La teoría especial de la relatividad, también llamada teoría de la relatividad restringida, es una teoría física publicada en 1905 por Albert Einstein. Surge de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales y de sacar todas las consecuencias del principio de relatividad de Galileo, según el cual cualquier experiencia hecha en un sistema de referencia inercial se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial.

La teoría especial de la relatividad estableció nuevas ecuaciones que permitían pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Las ecuaciones correspondientes conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, siendo uno de los más asombrosos y más famosos la llamada paradoja de los gemelos.

La relatividad especial tuvo también un impacto en la filosofía, eliminando toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absoluto en el conjunto del universo.

 

Qué es la Relatividad?

Albert Einstein fue famoso por muchas cosas, pero su mayor creación es la Teoría de la Relatividad. Cambió para siempre nuestra comprensión del espacio y del tiempo.

¿Qué es la relatividad? De forma sucinta, es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todos sitios. Aquí en la Tierra obedecemos las mismas leyes de la luz y la gravedad que alguien en el extremo opuesto del universo.

La universalidad de la física significa que la historia es local. Distintos observadores verán el tiempo y el espacio de eventos de forma distinta. Lo que para nosotros es un millón de años puede ser sólo un parpadeo para alguien que vuele en un cohete de alta velocidad cayendo en un agujero negro.

Todo es relativo.

Relatividad especial

La Teoría de Einstein se divide en relatividad especial y general.

La relatividad especial llegó primero y está basada en que la velocidad de la luz es constante para todo el mundo. Esto puede ser muy simple, pero tiene consecuencias de largo alcance.

Einstein llegó a esta conclusión en 1905 después de que pruebas experimentales demostrasen que la velocidad de la luz no cambiaba conforme la Tierra orbitaba al Sol.

Este resultado resultó sorprendente para los físicos dado que la velocidad de la mayoría de otras cosas depende de en qué dirección de esté moviendo el observador. Si conduces tu coche en paralelo a una vía del tren, un tren que llegue parecerá moverse mucho más rápido que si te das la vuelta y conduces en la misma dirección.

Einstein dijo que todos los observadores medirán la velocidad de la luz en 300 000 kilómetros por segundo, no importa cómo de rápido o en qué dirección te muevas.

Esta máxima provocó que el humorista Stephen Wright preguntase: “Si estás en una nave espacial que viaja a la velocidad de la luz, y enciendes los faros, ¿sucede algo?”

La respuesta es que los faros se encenderán con normalidad, pero sólo desde la perspectiva de alguien en el interior de la nave. Para alguien que esté fuera observando el vuelo de la nave, los faros parecerán que no se encienden: la luz sale, pero necesita una eternidad que los rayos vayan por delante de la nave.

Estas versiones contradictorias surgen debido a que las reglas y relojes — las cosas que marcan el espacio y el tiempo — no son las mismas para distintos observadores. Si la velocidad de la luz tiene que mantenerse constante como dijo Einstein, entonces el tiempo y el espacio no pueden ser absolutos; deben ser subjetivos.

Por ejemplo, una nave de 100 metros de largo que viaje al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz parecerá un metro más largas para un observador estacionario, pero permanecerá con su longitud normal para los que estén a bordo.

Tal vez incluso más extraño, el tiempo pasa más lento cuanto más rápido se va. Si un gemelo viaja en una nave a toda velocidad a una estrella distante y vuelve, será más joven que su hermano que permaneció en la Tierra.

La masa, también depende de la velocidad. Cuando más rápido se mueve un objeto, más masivo se hace. De hecho, ninguna nave puede jamás alcanzar el 100 por ciento de la velocidad de la luz debido a que su masa crecería de forma infinita.

Esta relación entre la masa y la velocidad a menudo se expresa como relación entre la masa y la energía: E=mc2, donde E es energía, m es masa y c es la velocidad de la luz.

Relatividad general

Einstein no había terminado de desbaratar nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Pasó a generalizar su teoría incluyendo la aceleración y encontró que esta distorsionaba la forma del tiempo y el espacio.

Para seguir con el ejemplo de arriba: imagina la que la nave acelera encendiendo sus impulsores. Los que están a bordo quedarán pegados al suelo como si estuviesen en la Tierra. Einstein afirmó que la fuerza que llamamos gravedad es indistinguible de estar en una nave que acelera.

Esto por sí mismo no era tan revolucionario, pero incluso cuando Einstein desarrolló la compleja matemática (necesitó 10 años), descubrió que el espacio y el tiempo se curvaban en torno a un objeto masivo, y esta curvatura es lo que experimentamos como fuerza de la gravedad.

Es difícil dibujar la geometría curvada de la relatividad general, pero si uno piensa en el espacio-tiempo como en un tipo de tejido, entonces un objeto masivo estira el tejido de alrededor de forma que ningún objeto que pase cerca seguirá una línea recta.

Las ecuaciones de la relatividad general predicen un número de fenómenos, muchos de los cuales han sido confirmados:

* La curvatura de la luz alrededor de un objeto masivo (lente gravitatoria)
* Lenta evolución en la órbita del planeta Mercurio (precesión del perihelio)
* Arrastre de marcos del espacio-tiempo alrededor de los cuerpos en rotación
* Debilitamiento de la luz escapando del tirón gravitatorio (desplazamiento al rojo gravitatorio)
* Aceleración de los periodos rotacionales de las estrellas binarias y púlsares
* Las ondas gravitatorias (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo) causadas por colisiones cósmicas
* La existencia de agujeros negros que atrapan todo incluyendo la luz

La curvatura del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro es más intensa que en ningún otro sitio. Si el gemelo que viaja por el espacio cayera en un agujero negro, se vería estirado como un espagueti.

Afortunadamente sería sólo por unos pocos segundos. Pero su hermano en la Tierra nunca vería el final — observando a su hermano estirarse centímetro a centímetro incrementalmente hacia el agujero negro a lo largo de la edad del universo

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