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?
En realidad, la teoría de la relatividad de Einstein consta de dos teorías: la teoría especial y la teoría general. La primera se aplica a todos los fenómenos físicos, salvo la gravedad, y la segunda explica la fuerza gravitatoria en relación con las demás fuerzas del universo.
Descubre 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. Sin embargo, aún le faltaba un elemento crucial: la gravedad. Los efectos gravitatorios deberían ser inmediatos, lo que significa que la gravedad se propaga a una velocidad infinita (no debería llevar tiempo que la gravedad ejerza 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 por geodésicas, es decir, la distancia más corta entre dos puntos. Esto es lo más parecido a una línea recta. Así pues, 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 el tejido mismo del espacio-tiempo, creando ligeras variaciones en las órbitas «elípticas», variaciones que la teoría de Newton no podía explicar por completo. Es como colocar un objeto sobre un trozo de tela extendida. 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 que una teoría es buena es que describa la realidad observada y permita hacer predicciones fiables y precisas sobre el futuro. Según estos criterios, la relatividad general es una buena teoría: predice con éxito estas desviaciones en las órbitas, lo que refuerza nuestra confianza en ella.
Incluso la luz se ve afectada por la curvatura del espacio-tiempo. La luz de las estrellas lejanas nos llega desde una posición diferente a aquella desde la que realmente se originó, ya que la masa gravitatoria del Sol desvía el ángulo de la luz.
La gravedad y el tiempo
Dado que sabemos que el tiempo es relativo, de la relatividad general se deduciría también que el tiempo transcurriría a diferentes velocidades en distintos puntos del espacio. Debido a la diferente intensidad de la fuerza 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 la montaña: el tiempo transcurriría más rápido en la montaña, ya que la luz procedente de la Tierra llegaría a ella con una frecuencia más baja.
De hecho, esto se ha comprobado: se ha demostrado que los relojes marchan 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
¿Requiere la relatividad general un Big Bang? El matemático y físico británico Roger Penrose intentó responder a esta pregunta en 1965. Partiendo de la relatividad general y del principio de que la gravedad siempre es atractiva, Penrose teorizó que, cuando una estrella muriera y colapsara bajo el peso de su propia gravedad masiva, quedaría comprimida hasta alcanzar un espacio de superficie y volumen nulos. Esto constituiría 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, un colega de Penrose, fue invertir el teorema de Penrose: si todas las estrellas acababan convirtiéndose en singularidades al colapsar, 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 exigía la ocurrencia de un Big Bang.
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Esto es lo que encontrarás en nuestro resumen completo de «Una 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, en teoría, el viaje en el tiempo
