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TEMAS | FÍSICA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL: Las curvas del universo
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La Relatividad General estudia el problema de la fuerza de gravedad y su relación con el movimiento acelerado. En un famoso gedankenexperiment (experimento "pensado" o imaginario), Einstein razonó que es posible eliminar los efectos de la gravitación -el peso de las cosas- en un sistema en caída libre. Esto es algo que los astronautas experimentan todo el tiempo pues las cápsulas espaciales en órbita se encuentran totalmente en caída libre. A Einstein se le ocurrió esto hacia 1910, cuando ni se soñaba con la posibilidad de los viajes espaciales.
Imagina una superficie flexible como una cama elástica. Si en medio de ella se pone un objeto pesado, como una piedra grande, ¿qué sucede? La cama se hunde donde está la piedra. Imagina ahora que una bolita pequeña rueda sobre la superficie deformada de la cama. La bolita se desvía hacia la parte hundida de la superficie, como si la piedra la atrajera.
Pero, no es que la piedra atraiga a la pelotita; es sólo que la superficie sobre la que se desliza está curvada, hundida por la presencia de la piedra. Así se imaginó Albert Einstein el movimiento de los planetas, de estrellas y galaxias.
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La atracción de los planetas hacia el Sol puede entenderse como resultado de una deformación del espacio producida por el Sol en su entorno. Los planetas orbitan como si fueran atraídos por el Sol, pero sólo siguen la curvatura del espacio, como la bolita que sigue la curvatura de la superficie elástica. Así, también, los propios planetas curvan su espacio cercano, creando condiciones para que satélites naturales o artificiales giren en torno a ellos. Todo el universo funcionaría así.
La teoría de Einstein
En 1915, Albert Einstein publicó una teoría de la gravitación basada en estas ideas geométricas. No hay atracción sino cambios en la geometría del espacio --y también del tiempo--, producidos por la presencia de materia. Con esto, Einstein cambió la forma de ver el universo. ¿Cómo llegó Einstein a esta idea?
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Galileo Galilei, a fines del siglo XVI, observó que todos los cuerpos caen o siguen las mismas trayectorias, si inician el movimiento de una misma manera. No importa qué masa tengan, si son más livianos o más pesados. En el siglo siguiente, Isaac Newton presentó su ley de Gravitación Universal que dice que todos los cuerpos en el universo se atraen con una fuerza que es proporcional a sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Una consecuencia de esta ley es también que el movimiento gravitatorio resultante no depende de la masa del cuerpo.
Inspirado por la observación de Galileo y por el carácter universal del movimiento gravitatorio, Einstein pensó que la gravitación podía entenderse mejor como un fenómeno geométrico, como una propiedad del espacio mismo. En lugar de ver la gravedad como una fuerza de atracción, se la puede entender como consecuencia de la curvatura del espacio, generada por la presencia de materia o energía. Einstein expresó matemáticamente estas ideas en su famosa Teoría de la Relatividad General.
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Una consecuencia notable de esta forma geométrica de entender la gravitación es que en un espacio curvado la luz también debe seguir trayectorias no rectilíneas. Esto sería notorio por ejemplo, si la trayectoria de la luz pasa cerca de una gran cuerpo celeste. Esta desviación no sería posible en la teoría de Newton, pues al no tener masa, la luz no podría ser atraída gravitacionalmente. Sin embargo, según Einstein, la luz se mueve en el espacio siguiendo la geometría. Si la geometría del espacio es curvada por la presencia de un cuerpo celeste, la luz será testigo de esa alteración y no se propagará rectilíneamente.
La desviación de un rayo de luz al pasar cerca del sol fue comprobada en 1919 durante un eclipse. Esto marcó el comienzo de la fama de Einstein y de sus ideas.
La Relatividad General además permitió hacer otras predicciones de gran precisión, como la forma de la órbita de Mercurio, que es inexplicable usando sólo las leyes de Newton. Desde entonces la teoría de Einstein ha permitido descubrir fenómenos aún más espectaculares, como los agujeros negros, la expansión del universo y el Big-Bang.