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Teoría de la Relatividad General
IES La Magdalena.
Avilés. Asturias


Tras desarrollar la Teoría de la Relatividad Especial (TER), Albert Einstein se planteó la tarea de extender el Principio de Relatividad a todos los sistemas, fueran inerciales o no.
El hecho de que las leyes de la física pudiesen escribirse de la misma manera para todos los sistemas de referencia inerciales (lo quese conoce como covarianza de las leyes), mientras que no se cumplían para sistemas acelerados parecía contradictorio, máxime si pensamos que todos los cuerpos del universo están sometidos a la fuerza de gravedad, siendo por tanto objetos que poseen aceleración. No es posible, por tanto, fijar ningún sistema que sea rigurosamente inercial.
Realmente si los efectos debidos a la aceleración son muypequeños (pensemos en el valor de la aceleración centrípeta de la Tierra orbitando alrededor del Sol debido a la fuerza de gravedad) podemos considerar nuestro sistema como inercial en buena aproximación.
La Teoría de la Relatividad General (TGR) tiene su arranque en el Principio de Equivalencia (1907):






Consideremos dos sistemas de referencia:
En uno de ellos actúa un campogravitatorio uniforme.
El otro no está sometido a campo gravitatorio alguno, pero se mueve con una aceleración idéntica en valor al campo gravitatorio que actúa en el primero, pero de sentido contrario.
Ambos sistemas son equivalentes, es decir, los experimentos que se lleven a cabo en condiciones idénticas en estos dos sistemas darán lugar a resultados idénticos.











Hay que tener encuenta que los campos gravitatorios con los que nos encontramos en la naturaleza no son constantes (el campo gravitatorio terrestre, por ejemplo, disminuye a medida que nos alejamos de la superficie terrestre, no es idéntico en todos los puntos del planeta debido a variaciones en la densidad y distribución de la materia... etc). Por tanto, sólo podrán ser equivalentes a un movimiento conaceleración constante si consideramos pequeñas porciones de espacio y tiempos pequeños (se dice que un campo gravitatorio de carácter local es equivalente a un movimiento con aceleración constante).

El Principio de Equivalencia es consecuencia de la identidad entre la masa inercial (la que aparece en la segunda ley de Newton) y la masa gravitacional (la masa que aparece en la ley de gravitación).Gracias a esa identidad (que pasó desapercibida durante siglos) todos los cuerpos caen con la misma aceleración estableciéndose una equivalencia entre gravedad y aceleración.






























Si un objeto de masa m es atraído por otro de masa M, se verá atraído hacia él con una aceleración, a. Si la masa inercial y la gravitacional son iguales, la aceleracióncomunicada es independiente de su masa.
Los objetos caen, atraídos por la Tierra, con esa aceleración, idéntica para todos (9,81 m/s2).





El desarrollo de la Teoría de la Relatividad General aportó conclusiones tan sorprendentes como las generadas a partir de la Teoría de la Relatividad Especial:
1. Los rayos de luz son desviados por los campos gravitatorios (deflexión de la luz)
Siaplicamos el principio de equivalencia podemos sustituir un campo gravitatorio (local) por un movimiento uniformemente acelerado en sentido contario. Consideremos entonces un laboratorio situado en una región del espacio en la que no existe ningún campo gravitatorio y que se mueve hacia arriba con una aceleración a.
Consideremos que por un pequeño agujero situado en el lateral izquierdo penetraun rayo de luz. Debido al movimiento acelerado del laboratorio un observador situado en el exterior verá la trayectoria de la luz curvada hacia abajo.
Si ahora volvemos al principio, y haciendo uso nuevamente del principio de equivalencia volvemos a situar el laboratorio en un campo gravitatorio equivalente, deberemos de concluir que un campo gravitatorio curva los rayos de luz. La situación es...