27 de agosto del 2015

“La teoría de la relatividad general nos ha permitido predecir la evolución del universo”

Francisco De Zela

Docente del Departamento de Física de la PUCP

En noviembre de 1915, luego de 10 años de haber propuesto la teoría de la relatividad especial, Albert Einstein formuló una propuesta teórica que reemplazaría la teoría de gravitación de Newton: la teoría de la relatividad general. A 100 años de este importante hito académico el profesor Francisco de Zela, docente del Departamento de Física, nos explica más sobre ella.

¿Cómo podemos entender esta teoría de manera simple?

Las leyes que rigen los fenómenos naturales, y en particular los fenómenos físicos, deben ser independientes del sistema de referencia desde el cual son descritos. Consideremos dos sistemas de referencia que se mueven uno respecto al otro con velocidad constante. Las leyes físicas deben ser formuladas de manera que sean invariantes respecto a la transformación que conecta a un sistema con el otro. Tal formulación invariante constituye el tema central de la “teoría de relatividad especial”, que publicó Einstein en 1905.

La generalización natural apuntó a establecer una formulación semejante; pero considerando dos sistemas con movimiento relativo arbitrario. Ese fue el objetivo de la relatividad general (RG), que Einstein se empeñó en formular, con idas y venidas, durante diez años. Lo que publicó en 1915 y que hoy comúnmente se llama “teoría de relatividad general”, fue en realidad una teoría de gravitación, la cual reemplaza a la teoría de gravitación de Newton.

No es entonces una teoría general de relatividad, propiamente dicha. Esta última, hasta el día de hoy, no ha sido formulada. Es decir, no sabemos cuáles son las transformaciones que conectan las mediciones espacio-temporales realizadas en un sistema de referencia dado, con las mediciones correspondientes realizadas en un sistema que se mueve respecto al primero de manera arbitraria.

¿Qué significó la proposición de esta teoría en 1915?

El impacto que tuvo la RG en 1915 quedó limitado a círculos muy especializados. Se hizo muy popular cuando en 1919 una expedición británica confirmó que los rayos de luz se curvan al pasar rasantes al Sol. Einstein se volvió mundialmente conocido y la RG comenzó a divulgarse por diversos medios.

¿Cómo impactó en la manera en la que se concebía el universo?

El impacto de la RG en la descripción del Universo fue muy grande. Gracias a ella, por primera vez se dispuso de la herramienta adecuada para describir la dinámica del Universo a partir de ecuaciones diferenciales en las que se involucran cantidades que hacen referencia a la estructura espacio-temporal del Universo mismo. El campo gravitacional generado por estrellas y galaxias tiene por efecto “curvar” al espacio-tiempo. A su vez, la “curvatura” del espacio-tiempo le impone a la materia cómo debe moverse. De esta interdependencia surge la forma como evoluciona el Universo.

¿Qué avances académicos se lograron gracias a esta teoría?

Los avances derivados de la RG fueron varios. La “geometrización” de las teorías físicas fue quizás el más trascendente, ya que se extiende a las teorías fundamentales de las partículas elementales. Otro avance lo constituyó el fijar como objetivo la descripción unificada de las interacciones fundamentales. El primer intento lo constituyó la unificación de la interacción gravitacional y la electromagnética. Esto no se logró; pero sí se logró una formulación relativamente unificada de las interacciones fuerte, débil y electromagnética, en el llamado “modelo estándar”.

¿Qué aplicaciones prácticas tuvo?

Respecto a las “aplicaciones prácticas” cabe decir que la RG se formula en el marco de la ciencia fundamental, no de la ciencia aplicada. Su objetivo no es entonces resolver algún problema práctico, como no lo es tampoco de otras ciencias tales como la arqueología, la lingüística, la matemática, etc., aunque con frecuencia se deriven de ellas aplicaciones que dan solución a problemas que se mantuvieron vigentes por décadas o incluso siglos. En el caso de la RG, una imprevista aplicación la encontramos en los modernos sistemas de posicionamiento global (GPS).

¿Cuál ha sido el principal aporte de esta teoría?

El principal aporte de la RG habría que verlo quizás en el habernos dado la capacidad de predecir la evolución del Universo.

¿Por qué considera usted que se recuerda a esta teoría, en el ámbito social?

Creo que la relatividad, tanto la especial cuanto la general, han tenido un impacto social debido a que los efectos contra-intuitivos como son la relatividad del tiempo, la contracción de la longitud de un objeto en movimiento, la existencia de agujeros negros y “agujeros de gusano”, las “máquinas de tiempo”, etc., son temas que se prestan a la popularización, especialmente cuando se borra la frontera que separa la ciencia de la ciencia-ficción.

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