Qué es la teoría de la relatividad ?

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La teoría de la relatividad es el marco teórico que explica el comportamiento del universo a nivel macro, es decir a nivel de galaxias, planetas, sistemas de estrellas o solares y demás cuerpos celestes. La teoría se empezó a hacer necesaria cuando ciertas anomalías del universo no se podían explicar en base al mecánica Newton o física clásica. Tiene algunos antecedentes como las transformaciones de Lorenz, el hecho de que la velocidad de la luz no cambia en ningún marco de referencia, el hecho de Mercurio se desviara de la órbita prevista por Kepler y Newton sin la existencia de otro cuerpo que lo atrajese que no fuera el Sol para citar algunos.

La teoría fue propuesta por Albert Einstein en 1905 y recibida con aplausos de unos y escepticismo de otros. Consta de dos partes, la publicada en 1905 que se conoce como la Teoría de la Relatividad Especial o Restringida que analiza solo los marcos de referencia inerciales (puntos o marcos de observación que se mueven a una velocidad constante) y la Teoría General de la Relatividad que estudia los marcos inerciales y no inerciales (cuya velocidad cambia en el tiempo).

Explicaremos ambas en palabras lo más sencillas posibles: Teoría de la Relatividad Especial: Primero afirma: que la velocidad de la luz es una constante, es decir no importa el marco de referencia que se utilice la velocidad de la luz no cambia. Igualmente existen otras constantes: la carga eléctrica y la fase de una onda. Segundo Einstein afirma que existe una cuarta dimensión: el tiempo, por lo tanto el universo está dentro de lo que hoy se llama un cronotopo o sea un espacio-tiempo, esto hace que exista una constante aparte de las anteriores: la distancia entre dos puntos cualquiera del universo no varia en el espacio-tiempo, para que esto ocurra entonces si dos puntos se alejan se distorsiona el tiempo y el espacio manteniendo el espacio-tiempo constante.

Tercero: masa y energía son equivalentes, de donde sale la ecuación E=mc2 que traduciríamos como la energía de un cuerpo (en reposo) equivale a la masa del cuerpo por la velocidad de la luz elevada a la segunda potencia. Cuarto: las transformaciones de Lorentz, que eran una curiosidad matemática ya que prácticamente todos los fiscos y matemáticos las conocen pero se sabían en qué utilizarlas exactamente, fueron utilizadas por Einstein en lugar de las transformaciones de Galieo (usadas por Newton) para explicar el movimiento relativo y con ellas obtener que la masa, la longitud de un objeto y el tiempo cambian con la velocidad, explican la distorsión del espacio-tiempo en otras palabras. Como las transformaciones de Galileo son un caso particular de las transformaciones de Lorentz podríamos afirmar que la mecánica de Newton es un caso particular de la mecánica relativista (o de la teoría de la relatividad).

Quinto: un observador no puede distinguir si su marco de referencia está en movimiento o está estático a menos que se produzca una aceleración. Sexto: Las leyes del universo se aplican por igual en cualquier marco inercial. La Teoría General de la Relatividad: Extiende las condiciones de la relatividad especial a marcos donde hay aceleraciones (donde cambia la velocidad). En estas condiciones la primera consideración es que un marco con aceleración funciona a un sistema gravitatorio, es decir que la aceleración del marco funciona como la aceleración de la gravedad al punto que un observador no podría distinguir entre un marco gravitatorio o acelerado. Este principio tiene una aplicación limitada pues ningún objeto puede mantenerse en aceleración infinitamente.

También estas limitaciones implican ciertas verdades, por ejemplo cuando uno dice que el centro del universo es la Tierra (es decir que la Tierra no se mueve) implícitamente se admite que sí se mueve con respecto a los otros cuerpos, por tanto ningún marco de referencia está inmóvil. Después de más de 100 años de propuesta la teoría de la relatividad es la más aceptada en cuanto a explicar lo que ocurre en el universo pues existe una gran cantidad de evidencias que la confirman como la existencia de agujeros negros, la curvatura del espacio alrededor de cuerpos masivos como el Sol o los planetas y muchas otras y sin embargo ya se hace evidente también que hay que realizar algunas revisiones a la teoría que llevarán a nuevas teorías.

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