Este artículo es un extracto de la guía Shortform sobre «Una breve historia del tiempo» de Stephen Hawking. Shortform los mejores resúmenes y análisis del mundo sobre los libros que deberías leer.
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¿Qué es la teoría de la relatividad? ¿Qué fenómenos intenta explicar esta teoría? ¿Cómo ha revolucionado nuestra comprensión del funcionamiento del universo?
Dentro de la teoría de la relatividad de Einstein, hay en realidad dos teorías: la teoría especial y la teoría general. La primera se aplica a todos los fenómenos físicos, excepto la gravedad, y la segunda explica la fuerza gravitacional en relación con las demás fuerzas del universo.
Aprende sobre la teoría de la relatividad de Albert Einstein, explicada en términos sencillos.
La teoría de la relatividad de Albert Einstein
La teoría de la relatividad de Einstein mejoró enormemente la comprensión de la interacción entre la velocidad de la luz y el paso del tiempo. Pero aún faltaba un elemento crucial: la gravedad. Los efectos gravitacionales deberían ser inmediatos, lo que significa que la gravedad viaja a una velocidad infinita (no debería tardar tiempo en ejercer sus efectos). Pero, ¿cómo podía conciliarse esto con la idea de que nada podía viajar más rápido que la velocidad de la luz?
Propuesta en 1916, la teoría general de la relatividad de Einstein explicaba que la gravedad era una fuerza especial que existía debido a la curvatura del propio espacio-tiempo. Según esta teoría, el espacio-tiempo no es plano. Por lo tanto, los cuerpos en órbita se desplazan en geodésicas, la distancia más corta entre dos puntos. Esto es lo más parecido a una línea recta. Así, la Tierra sigue en realidad una trayectoria lineal a través del espacio-tiempo tetradimensional, pero a nosotros nos parece una órbita elíptica.
La masa y la energía de cuerpos como el sol realmente curvan la estructura del espacio-tiempo, creando ligeras variaciones en las órbitas «elípticas», variaciones que no podían explicarse completamente con la teoría de Newton. Es análogo a colocar un objeto sobre una pieza de tela estirada. El peso de este objeto hará que la tela se hunda; este es el mismo mecanismo por el cual la gravedad deforma la curvatura del espacio-tiempo.
La prueba de una buena teoría es si describe la realidad observada y hace predicciones confiables y precisas sobre el futuro. Según estos estándares, la relatividad general es una buena teoría: predice con éxito estas desviaciones en las órbitas, lo que refuerza nuestra fe en la teoría.
Incluso la luz misma se ve afectada por la curvatura del espacio-tiempo. La luz de estrellas lejanas nos llega en una posición diferente a la que realmente se originó, porque la masa gravitacional del sol refleja el ángulo de la luz.
La gravedad y el tiempo
Como sabemos que el tiempo es relativo, de la relatividad general también se deduce que el tiempo se movería a diferentes velocidades en diferentes puntos del espacio. Debido a la diferente fuerza de atracción gravitatoria de un cuerpo en distintos puntos del espacio-tiempo y al efecto que esto tiene sobre las frecuencias de las ondas de luz, los acontecimientos en la Tierra parecerían tardar más tiempo en ocurrir para un observador situado en la cima de una montaña: el tiempo transcurriría más rápido en la montaña, porque la luz procedente de la Tierra llegaría a ella con una frecuencia menor.
Esto se ha comprobado: se ha demostrado que los relojes funcionan más lento a mayor altitud que a menor altitud, tal y como predice la relatividad general. ¿Cuál es la conclusión principal? Todo es relativo. Los cuerpos que se mueven a través del espacio-tiempo afectan a la curvatura del propio espacio-tiempo, lo que, a su vez, afecta al movimiento de esos cuerpos. Nada es estático ni absoluto.
El Big Bang y la relatividad
¿La relatividad general requiere un evento de Big Bang? El matemático y físico británico Roger Penrose intentó responder a esta pregunta en 1965. Basándose en la relatividad general y en el principio de que la gravedad siempre es atractiva, Penrose teorizó que cuando una estrella moría y colapsaba bajo el peso de su propia gravedad masiva, se comprimía hasta alcanzar un espacio de superficie y volumen cero. Esto sería una singularidad, un punto en el espacio-tiempo de densidad y curvatura infinitas, muy similar a las condiciones previas al Big Bang. Esta singularidad se denomina agujero negro (hablaremos mucho más sobre ellos en el próximo capítulo). Según la teoría de Penrose, cualquier cuerpo que sufra un colapso gravitacional debe producir una singularidad.La gran idea de Stephen Hawking, colega de Penrose, fue invertir el teorema de Penrose: si todas las estrellas terminaban como singularidades cuando colapsaban, entonces un universo en expansión debía haber comenzado con una singularidad. En 1970, Hawking y Penrose publicaron conjuntamente un artículo en el que demostraban que la relatividad general requería la ocurrencia de un evento de Big Bang.
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Esto es lo que encontrarás en nuestro resumen completo de Breve historia del tiempo :
- La búsqueda de una teoría que explique la historia y la evolución de nuestro universo.
- Las reflexiones de Stephen Hawking sobre el tiempo, el espacio, las dimensiones y la teoría cuántica.
- Cómo funcionaría teóricamente el viaje en el tiempo
