La teoría de la relatividad es una de las áreas de estudio con mayor relevancia en la física moderna. Esta se trata de la comprensión de Albert Einstein sobre el efecto de la gravedad en la estructura del espacio-tiempo. Dicha teoría fue publicada en 1915, complementando las ideas previas sobre relatividad especial que había publicado en 1905.
Entre 1905 y 1915, Einstein se dedicó a determinar el efecto de los objetos sobre el espacio-tiempo, indicando que estos son capaces de deformar dicho tejido. La distorsión que ocasionan los objetos sobre el espacio-tiempo es la que se manifiesta como gravedad.
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Fuerza gravitacional en la teoría de la relatividad
Para comprender la teoría de la relatividad es necesario entender algunos términos como la gravedad. Esta última se refiere a la fuerza de atracción ejercida entre dos objetos. Esta fuerza fue cuantificada por Isaac Newton, al mismo tiempo que establecía las tres leyes de la física clásica. Hoy en día se entiende que la fuerza gravitacional entre dos cuerpos depende de la distancia entre ellos, así como de la masa de cada uno.
En el centro de la tierra, la gravedad ejerce una fuerza que mantiene a los objetos pegados a la superficie terrestre. Al mismo tiempo, cada persona y organismo ejerce una fuerza de atracción sobre el planeta. Sin embargo, las fuerzas ejercidas por objetos pequeños en relación con otro objeto masivo (como es el caso de una persona sobre el planeta), suele considerarse casi irrelevante.
Mientras que esta misma fuerza sobre el objeto pequeño resulta de gran impacto. Las leyes propuestas por Newton presumen que la gravedad no es más que una fuerza innata que posee un objeto y que es capaz de provocar un efecto a distancia.
Relatividad especial
La teoría de la relatividad sugerida por Einstein indica que las leyes de la física son aplicables sobre objetos u observadores que no aceleran. En estos trabajos, también se demuestra que la velocidad de la luz en el vacío es constante, independientemente de la velocidad del observador.
Estos dos fundamentos permitieron comprender que el espacio y el tiempo se encuentran interrelacionados en una especie de tejido continuo conocido como espacio-tiempo. De esta manera, los eventos que ocurren en un tiempo determinado para un observador A, pueden llevarse a cabo en momentos diferentes para un observador B.
Al desarrollar las ecuaciones de la teoría, Einstein comprendió que los objetos masivos son capaces de deformar el espacio-tiempo. La vigencia e importancia de la relatividad radica en que existe un sinfín de fenómenos que cumplen con las predicciones de esta teoría.
Conceptos y fundamentos de la teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad tiene sus fundamentos sobre dos conceptos claves. El primero de ellos indica que ningún componente del mundo natural tiene un lugar privilegiado en el universo. En otras palabras, que las leyes de la física se aplican de igual forma para todos los objetos, siempre y cuando estos mantengan un movimiento rectilíneo uniforme.
Un ejemplo clásico de este concepto es el de una persona en un tren que mira por la ventana y ve moverse un tren adyacente. Sin embargo, para la persona es difícil determinar cuál de los dos trenes se mueve, si en el que se encuentra o el que está enfrente. Si el movimiento que mantiene el tren adyacente es rectilíneo uniforme, será imposible saber cuál es el objeto que se mueve. Einstein determinó este como el principio central de la física.
El segundo concepto fundamental en la teoría de la relatividad, indica que la velocidad de la luz es constante, con aproximadamente, 299338 km por segundo. Además, no importa la velocidad de un observador u objeto que emite luz, esta siempre tendrá una velocidad constante.
Aplicación de los postulados
Los postulados o conceptos mencionados le permitieron a Einstein demostrar la relación entre el espacio y el tiempo, algo que no había sido evidente para ningún científico de la época. El desarrollo de la teoría de la relatividad ha permitido establecer otros conceptos como la dilatación del tiempo.
Para comprender este postulado se propone el ejemplo de una persona que viaja en un cohete y ve pasar otra persona en un cohete a menor velocidad. Este concepto establece que el tiempo de la persona que viaja en el cohete más lento corre más lento. Por otro lado, las dimensiones del cohete que va más lento parecen ser menores que el cohete de mayor velocidad.
En otras palabras, el cohete con mayor aceleración tendrá una mayor masa y, por tanto, a mayor velocidad, mayor peso. Esto a su vez produce una resistencia sobre la aceleración. De esta manera, Einstein demostró que los objetos con masa no pueden alcanzar la velocidad de la luz.
Gracias a la relatividad ha sido posible también comprender el intercambio entre la materia y la energía, mediante la ecuación E = mc². c² representa la velocidad de la luz al cuadrado. Este valor es tan alto, que hace que cualquier masa, por diminuta que sea, se convierta en una cantidad de energía muy grande. Este es el principio de las bombas atómicas y de hidrógeno.
Aplicaciones de la teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad es mucho más compleja de lo que exponemos en este artículo. Además, sus fundamentos parecen tener una esencia esotérica. A pesar de esto, la relatividad ha tenido un impacto sin precedentes sobre el mundo actual, en especial en el desarrollo de centrales y armas nucleares.
Estas últimas se basan en el descubrimiento sobre la conversión de materia en energía. Las redes de posicionamiento o GPS, también basan sus ideas y funciones en la relatividad, haciendo más precisos los cálculos.
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