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.
