¿Cómo explicar simplemente la teoría de la relatividad?

Muy a menudo me hacen preguntas cuya causa es una mala comprensión de la teoría de la relatividad. Por ejemplo:

Si los fotones no tienen masa, ¿por qué la gravedad de los agujeros negros actúa sobre los rayos de luz?

En este artículo hablaré sobre la teoría de la relatividad en un lenguaje lo más simple posible sin fórmulas complicadas y sin demasiadas tonterías. Vamos a empezar.

ascensor de einstein

Todo empezó con Einstein. Estaba sentado allí en Suiza, trabajando como empleado en la oficina de patentes. Tenía mucho tiempo libre (cuántas patentes hay en Suiza) y aprovechó este tiempo para pensar en la naturaleza de la luz y se le ocurrió el siguiente experimento mental:

Supongamos que un hombre está dentro de un ascensor cerrado con llave parado en el suelo. Si lanza, por ejemplo, una manzana, caerá con una aceleración igual a g. ¿Y si en algún lugar del espacio hay otra cabina de ascensor exactamente igual, pero se mueve con una aceleración igual a g? ¿Hay alguna forma de averiguar experimentalmente en cuál de las dos cabinas de ascensor estamos? Al final resultó que, no hay forma de distinguir la primera situación de la segunda. Todos los procesos físicos se ejecutarán exactamente igual dentro de ambas cabinas. A partir de esto, Einstein concluyó que no hay diferencia entre la gravedad y la aceleración.

Parecería que ¿y qué? Pero Einstein no sería Einstein si no fuera más allá. Supongamos que estamos en un ascensor que se mueve con aceleración y alumbramos con una linterna de una pared a la otra. La luz se propaga en línea recta, pero como el ascensor se está moviendo, mientras la luz va de una pared del ascensor a la otra, el ascensor también recorre cierta distancia. En la pared opuesta, la luz incidirá justo debajo del punto de donde provino. Desde el punto de vista del observador en el ascensor, ¡la luz viajará en una parábola! Pero esto se explica por el hecho de que el ascensor se está moviendo.

Hasta ahora, todo es obvio. Pero, ¿qué sucede si encendemos una linterna en un ascensor que se encuentra en la Tierra? Y luego Einstein sugirió una idea ingeniosa: dado que no hay diferencia entre la gravedad y la aceleración, entonces, en un ascensor parado en el suelo, ¡la luz también se moverá a lo largo de una parábola! ¡La gravedad dobla la trayectoria de la luz!

¿Cómo puede la gravedad afectar la luz? Después de todo, todo el mundo sabe que los fotones no tienen masa, entonces, ¿cómo puede actuar la gravedad sobre ellos? Cualquier otro investigador hubiera dicho: “Qué tontería” y vuelto a empezar. Pero esas pequeñas cosas nunca detuvieron a Einstein. Pensó, está bien, deja que la luz viaje en línea recta, pero este espacio en sí es curvo.

Para los físicos de la época, esto puede no haber sonado como una completa tontería, pero estuvo cerca de eso. Al final, Einstein pasó una docena de años desarrollando una base matemática para su teoría. Y él hizo.

Cuando comenzaron a calcular cosas diferentes con la nueva teoría, resultó que los resultados de los cálculos concordaban mucho mejor con las observaciones. La Teoría de la Relatividad dio una explicación para el desplazamiento del perihelio de la órbita de Mercurio, que no tenía explicación bajo la teoría de la gravitación de Newton. Luego, durante un eclipse solar en 1919, también fue posible detectar la curvatura de la luz de las estrellas predicha por la teoría de la relatividad al pasar cerca del Sol, que no suele ser visible cuando el Sol no está oscurecido.

Así que tuvimos que aceptar la teoría de la relatividad. Desde entonces, se han realizado muchos experimentos y todos mostraron una excelente concordancia con la teoría de la relatividad.

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