Este artículo ha sido escrito por David Lyth, de la Universidad de Lancaster, y publicado originalmente por The Conversation.

La gravedad ata nuestros cuerpos al planeta Tierra, pero no define los límites de la mente humana. En noviembre de 1915 -hace exactamente un siglo- se demostró que esto era cierto cuando Albert Einstein, en una serie de conferencias en la Academia Prusiana de Ciencias, presentó una teoría que revolucionaría nuestra forma de ver la gravedad, y la propia física. Durante dos siglos, la teoría de la gravitación universal de Newton, extraordinariamente sencilla y elegante, parecía explicar bien el asunto. Pero, como ocurre cada vez más con la física, lo simple ya no es suficiente.

El punto de partida de Einstein para la relatividad general fue su teoría de la relatividad especial, publicada en 1905. Ésta explicaba cómo formular las leyes de la física en ausencia de gravedad. En el centro de ambas teorías se encuentra una descripción del espacio y el tiempo que es diferente de la que sugeriría el sentido común.

Las teorías explican cómo interpretar el movimiento entre diferentes lugares que se mueven a velocidades constantes en relación con los demás, en lugar de en relación con una especie de éter absoluto (como había supuesto Newton). Aunque las leyes de la física son universales, dice, los distintos espectadores verán el tiempo de los acontecimientos de forma diferente según la velocidad a la que viajen. Un acontecimiento que parece durar 1.000 años visto desde la Tierra puede parecer que sólo dura un segundo para alguien que viaja a gran velocidad en una nave espacial.

En el centro de las teorías de Einstein está el hecho de que la velocidad de la luz es independiente del movimiento del observador que mide la velocidad. Esto es extraño, porque el sentido común sugiere que si te sientas en tu coche al lado de una vía férrea, un tren que pasa por allí parecerá moverse mucho más rápido que si lo sigues en la misma dirección.

Sin embargo, si en lugar de eso te sientas y observas cómo pasa un rayo de luz, éste se movería igual de rápido independientemente de que lo siguieras o no, una clara indicación de que algo falla en el sentido común.

La implicación de esta teoría es que tenemos que renunciar a la idea de que existe un tiempo universal, y aceptar que el tiempo registrado por un reloj depende de su trayectoria mientras se mueve por el universo. Esto también significa que el tiempo pasa más despacio cuando se va rápido, lo que significa que un gemelo que va al espacio envejecerá más despacio que su hermano en la Tierra.

Esta “paradoja de los gemelos” puede parecer un capricho matemático, pero en realidad se verificó experimentalmente en 1971 en un experimento en el que se utilizaron relojes atómicos en vuelos comerciales.

La relatividad especial sólo funciona para los marcos inerciales que se mueven uno respecto al otro si se mueven a velocidad constante; no puede describir lo que ocurre si se aceleran. Einstein se preguntó cómo ampliarla para incluir dicha aceleración y permitir la gravedad, que causa la aceleración y, después de todo, está en todas partes.

Se dio cuenta de que el efecto de la gravedad desaparece si no se intenta superarla. Imaginó a personas en un ascensor cuyo cable se había roto en caída libre y calculó que, puesto que los objetos flotarían inmóviles o a velocidad constante, las personas no sentirían la gravedad. Pero hoy en día sabemos que esto es cierto, ya que lo hemos visto nosotros mismos en las personas de la estación espacial internacional. En ambos casos no hay fuerzas que contrarresten el efecto de la gravedad y las personas no experimentan gravedad.

Espacio-tiempo curvo. Mopic

Einstein también se dio cuenta de que el efecto de la gravedad es el mismo que el de la aceleración; conducir a gran velocidad nos empuja hacia atrás, como si la gravedad tirara de nosotros. Estas dos pistas llevaron a Einstein a la relatividad general. Mientras que Newton había visto la gravedad como una fuerza que se propaga entre los cuerpos, Einstein la describió como una pseudofuerza que se experimenta porque todo el tejido entretejido del espacio y el tiempo se dobla alrededor de un objeto masivo.

El propio Einstein dijo que su camino no fue nada fácil. Escribió que “en toda mi vida no me había esforzado tanto, y me he impregnado de un gran respeto por las matemáticas, cuya parte más sutil había considerado hasta ahora, en mi simplicidad, como un puro lujo”.

La evidencia

Tan pronto como Einstein descubrió la relatividad general, se dio cuenta de que explicaba el fracaso de la teoría de Newton para explicar la órbita de Mercurio. La órbita no es del todo circular, lo que significa que hay un punto en el que está más cerca del sol. La teoría de Newton predice que este punto es fijo, pero la observación muestra que gira lentamente alrededor del sol y Einstein descubrió que la relatividad general describe correctamente la rotación.

“Estaba fuera de sí por la alegría”, escribió unos meses después. Desde entonces, la relatividad general ha superado con éxito muchas pruebas de observación.

Usted utiliza la relatividad general cada vez que invoca el sistema GPS para conocer su posición en la superficie de la Tierra. Ese sistema emite señales de radio de 24 satélites y el receptor GPS de su teléfono o coche analiza tres o más de esas señales para averiguar su posición utilizando la relatividad general. Si hubieras utilizado la teoría de Newton, el sistema GPS habría dado una posición errónea.

Pero mientras que la relatividad general funciona bien para describir el mundo físico a grandes escalas, la mecánica cuántica ha surgido como la teoría más exitosa para partículas diminutas como las que componen un átomo. Al igual que las teorías de la relatividad, la mecánica cuántica es contraintuitiva. Está por ver si es posible unir ambas, pero es poco probable que reintroduzca el sentido común en la física.

David Lyth, profesor emérito de Física de la Universidad de Lancaster.

Este artículo fue publicado originalmente por The Conversation. Lea el artículo original.