O 25 de novembro de 1915, Einstein formulou a Teoría da relatividade xeral.

O 25 de novembro de 1915, Einstein formulou a Teoría da relatividade xeral.

Dez preguntas para entender a Teoría da Relatividade Xeral de Einstein

Cúmprense agora 100 anos da formulación dun dos cumios intelectuais da Humanidade, que rachou a concepción de todo

O 25 de novembro de 1915, Albert Einstein presentou a formulación definitiva da súa teoría da relatividade xeral, introducindo o misterioso concepto da curvatura do espazo-tempo. A Axencia SINC lévanos, coa axuda do físico Roberto Emparan, profesor ICREA da Universidade de Barcelona, polas reviravoltas desta teoría, que superou ao seu creador ao expor a existencia de obxectos nos que non cría: os buracos negros.

Que conmemoramos exactamente este 25 de novembro de 2015?

Cúmprense xusto 100 anos do día no que Albert Einstein explicou nunha conferencia ante a Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín, as ecuacións definitivas da súa teoría xeral da relatividade. Tras case unha década de intentos de compatibilizar a forza gravitatoria coa súa teoría especial da relatividade (1905), e co matemático David Hilbert pisándolle os talóns, por fin deu forma precisa e definitiva á que se considera unha das cimas intelectuais da Humanidade. A súa presentación publicouse aquel mesmo día, 25 de novembro de 1915, nas actas (Proceedings o Sitzungsberichte) da academia.

Einstein presentou ese mesmo día a ecuación que hoxe se coñece?

En realidade é un sistema de dez ecuacións, pero se poden escribir de xeito unificado, empregando unha soa vez o signo =”, e resumilas nunha soa: Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν. Na forma orixinal na que a escribiu Einstein no seu artigo, a notación (por exemplo usaba índices latinos en lugar de gregos) e a distribución dos termos era lixeiramente distinta, pero aínda así, é totalmente equivalente a esta.

A ecuación de Einstein publicada nas Actas da Academia Prusiana de Ciencias.

A ecuación de Einstein publicada nas Actas da Academia Prusiana de Ciencias.

E que significa Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν  nunha linguaxe que todos podamos comprender?

En linguaxe común, a nova ecuación de Einstein relaciona dous aspectos: curvatura do espazo-tempo e Masa (enerxía). Por poñelo en contexto, anteriormente a teoría da gravidade de Newton, o maior éxito da revolución científica do século XVII, achegaba dúas leis que podemos visualizar así:

A Masa “crea” Gravidade

e a forza de Gravidade “crea” Movemento de corpos masivos

É dicir, unha masa (por exemplo, a Terra) crea un campo gravitatorio, que á súa vez exerce unha forza que controla o movemento doutras masas, como unha mazá ou a Lúa. Coa achega de Einstein, a teoría de Newton víase agora desbancada por outra que a incluía como unha aproximación só válida para masas e velocidades relativamente pequenas. Pero a teoría de Einstein era moito máis que un refinamiento da de Newton: cambiaba completamente o concepto do que é realmente e como actúa a gravidade.

Que diferenzas hai entre a visión clásica do mundo de Newton e a relativista de Einstein?

Hai dúas esenciais. Por unha banda, na formulación de Einstein desaparece a noción de gravidade, que foi substituída por algo máis misterioso e suxestivo: a curvatura do espazo-tempo. E, por outra, unifica nunha soa ecuación as dúas leis básicas da teoría newtoniana. É dicir, ambas “quedan axuntadas nunha soa”. Sen ningunha dúbida, a eliminación da gravidade como unha forza “real” e a súa interpretación como un “efecto aparente” da curvatura do espazo-tempo é o elemento máis revolucionario da teoría. Desta maneira, Einstein explicaba cunha simplicidade abraiante a observación de Galileo de que, en ausencia de fricción, todos os corpos caen ao mesmo ritmo: os obxectos móvense nun mesmo espazo-tempo que, ao estar curvado, produce a impresión de movemento baixo unha forza que actúe sobre eles.

Podemos visualizar o concepto da ‘curvatura do espazo-tempo’?

É habitual representar os seus efectos como o movemento de canicas nunha cama elástica deformada polo peso dunha masa maior. Aínda que ilustrativa, esta analoxía non consegue transmitir o feito esencial de que a curvatura do espazo-tempo apenas afecta as direccións espaciais da cama elástica, senón que se produce maioritariamente na dirección do tempo. A teoría é demasiado rica e sutil como para deixarse capturar completamente por analoxías e imaxes simplificadas.

Entón, non hai forma de representar cunha imaxe sinxela a teoría da relatividade?

Habería que utilizar distintas imaxes para ilustrar diferentes aspectos da teoría, pero non hai unha que o capture todo correctamente. O da cama elástica está ben, pero ten limitacións serias. Por exemplo, non serve para ilustrar nin medianamente ben o que é un buraco negro, e dá lugar a confusións: Como é que dicimos que a curvatura é tan pequena que non a notamos habitualmente e, con todo, é suficientemente grande como para que un proxectil, ou a Lúa, sigan unha traxectoria curva en lugar de recta? Habería que escribir moito para explicar que nos movemos moito máis no tempo que no espazo, e o que iso leva.

Unha representación da curvatura do espacio-tiempo.

Unha representación da curvatura do espacio-tiempo.

Que relaciona a relatividade xeral cos buracos negros?

Todo comeza naquel mesmo ano 1915. Nunha carta datada o 22 de decembro (nada menos que desde a fronte de guerra rusa!), o astrónomo alemán Karl Schwarzschild comunicaba a un supoñemos que atónito Einstein que atopara unha solución extremadamente simple ás súas ecuacións. En concreto, para o caso da curvatura (ou gravidade) que crean os corpos masivos como o Sol, a Terra, as estrelas e duns obxectos que ningún dos dous vivirían para recoñecer: os buracos negros. Son pozos insondables e absolutos, máis fantásticos que a máis delirante creación da imaxinación humana.

Einstein chegou a crer nos buracos negros?

A predición da existencia dos buracos negros que implicaba a teoría foi tan radical (aínda máis que a expansión do universo) que nin sequera Einstein foi capaz de entendela. Foi un dos seus principais erros. Só foi aceptada despois, tras un longo e arduo proceso completado nos anos 60, dando así un magnífico exemplo de que as mellores teorías da física son a cotío “máis listas” que os seus propios creadores. Hoxe en día sabemos que os buracos negros son reais. Recentemente na película Interstellar puidemos ver unha das mellores representacións do que as ecuacións de Einstein poden chegar a conter.

A existencia de buracos negros era tan radical que para Einstein foi difícil de aceptar

Por que os buracos negros tamén confrontan á relatividade e á física cuántica?

Imaxina que se che cae o teu móbil ou tablet a un buraco negro. Hai algunha posibilidade, por moi remota que sexa, de que recuperemos a información que había neles? A teoría de Einstein di que non: cando algo cruzou o horizonte do buraco negro, xa non é posible recibir ningún sinal seu. Con todo, a mecánica cuántica di que a información nunca se pode perder: pódese embrollar moitísimo (como sucede se queimamos a tableta), pero en principio sempre ha de ser posible extraela de novo. Esta contradición entre ambas as teorías coñécese como o paradoxo da perda de información nos buracos negros. Esperamos que os esforzos en tentar resolver esta cuestión nos axuden a entender como unificar ambas as teorías.

Ten algunha aplicación práctica a relatividade xeral?

Se aínda alguén non está suficientemente impresionado pola nova visión do mundo que a teoría de Einstein proporciona, e pide unha utilidade práctica, abonda con que se deixe guiar por un navegador GPS. Se este non tivese en conta o efecto, pequeñísimo pero medible, que a curvatura do espazo-tempo ten sobre o sinal que o aparello recibe dos satélites, os nosos coches acabarían en poucos minutos na estrada equivocada. Así que a próxima vez que o seu navegador lle diga “chegou ao seu destino” e non se atope no fondo dun barranco ou encaixado contra un muro, pense por un instante que iso da curvatura do espazo-tempo debe de ter algo de certo. Agradeza a Einstein os anos de intenso traballo que dedicou a entendelo, e celebre a súa culminación nunha teoría tan magnífica.

Deixar unha resposta

XHTML: Podes empregar estas etiquetas: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.