++ GLOSARIO: Teoria de la Relatividad

Fuente: Microsiervos

Más allá de E=mc²

de Microsiervos de alvy@microsiervos.com (Alvy)

Ventana externa

Casi todo el mundo conoce la famosa ecuación E=mc². En Minute Physics han aprovechado para explicar, con su habitual claridad meridiana, lo que hay más allá de esa ecuación. En particular, se adentran en el concepto de equivalencia entre masa y energía y tratan de explicar por qué suceden cosas extrañas dependiendo de si los objetos están en reposo o en movimiento. Tan simpático como educativo.

MAS SOBRE LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD

MAS SOBRE ALBERT EINSTEIN

MAS SOBRE FISICA

Diversos conceptos de la Teoría de la Relatividad recopilados de una manera dispersa. Cuando haya bastantes conceptos espero poder dotar de un cuerpo lógico la entrada:

Albert Einstein, tomando como referencia la no existencia del eter, el experimento de Michelson-Morley, la constancia de la velocidad de la luz constatada, las contracciones de Fitgerald-Lorentz y las transformaciones de Lorentz postula su Teoria Especial de la Relatividad.

Las consecuencias más trascendentales de la nueva teoría son en esencia las siguientes:

La propagación de la luz se puede explicar como una propagación de energía a través del espacio vacio de acuerdo con los campos electromagnéticos de Maxwell. En consecuencia el eter no existe, ya no es necesario que exista para explicar la propagación de la luz como fenómeno ondulatorio.

No existe el reposo absoluto, no hay un marco de referencia al que relacionar todo lo demás.

El espacio y el tiempo dejan de ser dos cosas separadas, hay que entenderlo como espaciotiempo, donde el tiempo ya no es algo inmutable. El Universo se entiende a partir de ahora con cuatro dimensiones, las 3 espaciales y el tiempo.
La masa y la energía, se entienden a partir de ahora como dos aspectos del mismo fenómeno, como establece la ecuación E=m.c2 La fórmula da explicación al funcionamiento de las estrellas; debido a lo grande de la relación entre masa y energía, las estrellas pueden continuar ardiendo durante milenios consumiendo la masa de gas.

Un objeto en movimiento, para un observador fuera del sistema, disminuye sus medidas en la dirección del movimiento a medida que la velocidad aumenta y si alcanza la velocidad de la luz, desaparece.

Igualmente la masa aumenta y se convertiría en infinita si alcanzara la velocidad de la luz. Esta es la explicación que no se pueda alcanzar, pues sería necesaria una energía infinita.

Los relojes en movimiento andan más despacio a medida que aumenta la velocidad y al igual que las anteriores con la velocidad de la luz, se pararía completamente.

Por la razones anteriores se entiende que los fotones (particulas que transportan la luz) sean partículas sin masa, de ahí que puedan viajar a la velocidad de la luz. El tiempo para los fotones no existe, tienen una vida infinita.


Verificaciones de la Teoria General de la Relatividad.

1.- Resolvió el problema del perihelio de Mercurio, unas desviaciones en la órbita del problema que la ley de la Gravitación de Newton no podía resolver. Llegó a predecirse un nuevo planeta para explicar las desviaciones en la orbita de Mercurio. La Teoría General de la Relatividad aplicada a este problema demostraba que según las ecuaciones el planeta debía moverse así en el espacio-tiempo en la proximidad del Sol. Los demás planetas están bastante más lejos con lo que esta peculiaridad no llega a afectarles.

2.- La curvatura de los rayos de luz cuando pasan cerca de una masa gravitatoria importante como el Sol, hecho demostrado en 1919.

3.- Corrimiento al rojo por la gravitación. Los procesos en el Sol con mayor gravedad se realizan más lentamente, esto se comprueba al comparar la longitud de onda del mismo proceso en el Sol y en el laboratorio. Los procesos en el Sol tiene mayor longitud de onda, es decir una frecuemcia más baja, por lo tanto más lento.

4.- Predicción hecha por la teoría de la existencia de los agujeros negros.

Fuente: Homínidos

Albert Einstein y la nueva concepción del espacio-tiempo (I)

de Ismael Pérez Fernández

Albert Einstein es sin duda el icono científico por antonomasia del siglo XX. Nació en 1879 en la ciudad alemana de Ulm pero se traslado junto con su familia a Munich donde asistiría a la escuela, lugar donde quedo demostrado que Einstein no era muy buen estudiante. Einstein dejo la escuela sin completar sus cursos. En 1985 se presento al examen de acceso del Instituto Federal de Tecnología Suizo en Zurich, examen que no supero, por lo que tuvo que pasar un año en una escuela suiza, hasta que en 1896 consiguió superar dicho examen. Aún habiendo superado los exámenes del Instituto Federal, Einstein no consiguió obtener un puesto en el mismo, al final, acabó ocupando un cargo en la Oficina de Patentes de Berna. Este trabajo le dejaba el tiempo libre necesario para dedicarse a su pasión, la física teórica. Fue como empleado de dicha oficina cuando tuvo lo que se podría señalar como su año magnifico, 1905, en este año publicó trabajos realmente importantes para la física, por una parte la explicación del efecto fotoeléctrico mediante la cuantización de la luz, y por otro lado la explicación de como pequeñas partículas de polvo eran zarandeadas por los átomos que componen el fluido en el que están inmersas, ya sea el aire o en un líquido, lo que hoy en día conocemos como movimiento browniano. También en 1905 fue cuando vio la luz la primera parte de su teoría de la relatividad, la relatividad especial. La relatividad especial se erige a partir de unas contradicciones encerradas en la mecánica de Newton:

a) Por un lado, el concepto, expresado por el principio de relatividad de Galileo, según el cual no se puede distinguir mediante experimentos mecánicos un sistema de referencia en reposo, de cualquier otro que tenga un movimiento rectilíneo y uniforme.

b) Por otro lado, el concepto tradicional del espacio, un hipotético espacio al que, contradiciendo el mencionado principio de relatividad de Galileo, se le atribuyó el privilegio de estar en reposo.

Si a esto añadimos las consecuencias de la síntesis del electromagnetismo conseguido por Maxwell y del experimento de Michelson y Morley, todo apuntaba en la dirección de que algo fallaba en la mecánica de Newton. Del principio de relatividad de Galileo se deducía que las leyes de la mecánica de Newton debían escribirse igual en cualquier sistema de referencia inercial(SRI), esto es, en reposo o sometido a un movimiento rectilíneo uniforme. Pero esto implicaba que un objeto moviéndose con una velocidad “v” respecto a un SRI, el cual a su vez se mueve con una velocidad constante respecto a otro SRI’, entonces la velocidad del objeto respecto del SRI’ sería “v” más la velocidad a la que se mueve el SRI respecto del SRI’ (por simplicidad se esta obviando el carácter vectorial de la velocidad). Aquí es donde entraba el electromagnetismo de Maxwell, según el cual la velocidad de la luz es:

Es decir, la velocidad de propagación de la luz sólo depende de las propiedades que tenga el medio en el que se esté propagando, no del sistema de referencia desde el que se esté midiendo dicha velocidad. Algo estaba mal, o bien fallaba el electromagnetismo de Maxwell o bien algo andaba mal en la mecánica newtoniana. En este punto es donde entra el experimento que realizaron Michelson y Morley. Los cuales haciendo uso de un interferómetro pretendían medir como variaba la velocidad de la luz al moverse a través del eter, sustancia que hipotéticamente inundaba el espacio en reposo de Newton y que se introdujo para explicar la propagación de las ondas electromagnéticas. Pero el experimento mostró que la velocidad de la luz era constate e independiente del movimiento de la Tierra a través del hipotético eter, no sólo eso, sino que todos los experimentos para intentar detectar la velocidad del movimiento de la Tierra respecto del espacio absoluto en reposo fracasaron. En años posteriores a la aparición de la relatividad especial, se realizaron observaciones de la luz emitida por un sistema de estrellas binarias realizadas por el astrónomo Willem de Sitter en 1913, y posteriormente se realizaron repeticiones del experimento de Michelson y Morley usando una fuente de luz extraterrestre, como el realizado por Tomascheck en 1924 y Miller en 1925. Todas estas observaciones y experimentos ponen de relieve que el electromagnetismo de Maxwell es correcto y la velocidad de la luz es independiente de la velocidad del sistema de referencia desde el que se está tratando de medir dicha velocidad.

Bajo estas circunstancias es cuando la genial mente de Einstein propone su teoría de la relatividad especial.

Ismael Pérez Fernández.

Albert Einstein y la nueva concepción del espacio-tiempo (II)

de Ismael Pérez Fernández

Bajo estas circunstancias es cuando la genial mente de Einstein propone su teoría de la relatividad especial, la cual tiene los siguientes postulados y corolarios:

Postulados:

1º) Las leyes de la electrodinámica y de la óptica son validas en todos los sistemas de referencia para los que son ciertas las leyes de la mecánica.

2º) La luz se propaga en el vació con una velocidad c independiente del posible movimiento de la fuente emisora.

Corolarios:

1º) La luz viaja a la misma velocidad c en todos los SRI.

2º) La velocidad de la luz es un límite superior a la velocidad de cualquier objeto.

A partir de estos corolarios y con un sencillo ejemplo, podemos deducir que el tiempo y el espacio son relativos, es decir, el tiempo entre dos sucesos en un SRI que se mueve a una cierta velocidad constante respecto de otro SRI’ no es el mismo, y lo mismo le sucede a las distancias.

Supongamos que tenemos dos relojes formados por dos espejos perfectos y paralelos entre los cuales está rebotando indefinidamente un rayo de luz, la altura que separa dichos espejos es “h”. Supongamos que ponemos un reloj en un SRI’ y el otro en un SRI que se mueve con una velocidad constante v respecto al sistema SRI’. El tiempo que emplea la luz para hacer su recorrido entero en el reloj del sistema SRI’ será:

Ahora calcularemos cual es la velocidad de la luz medida desde SRI’ en el SRI, el cual se mueve con una velocidad constante “v” respecto de SRI’. Desde SRI’ veríamos hacer el siguiente recorrido en el reloj situado en SRI:

La cantidad que se habrá desplazado este reloj según su propio sistema de referencia sería igual a:

l=vt

La mitad de la distancia que vemos recorrer a la luz en SRI desde SRI’ es la hipotenusa de un triangulo rectángulo cuyos catetos son la altura del reloj (h), y la mitad de la distancia recorrida (l), h la podemos poner en función de t’ a partir de nuestra primera ecuación, y l sabemos que es vt, por lo que podemos poner la velocidad de la luz c en función de t, t’ y v:

Y como se puede observar el tiempo no transcurre igual en ambos sistemas de referencia. Con razonamientos parecidos podemos inferir como varían las longitudes de un sistema a otro. Es decir, a partir de los corolarios antes expuestos llegamos a la conclusión de que el tiempo y el espacio no son entidades absolutas, sino relativas. Los resultados de la relatividad especial se formalizaron a través de las transformaciones de Lorenz-Einstein, las cuales permiten que las leyes del electromagnetismo de Maxwell y las leyes de la mecánica se escriban igual en todos los sistemas de referencia. La relatividad especial permitía establecer una equivalencia entre todos los sistemas de referencia. Al año siguiente de la publicación de la teoría especial de la relatividad Einstein dejo la oficina de patentes para pasar a convertirse en profesor de la Universidad de Zurich. Pero en 1914 acabaría estableciéndose en el Kaiser Willhelm Institute de Berlín, allí acabaría por culminar la segunda parte de su teoría de la relatividad, la Relatividad General. La relatividad especial tiene un carácter restringido, ya que en todo momento hemos estado hablando de sistemas de referencia inerciales, esto es, sistemas que en ningún momento están sometidos a una aceleración. ¿Es esto posible? Es decir ¿pueden existir los SRI en el Universo? Hasta ahora sabemos que la fuerza de la gravedad depende de la distancia, a mayor distancia, más débil será la fuerza de la gravedad, pero en un Universo con galaxias, estrellas etc. no importa donde nos situemos, en el Universo siempre estaremos sometidos a una fuerza gravitatoria y por lo tanto estaremos sometidos a una aceleración, es decir, los sistemas de referencia inerciales no existen en el Universo. Para dar un carácter general a su teoría, Einstein debía tener en cuenta la gravedad.

Ismael Pérez Fernández.

Albert Einstein y la nueva concepción del espacio-tiempo (III)

de Ismael Pérez Fernández

En la última entrada sobre la relatividad nos quedamos a punto de ver como Einstein tenia que introducir la gravedad en su relatividad especial, para darle un carácter general, y es que hasta el momento hemos obviado que tanto la segunda ley de Newton como su formulación de la gravitación universal dependen de la masa del objeto.

La masa que interviene en la segunda ley es conocida como la masa inercial, la cual es una cualidad de los objetos que tiene que ver con la mayor o menor dificultad que ellos ofrecen a que se altere su velocidad cando se les aplican fuerzas, y por otro lado tenemos la masa que interviene en la formulación de la fuerza gravitatoria que siente un cuerpo, que recibe el nombre de masa gravitatoria la cual representa una propiedad de cada objeto que tiene que ver con su capacidad de atraer y ser atraído gravitatoriamente por otros cuerpos.

Un cuerpo en un campo gravitatorio tendría que estar sometido a una fuerza, según la mecánica de Newton, y de su segunda ley sabemos que todo cuerpo sometido a una fuerza tiene que experimentar una aceleración, dicha aceleración valdrá:


Si la masa gravitatoria y la masa inercial fueran iguales, entonces se llegaría a una conclusión importante, y es que la equivalencia entre los conceptos de masa inercial y masa gravitatoria aporta al campo gravitatorio una propiedad exclusiva, a saber: sometidos únicamente a un campo gravitatorio todos los objetos se ven sometidos a la misma aceleración. La pregunta entonces es clara ¿son la masa gravitatoria e inercial iguales? Esta es una cuestión completamente empírica. Se han hecho diversos experimentos para determinar si ambas masas coinciden o no, por ejemplo, algunos de los más recientes son el realizado por Braginski en 1971 que confirmó la igualdad entre la masa inercial y la gravitatoria con una incertidumbre inferior a una parte en un billón y por otro lado en 1999 un grupo de científicos de la Universidad de Standford, coordinados por Achim Peters determinó la aceleración de caída en el campo gravitatorio terrestre con una precisión de tres partes en mil millones, es decir, que todos los cuerpos parecen caer con la misma aceleración dentro del campo gravitatorio terrestre.

Imaginemos un laboratorio que está en caída libre sobre la Tierra, como hemos visto, todos los objetos del interior del laboratorio caerán con la misma aceleración, es decir, entre ellos estarán en reposo, o lo que es lo mismo, elegir uno de ellos como sistema de referencia, es elegir un sistema de referencia inercial, por lo que podremos usar la relatividad especial para estudiar los movimientos relativos de los objetos dentro del laboratorio. Esta equivalencia entre masa gravitatoria y masa inercial, que conlleva que todos los cuerpos que se hallen en un campo gravitatorio caigan con la misma aceleración, además de permitir aplicar la relatividad especial, también permitió a Einstein formular el principio de equivalencia.

Principio de equivalencia: sean dos sistemas de referencia un sistema de referencia K, no acelerado o inercial, en el que actúa un campo gravitatorio uniforme, otro sistema de referencia K’, que acelera uniformemente con respecto a K, pero en el que no actúa campo gravitatorio alguno. Estos dos sistemas de referencia son equivalentes, es decir, los experimentos que se lleven a cabo bajo condiciones idénticas en estos dos sistemas de referencia darán lugar a resultados idénticos.

O lo que es lo mismo para estudiar lo que sucede en un laboratorio sometido a un campo gravitatorio uniforme, podemos suponer que dicho laboratorio en lugar de estar sometido a un campo gravitatorio, está sometido a una aceleración uniforme de la misma intensidad y dirección que la aceleración debida al campo gravitatorio pero de sentido contrario. Haciendo uso del principio de equivalencia podemos entender cualitativamente como la gravedad distorsiona el espacio-tiempo. Por comodidad, hasta hora hemos estado hablando de espacio y de tiempo, pero una de las consecuencias de la relatividad es que no existen el espacio y el tiempo sino el espaciotiempo que es tetradimensional.

Imaginemos que tenemos dos laboratorios idénticos, uno sobre la superficie de la Tierra y otro a una determinada altura sobre la misma, llamemos A al laboratorio sobre el suelo y B al laboratorio que está a una cierta altura. En cada laboratorio tienen un reloj que envía un fotón por cada tic que marca dicho reloj, previamente ambos relojes el de A y el de B han sido sincronizados. Para analizar la situación desde el laboratorio B aplicaremos el principio de equivalencia, por lo que dicho laboratorio se estará alejando del laboratorio A con una determinada aceleración, así pues los fotones que le llegan desde A cada vez le llegan más separados, es decir, desde B se observa que el reloj en A va más despacio. Ahora para analizar la situación desde le punto de vista del laboratorio A, volvemos a aplicar el principio de equivalencia, entonces el laboratorio A estará sometido a una aceleración exactamente igual a la debida al campo gravitatorio pero de sentido contrario por lo que se estará acercando a B, por lo que los fotones emitidos por el reloj de B cada vez le llegarán más seguidos, desde A también se percibe que el reloj de B marcha más rápido que el de A. La generalización de este ejemplo nos lleva a que si se colocan dos relojes en dos regiones del espaciotiempo el reloj situado en la región donde el campo gravitatorio es más intenso marchará más lento.

Acabamos de ver como la gravedad produce una distorsión temporal, veamos ahora como afecta al espacio. Supongamos que estamos en un laboratorio sometido a un campo gravitatorio, en dicho laboratorio desde una de sus paredes se emiten fotones que cruzan el laboratorio, aplicando otra vez el principio de equivalencia, podemos suponer que dicho laboratorio en lugar de estar sometido a un campo gravitatorio está sometido a una aceleración exactamente igual pero de sentido contrario a la debida al campo gravitatorio, por lo que para distintos intervalos de tiempo obtendríamos lo que se observa en la figura:


En el interior del laboratorio observaríamos que el rayo de luz se curva:


Es decir, en una región del espacio-tiempo donde existe un campo gravitatorio la luz se curva en su trayectoria, y cuanto mayor sea el campo gravitatorio mayor será la curvatura. Ahora bien, los fotones no tienen masa, por lo que no pueden ser atraídos por el campo gravitatorio, según la relatividad lo que sucede es que la gravedad no es una fuerza como se nos presenta en el trabajo de Newton sino una distorsión de la geometría del espacio-tiempo. Esta concepción de la gravedad como una distorsión de la geometría del espacio-tiempo era realmente novedosa y rompedora con lo comúnmente aceptado. La relatividad resulta difícil de aceptar para nuestro sentido común, pero los experimentos y las observaciones han mostrado que Einstein tenía razón, de todas las observaciones realizadas para comprobar la veracidad de la relatividad la más famosa probablemente sea la observación de un eclipse encabezada por Sir Arthur Eddington en 1919, durante dicho eclipse se estudio si la gravedad del Sol curvaba la luz de estrellas lejanas, tal y como predice la relatividad, el resultado fue positivo y esto hizo a Einstein mundialmente famoso.

Curiosamente en 1922 Einstein fue galardono con el premio Nobel, pero no por su teoría de la relatividad sino por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico. A finales de la década de los años veinte el trabajo de Einstein empezó a quedar aislado de la corriente principal de la física, el buscaba una teoría de campo unificada, pero la corriente principal de la física iba por otros derroteros, se buscaba y se intentaban descubrir las nuevas interacciones que se dan a nivel subatómico, como la interacción débil.

Años después la situación en Alemania empezaría a empeorar, con la llegada de Hitler al poder en 1933, Einstein decidió mudarse a los Estados Unidos donde conseguiría la ciudadanía norteamericana en 1940. En 1952 se le llego a ofrecer el cargo de presidente del estado de Israel, cargo que rechazó. En 1955 Albert Einstein moría, dejándonos un impresionante legado que nos a permitido por primera vez en la historia desarrollar una teoría científica del Universo en su conjunto, en efecto, la relatividad general de Einstein se podía aplicar al Universo como un todo poniendo la base para la compresión matemática del Universo, es decir, fue el nacimiento de la ciencia de la cosmología.


Ismael Pérez Fernández.

Fuente: Astrofísica y física

La Relatividad General. 1ª parte.

de Astrofísica y física de Verónica Casanova

El astrofísico Pedro Ferreira de la Universidad de Oxford ofrece una descripción concisa y actual de lo que se debe conocer de la relatividad general.

1.- PASADO, PRESENTE Y FUTURO.

La teoría general de la relatividad de Albert Einstein es uno de los logros más imponentes de la física del siglo veinte. Publicada en 1916, explica lo que percibimos como fuerza de gravedad. De hecho, esta fuerza surge de la curvatura del espacio y del tiempo.

Einstein propuso que los objetos como el Sol y la Tierra variaban la geometría del espacio. En presencia de materia y energía, el espacio se puede deformar y estirar,formando cordilleras, montañas y valles que causan que los cuerpos se muevan por estas "rutas" curvas. Así que aunque la Tierra parezca moverse alrededor del Sol a causa de la gravedad,en realidad, tal fuerza no existe. Es simplemente la geometría del espacio-tiempo alrededor del Sol la que dice cómo debe moverse la Tierra.

La teoría de la relatividad general tiene consecuencias de largo alcance. No sólo explica el movimiento de los planetas, sino que también puede describir la historia y la expansión del Universo, la física de los agujeros negros, la curvatura de la luz de las estrellas y las galaxias distantes.

La relatividad general: la percepción de Einstein

En 1905, a la edad de 26 años, Albert Einstein propuso su teoría de la relatividad especial. La teoría conciliaba la física de los cuerpos en movimiento desarrollada por Galileo Galilei y Newton, con las leyes de la radiación electromagnética. Se postula que la velocidad de la luz es siempre la misma, independientemente del movimiento de la persona que lo mide. La relatividad especial implica que el espacio y el tiempo se entrelazan en un grado nunca antes imaginado.

A partir de 1907, Einstein comenzó a tratar de ampliar la relatividad especial para incluir la gravedad. Su primer éxito vino cuando estaba trabajando en una oficina de patentes en Berna, Suiza. "De repente un pensamiento me golpeó", recordó. "Si un hombre cae libremente, no sentiría su peso ... Este experimento mental simple ... me llevó a la teoría de la gravedad". Se dio cuenta de que existe una profunda relación entre los sistemas afectados por la gravedad y los que están acelerando.

El próximo paso adelante se produjo cuando Einstein introdujo las matemáticas geométricas desarrolladas por los matemáticos alemanes del siglo XIX Carl Friedrich Gauss y Bernhard Riemann. Einstein aplicó su trabajo para escribir las ecuaciones que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la energía que contiene. Ahora conocidas como las ecuaciones de campo de Einstein, fueron publicadas en 1916, y sustituyeron a la ley de la Gravitación Universal de Newton. Estas ecuaciones siguen utilizándose hoy en día.

Usando la ley de la relatividad general, Einstein formuló una serie de predicciones. Demostró, por ejemplo, cómo su teoría explicaba el movimiento del planeta Mercurio. También predijo que un objeto masivo,como el Sol, debe distorsionar el camino que recorre la luz al pasar cerca de él. La geometría del espacio se comporta entonces como si fuera una lente.

Einstein también sostuvo que la longitud de onda de la luz emitida por una fuente cercana a un objeto masivo se debería estirar, es decir, debería sufrir un corrimiento hacia el rojo, ya que sale del espacio-tiempo curvado cercano al objeto masivo. Estas tres predicciones ahora se llaman las tres pruebas clásicas de la relatividad general.

La relatividad general.

En 1919, el astrónomo inglés Arthur Eddington viajó a la isla de Príncipe situada en la costa de África occidental para ver si podía detectar la lente de la luz predicha por la relatividad general. Su plan era observar un cúmulo brillante de estrellas llamadas las Híades en el momento en el que el Sol pasaba delante de ellas. Para ver la luz de las estrellas, Eddington necesitaba un eclipse total de Sol para suprimir el resplandor del nuestra estrella.

Si la teoría de Einstein es correcta, las posiciones de las estrellas de las Híades deberían cambiar en un porcentaje aproximado de una parte entre dos mil de un grado.

Para señalar la posición de las Híades en el cielo, Eddington primero tomó una fotografía en la noche de Oxford. Luego, el 29 de mayo de 1919, fotografió a las Híades mientras yacían casi directamente detrás del Sol durante el eclipse total que se produjo ese día en la isla de Príncipe. Comparando las dos mediciones, Eddington fue capaz de demostrar que el cambio fue como Einstein había predicho y demasiado grande para ser explicado por la teoría de Newton.

Tras la expedición del eclipse, hubo cierta controversia en creer que los datos del análisis de Eddington habían sido correctos. Pero en la década de 1970, cuando las placas fotográficas fueron analizadas nuevamente, el análisis de Eddington demostró ser correcto.

El periódico The Times de Londres publicó: "triunfa la Teoría de Einstein". A partir de entonces, a medida que se han demostrado más consecuencias de su teoría, la relatividad general se ha arraigado en el saber popular, con su descripción de un Universo en expansión y los famosos agujeros negros. En 1959, Robert Pound y Glen Rebka anunciaban la comprobación del corrimiento al rojo de la luz (corrimiento de la longitud de onda), emitida por una estrella que se aleja de la Tierra a gran velocidad, lo que constituía la tercera prueba clásica, propuesta por Einstein en 1907.

Más información en el enlace.

La Relatividad General. 2ª parte.

de Astrofísica y física de Verónica Casanova

2. CÓMO LA RELATIVIDAD GENERAL DA FORMA NUESTRO UNIVERSO

La teoría general de la relatividad de Einstein ha revelado que el Universo es un lugar extremo. Ahora sabemos que era caliente y denso, y que se ha expandido durante los últimos 13,7 mil millones años. También dedujo la existencia de regiones tan densas que deforman el espacio-tiempo, llamadas agujeros negros que atrapan todo lo que entran en sus garras.

Agujeros negros en la Teoría General de la Relatividad.

Poco después de que Einstein propusiera su teoría de la relatividad general, un físico alemán llamado Karl Schwarzschild encontró una de las primeras y más importantes soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. Ahora conocida como la solución de Schwarzschild, este resultado describe la geometría del espacio-tiempo alrededor de estrellas muy densas, teniendo algunas características muy extrañas.

Para empezar, justo en el centro de tales organismos, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, formando una característica llamada singularidad. Una característica aún más extraña es una superficie esférica invisible, conocida como el horizonte de sucesos, alrededor de dicha singularidad. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar del horizonte de sucesos. Casi se puede pensar en la singularidad de Schwarzschild como un agujero en el tejido del espacio-tiempo.

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

Los objetos que las soluciones de Schwarzschild y de Kerr describen se conocen como agujeros negros. Aunque todavía no se ha visto directamente ningún agujero negro, hay pruebas abrumadoras de su existencia. Normalmente se detectan a través de los efectos que tienen en las inmediaciones de cuerpos astrofísicos tales como las estrellas o el gas.

El Universo en expansión.

Una de las predicciones más sorprendentes de la relatividad general la obtenemos si tenemos en cuenta lo que ocurre en el Universo en su conjunto.

Poco después de que Einstein publicara su teoría, el meteorólogo y matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote belga Georges Lemaître demostraron que el Universo debe evolucionar en respuesta a toda la energía que contiene. Argumentaron que el Universo debería tener un inicio pequeño y denso, para expandirse y diluirse con el tiempo. Como resultado, las galaxias se alejarían unas de las otras.

Einstein no confiaba en esta conclusión de Friedmann y Lemaître, sino que él creía en un Universo estático. Pero un descubrimiento realizado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble hizo que cambiara de idea.

Hubble analizó el alejamiento de las galaxias de la Vía Láctea. Descubrió que las galaxias distantes se alejan más rápido que aquellas que están relativamente cerca. Las observaciones de Hubble demostraron que el Universo se está expandiendo. Este modelo del cosmos fue conocido más tarde como el Big Bang.

En los últimos 20 años, un gran número de observaciones de gran alcance realizadas por los satélites y los grandes telescopios han aportado aún más evidencias de la evolución y expansión del Universo. Hemos obtenido una medida exacta de la tasa de expansión del Universo y de la temperatura de la radiación remanentes del Big Bang, y hemos podido observar galaxias jóvenes cuando el Universo estaba en su infancia. Ahora se acepta que el Universo tiene aproximadamente 13,7 mil millones de años.

Más información en el enlace.