Relativida y gravitacion

Relatividad y Gravitación

Los años de búsqueda en la oscuridad de una verdad que uno siente pero no puede expresar el deseo intenso y la alternancia de confianza y desazón hasta que uno encuentra el camino a la claridad y comprensión sólo son familiares a aquél que los ha experimentado.
Los orígenes de la teoría general de la relatividad 
E. Einstein

Según el principio básico de la teoríade la relatividad, los fenómenos físicos obedecen leyes que no dependen del sistema de referencia desde el cual se observan. Pero este postulado, tal como hemos visto hasta ahora, se aplica sólo a sistemas inerciales, aquellos que se mueven en línea recta y a velocidad constante. Por el contrario, en un sistema no inercial (como un vehículo que forma una curva o se enfrena) actúan fuerzas quepermiten discernir, el movimiento. Y sobre la superficie de la Tierra se puede distinguir entre arriba y abajo observando simplemente la caída de un cuerpo. En realidad, un sistema de referencia inercial perfecto debe estar aislado en el espacio sideral, lejos de cualquier cuerpo que lo atraiga gravitacionalmente. 
Para superar estas limitaciones, Einstein investigó durante varios años laposibilidad de modificar la teoría de la gravitación de Newton para hacerla compatible con el principio de relatividad. La clave para él fue la existencia de una profunda relación entre fuerzas inerciales y fuerzas gravitacionales, Citemos sus propias palabras: 

Estaba yo sentado en mi sillón de la oficina de patentes de Berna cuando de repente tuve una ocurrencia: Si una persona cae libremente no sientesu propio peso. Quedé atónito. Esta idea tan simple me impresionó profundamente. Me impulsó hacia una teoría de la gravitación. 

La teoría de la gravitación de Einstein empezó a tomar forma en 1907, cuando aún trabajaba en Berna, hasta culminar en su versión definitiva en 1916: la teoría general de la relatividad. La versión primera de la relatividad, aquélla que hemos discutido hasta ahora yque se restringe a sistemas de referencia inerciales, se conoce como la teoría restringida de la relatividad o también, teoría especial de la relatividad. 
La piedra angular de la relatividad general es un principio físico que nos remonta una vez más al mismísimo Galileo. 

El principio de equivalencia 
En la física aristotélica, se creía que los cuerpos pesados caían más rápidamente que loscuerpos ligeros. Cuenta una famosa, leyenda (que bien puede ser verídica) que Galileo Galilei demostró lo contrario al soltar simultáneamente desde lo alto de la Torre de Pisa dos piedras de peso desigual; ante la mirada del público incrédulo, las dos piedras llegaron al suelo exactamente al mismo tiempo (Figura 23). Así, Galileo comprobó que la trayectoria de un cuerpo bajo el influjogravitacional de la Tierra es independiente de la masa del cuerpo. (En todo caso el movimiento puede depender de la forma del cuerpo, pero únicamente por la resistencia que le opone el aire. Es cierto que una pluma cae más lentamente que una bola de plomo, pero esto se debe exclusivamente a que el aire retarda la caída de la pluma. En una campana al vacío o en la Luna, donde no hay atmósfera; la pluma y labola de plomo caen exactamente con la misma velocidad.) 
En términos más precisos, lo que Galileo demostró fue la equivalencia entre la masa inercial y la masa gravitacional . Expliquemos a continuación estos dos conceptos, que muchas veces se confunden. 

Figura 23. El experimento de Galileo.

La masa es una medida de la cantidad de materia (y energía, de acuerdo con la relatividad) quecontiene un cuerpo. La Tierra atrae gravitacionalmente a los cuerpos masivos con una fuerza proporcional a su masa (como descubrió Newton), así que la manera más común de determinar la masa de un cuerpo consiste en medir esa fuerza gravitacional; de aquí el concepto del peso, que es en realidad una medida de la fuerza gravitacional ejercida por la Tierra sobre el objeto pesado. Pero no hay que olvidar...