La teoría de la relatividad

La teoría de la relatividad es el nombre que reciben dos teorías de Albert Einstein que cambiaron la forma de entender el espacio, el tiempo y la gravedad. La relatividad especial, de 1905, trata del movimiento a velocidad constante y muestra que el tiempo y el espacio no son absolutos. La relatividad general, de 1915, extiende esas ideas a la gravedad y la describe como una curvatura del espacio-tiempo. Juntas sustituyeron la física de Newton allí donde esta deja de funcionar, y hoy forman parte de tecnologías tan cotidianas como el GPS.

La relatividad especial partió de un conflicto. Según las ecuaciones de Maxwell, la luz viaja siempre a la misma velocidad, unos 300.000 kilómetros por segundo, pero la física clásica decía que las velocidades se suman: quien corre hacia un rayo de luz debería verlo llegar más deprisa. El experimento de Michelson y Morley había buscado en 1887 esa diferencia sin encontrarla. Einstein, entonces empleado de la oficina de patentes de Berna, tomó en 1905 dos principios como punto de partida: las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven a velocidad constante, y la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos ellos.

Si la luz es igual para todos, algo tiene que ceder, y lo que cede es el tiempo. Un reloj en movimiento marcha más despacio que uno en reposo, un objeto en movimiento se acorta en la dirección de su avance, y dos sucesos simultáneos para un observador pueden no serlo para otro. Los efectos son minúsculos a las velocidades de la vida diaria y enormes cerca de la de la luz, lo que da lugar a la paradoja de los gemelos. Unos meses después, Einstein dedujo de la teoría la ecuación más famosa de la física, E = mc²: la masa es una forma de energía, y una cantidad pequeña de masa equivale a una cantidad gigantesca de energía.

La relatividad especial dejaba fuera la gravedad, y Einstein tardó diez años en incorporarla. El punto de partida fue lo que llamó la idea más feliz de su vida: una persona en caída libre no siente su propio peso. Desde dentro de un ascensor cerrado no se puede distinguir entre estar en reposo en un campo gravitatorio y estar acelerando en el espacio. Ese principio de equivalencia le llevó a una conclusión radical: la gravedad no es una fuerza que actúa a distancia, como pensaba Newton, sino el efecto de la curvatura del espacio-tiempo producida por la masa y la energía. El físico John Wheeler lo resumió así: la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse.

La teoría, presentada en noviembre de 1915, explicó de inmediato una anomalía que Newton no podía explicar: el perihelio de Mercurio avanza 43 segundos de arco por siglo más de lo previsto. Y predijo algo nuevo: la luz de las estrellas se desvía al pasar cerca del Sol el doble de lo que se deducía de la física newtoniana. Para medirlo hacía falta un eclipse total. El 29 de mayo de 1919, dos expediciones británicas fotografiaron el eclipse desde Sobral, en Brasil, y desde la isla de Príncipe, en el golfo de Guinea.

Los resultados se anunciaron en Londres en noviembre de 1919 y convirtieron a Einstein en una celebridad mundial de la noche a la mañana. Las medidas eran imprecisas, y desde entonces se ha discutido si Arthur Eddington favoreció las placas que daban la razón a Einstein, pero repeticiones posteriores con radiotelescopios confirmaron la predicción con gran precisión.

La relatividad general predijo además fenómenos que tardaron décadas en observarse: la expansión del universo, de la que se deduce el Big Bang, los agujeros negros y las ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo que el detector LIGO captó por primera vez en septiembre de 2015, producidas por la fusión de dos agujeros negros. Su aplicación más cercana está en el bolsillo. Los relojes de los satélites GPS adelantan unos 38 microsegundos al día respecto a los de la Tierra, por el efecto combinado de su velocidad y de la menor gravedad a su altura. Sin corregirlo, la posición calculada acumularía un error de varios kilómetros diarios.

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