Esa radiación que escucharon es el remanente de radiación del momento inicial del universo, es decir el Big Bang!
El hecho confirma a éste. En el 2003 se conocieron los resultados de la sonda WMAP de la NASA (Wilkinson Microwave Anysotropy Probe) lanzada a 1,6 millones de km. Fija el nacimiento del universo hace 13.700 millones de años, con un margen de error del uno porciento.
La sonda trajo una imagen del universo correspondiente a 379.000 años después del Big Bang. Sería como obtener la fotografía de un hombre de ochenta años al momento de nacer.
Vuelve entonces a aparecer Einstein. En el modelo de expansión del universo, ésta se ve frenada por la fuerza de atracción gravitatoria con lo que el universo se estaría desacelerando. Sin em-bargo la ciencia ha demostrado que se “acelera”. La explicación de ello condujo a que los cosmó-logos reclamen la “constante cosmológica” einsteniana como fuerza repulsiva capaz de contra-rrestar la atracción gravitatoria para explicar la aceleración.
Los resultados de la sonda estarían confirmando la constante cosmológica de nuestro héroe…
EPÍLOGO
La famosa ecuación E= mc2 ya forma parte de la cultura popular. Einstein, con dos letras, E y m, y “c” que es un número, estaba regalándole a la humanidad la más maravillosa y revolucionaria interpretación de la equivalencia existente entre materia y energía.
La Teoría de la Relatividad General ha sido conceptuada como una de las más grandes proezas, tal vez la mayor de todas, en la historia del pensamiento humano. Así la calificó el premio Nobel de física Sir J.J.Thomson.
También ella puede ser resumida por la siguiente ecuación:
GUV = 8π.TUV
GUV describe la geometría del espacio-tiempo. TUV representa la distribución de materia y e-nergía. En cuanto a π es nuestro viejo conocido de la escuela primaria.
Otra vez, con dos variables –por cierto que muy complejas- y una constante, Einstein sintetiza nada más ni nada menos que una de las dos hazañas científicas más importantes de la física del siglo XX., hija absoluta de él. La otra es la Teoría Cuántica, también herencia de él, pero com-prartida con otros genios.
Einstein no tuvo computadoras, ni laboratorio, ni colaboradores, ni aceleradores de partículas. ¡La concibió con su cerebro único y privilegiado!
Pertenecen al Parnaso de la civilización: La Biblia, los Diez Mandamientos y el Sermón de la Montaña. La República y la Guía de los Perplejos. La Teoría Heliocéntrica y los Principia. La Gioconda y el Moisés. Hamlet y el Quijote. El Tratado Teológico- Político y la Crítica de la Razón Pura. La Teoría de la Evolución y el Psicoanálisis. La mozartiana cuarenta y las inmortales quinta y novena… y las dos últimas epopeyas de la física: la Teoría cuántica y la Teoría de la Relatividad.
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