La teoría de la relatividad

El año milagroso

En 1905 Albert Einstein trabajaba como técnico de tercera clase en la Oficina de Patentes de Berna. Ese año publicó cuatro artículos en la revista Annalen der Physik que cambiaron la física: uno sobre el efecto fotoeléctrico, otro sobre el movimiento browniano, y dos sobre lo que hoy llamamos relatividad especial. Partía de dos principios sencillos:

1. Las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven a velocidad constante.
2. La velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, unos 299.792 km/s, sin importar cómo se mueva quien la mide.

El experimento de Michelson y Morley (1887) ya había fracasado en detectar el "éter" por el que supuestamente viajaba la luz. Einstein aceptó la consecuencia más radical: si la velocidad de la luz no cambia, lo que cambia son el tiempo y el espacio.

Relojes lentos y reglas cortas

De esos principios salen efectos asombrosos, pero medidos una y otra vez:

• Dilatación del tiempo: un reloj en movimiento marcha más despacio. Los muones creados por rayos cósmicos a unos 15 km de altura viven apenas 2,2 microsegundos, pero llegan al suelo porque, para nosotros, su tiempo transcurre más lento.
• Contracción de la longitud: los objetos se acortan en la dirección del movimiento.
• Relatividad de la simultaneidad: dos sucesos simultáneos para un observador pueden no serlo para otro.
• Equivalencia masa-energía: en un breve artículo de septiembre de 1905 Einstein dedujo que la masa es una forma de energía, $E=m{c}^2$.

En 1908 su antiguo profesor Hermann Minkowski mostró que espacio y tiempo forman un único tejido de cuatro dimensiones: el espacio-tiempo.

La relatividad general

La teoría de 1905 no incluía la gravedad. Einstein tuvo lo que llamó "el pensamiento más feliz de su vida" en 1907: una persona en caída libre no siente su propio peso. Gravedad y aceleración son indistinguibles. Le tomó ocho años y matemáticas que aprendió con ayuda de su amigo Marcel Grossmann llegar a las ecuaciones de campo, presentadas en Berlín en noviembre de 1915. Su mensaje, en palabras del físico John Wheeler: la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse.

La primera prueba fue la órbita de Mercurio, cuyo perihelio avanza 43 segundos de arco por siglo más de lo que permite Newton: la relatividad general lo explicaba exactamente. La segunda llegó con el eclipse de 1919, cuando las expediciones de Arthur Eddington a la isla de Príncipe y de otro equipo a Sobral, en Brasil, midieron la desviación de la luz estelar junto al Sol. El Times de Londres tituló: "Revolución en la ciencia". Einstein se volvió una celebridad mundial.

Dato curioso: Einstein recibió el Nobel de Física de 1921, pero no por la relatividad, que aún generaba polémica, sino por su explicación del efecto fotoeléctrico.

La relatividad en tu bolsillo

La teoría predijo los agujeros negros, la expansión del universo, las lentes gravitacionales y las ondas gravitacionales, detectadas en 2015, un siglo después. Y tiene una aplicación cotidiana: los satélites GPS, a unos 20.200 km de altura, ganan unos 45 microsegundos diarios por la gravedad más débil y pierden unos 7 por su velocidad. Sin corregir esos 38 microsegundos netos, el posicionamiento acumularía un error de alrededor de 10 km por día.