Por qué a sus cien años, la teoría de la relatividad sigue vigente

La teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, que transformó nuestra comprensión del Universo y de sus fenómenos, celebra su centenario este año sin haber perdido vigencia. Todos los  experimentos llevados a cabo para verificarla la han corroborado.

"Einstein cambió nuestra percepción de las cosas más fundamentales, que son el espacio y el tiempo, y nos abrió los ojos al cosmos y a algunos de sus objetos más interesantes, como los agujeros negros", explicó a la AFP David Kaiser, profesor de física y de historia de la ciencia del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

El célebre físico que pasó los últimos años de su vida en la Universidad de Princeton, en el este de Estados Unidos, presentó su teoría el 25 de noviembre de 1915 ante la Academia Prusiana de las Ciencias. El documento fue publicado en marzo de 1916 en la revista Annalen Der Physik.

La Relatividad General, una de las teorías científicas más revolucionarias de la historia, representó un salto inmenso respecto a la ley de gravitación universal de Isaac Newton de 1687, al mostrar que "el espacio y el tiempo no son inmutables, sino fenómenos dinámicos sometidos a una evolución, igual que otros procesos del Universo", explica Michael Turner, profesor de física y de cosmología de la Universidad de Chicago.

Einstein ya avanzó la teoría de la Relatividad Restringida en 1905 al describir la distorsión del tiempo y del espacio mediante un objeto que avanza a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, que sí es inmutable. También produjo su célebre ecuación E = mc2, que puso en entredicho las hipótesis de entonces, según las cuales la energía y la masa eran diferentes. Él demostró que se trataba de la misma cosa, pero bajo formas diferentes.

Precursor del GPS

Diez años más tarde, la Relatividad General ofreció una visión más amplia al explicar que la gravedad es una curvatura en el espacio-tiempo en presencia de una masa. Así, el tiempo pasa más lentamente en proximidad de un campo gravitacional como el de un planeta que en el vacío del espacio.

Este corolario fue verificado comparando dos relojes atómicos, uno de ellos en la Tierra y otro en un avión a gran altitud, que resultó retrasarse ligeramente.

El GPS es una aplicación de este fenómeno. Los satélites tienen relojes extremadamente precisos ajustados para tener en cuenta esta diferencia de tiempo, sin lo cual los GPS no podrían funcionar.

Según la teoría de la Relatividad General, la luz también se curva a causa de campos gravitatorios potentes, algo que el astrónomo británico Arthur Eddington confirmó con sus observaciones en 1919.

Einstein también predijo que las estrellas en el final de su vida, cuando ya han agotado su combustible nuclear, colapsan bajo su propia gravedad. Su envoltura externa explota en una supernova, y su corazón se transforma en un objeto muy denso llamado "estrella de neutrones" o "púlsar", que gira muy rápidamente sobre sí mismo. Así, estas estrellas pueden transformarse en un agujero negro, cuyo gigantesco campo gravitacional curva tanto el espacio que la luz no puede escapar.

Según Einstein, estos cuerpos celestes, debido a su masa, tendrían que provocar ondulaciones en el espacio-tiempo, igual que una piedra forma olas en el agua.

Se trata de las ondas gravitacionales que los astrónomos esperan observar directamente, explica el profesor Kaiser. "Esto confirmaría una de las últimas grandes predicciones de Einstein, que aún no ha sido verificada", añade.

Algunos instrumentos construidos con este fin, como el Observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en Estados Unidos, o el interferómetro láser VIRGO en Europa, podrían detectar esas ondas en los próximos años, estima el científico.

Teoría de las cuerdas

Sin embargo, el enorme desafío consiste en conciliar la teoría de la Relatividad General con la física cuántica, los dos grandes pilares de la física moderna. La física cuántica, contrariamente a la relatividad, funciona perfectamente para describir los fenómenos a nivel atómico, con numerosas aplicaciones que van del transistor a los ordenadores, pero no funciona a escala del Universo.

Para el profesor Turner, la teoría más prometedora para tal conciliación es la teoría de las cuerdas, según la cual las bases fundamentales de la materia no serían las partículas, sino una especie de cuerditas elásticas que vibran a diferentes frecuencias.

"Esta teoría podría responder eventualmente a la pregunta fundamental de la naturaleza del tiempo y el espacio (...) y sugiere la existencia posible de otras dimensiones", explicó a la AFP.

Según el experto, "la teoría de las cuerdas es como una gran cesta vacía en la que podemos meter las esperanzas y los sueños", mientras "estamos listos para la próxima etapa, para el próximo Einstein".