La teoría de la relatividad

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Por Adolfo Blanco Ávila

Cuando Albert Einstein formuló la teoría de la relatividad realizó una hazaña intelectiva que estableció un nuevo orden en las disciplinas de la física y puso fin a una crisis que ya duraba unos cincuenta años.

La crisis había sido originada por la incompatibilidad de la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell con la mecánica de Isaac Newton, que durante más de doscientos años había sido admitida como modelo de la ciencia experimental.

La teoría de Einstein logró la integración de la mecánica con el electromagnetismo, de una manera tan satisfactoria que las discusiones sobre el tema cesaron casi por completo.

La primera parte, la teoría de la relatividad restringida fue presentada el 11 de noviembre de 1905 y la segunda parte: la teoría de la relatividad generalizada, en 1916.

“Después de un siglo de haber sido formulada, la teoría de la relatividad sigue vigente, a tal punto que los científicos siguen encontrando evidencias que contribuyen a apoyar las hipótesis fundamentales formuladas por Albert Einstein”, dice el ingeniero Máximo Letona, ingeniero químico, de la Universidad de San Carlos, con estudios en enseñanza superior de la física y miembro de la Comisión de Popularización de la Ciencia, de la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología (Senacyt).

El ingeniero Letona subraya la importancia de comprender la estructura de una teoría científica y de la verificación de sus enunciados.

“A partir de observaciones primarias se formulan los postulados de la teoría y posteriormente se formulan predicciones. Estas predicciones deben ser confirmadas en la experiencia. La confirmación de las predicciones constituyen una validación de la teoría.”

Una de esas verificaciones fue el establecimiento de la presencia de partículas llamadas “muones”, procedentes del espacio exterior, en las proximidades de la superficie terrestre, lo cual solo es posible, por la dilatación del tiempo, prevista por la teoría de la relatividad restringida.

Mucho más espectacular aún ha sido la determinación de la existencia de ondas gravitacionales, mediante observaciones realizadas en el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales, trabajo por el cual le fue conferido el Premio Nobel 2017 a Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne.

Este hecho constituye una comprobación de la teoría de la relatividad generalizada.

En el curso del año 1916, Albert Einstein (1879-1955) llevó a término su exposición sistemática de la Teoría de la relatividad. La obra contiene dos partes: la Mecánica de las partículas, tanto de las que tienen masa como de las que no la tienen (como la luz) y una nueva Teoría de la gravitación.

La primera parte, la Teoría de la relatividad restringida, presentada diez años antes, en una memoria llamada “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento” había ocasionado ya una conmoción en el mundo científico, porque conducía a la revisión de ideas nunca antes cuestionadas. En particular, el espacio y el tiempo, considerados absolutos eran tratados ahora como entidades relativas.

Muchas personas creen, que la Teoría de la relatividad asevera que “todo es relativo”. Esta creencia es una muestra de que la Teoría no ha pasado a formar parte de la cultura general. En realidad, la nueva ciencia afirma que la velocidad de la luz es absoluta y que, conforme al principio de la relatividad, una ley de la naturaleza que es válida en un sistema también lo es en otro sistema que se mueva con velocidad uniforme con respecto al primero.

Todo el esfuerzo intelectual de Einstein, y de la nueva ola de científicos relativistas se dirigió a someter a estos principios las leyes naturales conocidas.

Puede apreciarse el poder explicativo de la nueva teoría si se considera que ella pasó a convertirse en la parte principal de una estructura arquitectónica de la que forman parte la electrodinámica de Maxwell, la entonces emergente teoría cuántica y la misma Mecánica de Newton, que puede ahora considerarse como un caso especial: aquel en que las velocidades son bajas, comparadas con la velocidad de la luz. La física de partículas, que permite el conocimiento interno del átomo, descansa en la teoría de la relatividad y en la teoría cuántica.

La nueva cinemática requiere un nuevo marco espacio-temporal, en el que el tiempo es otra dimensión, igual que cada una de las tres dimensiones del espacio. En el nuevo marco, la velocidad tiene que ser redefinida, de modo que ningún objeto pueda tener una velocidad superior a la de la luz.

A la nueva cinemática corresponde una nueva dinámica. Uno de los resultados más importantes y más conocidos de la nueva dinámica es la fórmula que establece una interrelación entre la energía y la masa de un cuerpo. La relación está dada por la expresión

La fórmula se interpreta en el sentido de que la energía puede convertirse en materia y que la materia puede convertirse en energía. Un gramo de materia puede transformarse en una gran cantidad de energía. La comprobación más espectacular de este enunciado fue la detonación de la bomba atómica que puso fin a la Segunda Guerra Mundial y que dio inicio a la Guerra Fría, que tantas calamidades extendió sobre el mundo de la postguerra (situación de la que Guatemala no estuvo exenta).

Otra conclusión desconcertante de la nueva Física es que la masa de un cuerpo no es absoluta. Depende de la velocidad del cuerpo. Cuando la velocidad de un cuerpo aumenta, su masa aumenta.

Para la energía atómica se han encontrado aplicaciones menos siniestras, y mucho más beneficiosas para la vida cotidiana de los seres humanos, como la producción de electricidad.

“La teoría de la relatividad constituye un salto cuántico en el desarrollo de la ciencia”, dice el arquitecto Günther Meléndez, de la Universidad Galileo.

La metáfora puede interpretarse en el sentido de que la formulación de la nueva teoría constituyó un cambio muy drástico en la forma de plantear las teorías y en la concepción de los supuestos básicos.

“La ciencia trasciende las generaciones y sus resultados constituyen un acrecentamiento de los bienes culturales de la humanidad”, agrega el arquitecto Meléndez. “Todo lo que hoy tenemos como bienes y servicios, son resultado de los avances científicos y tecnológicos del pasado.”

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