El Espacio Curvo Teoría de Relatividad Curvatura Espacial



El Espacio Curvo Teoría de Relatividad

La teoría general de la relatividad constituye la culminación de los logros de Einstein. Fue el resultado exitoso de un denodado esfuerzo de cuatro años para extender su teoría especial de la relatividad. Esta teoría demuestra que la luz puede quedar atrapada en un hueco negro. Se describen aquí esos extraños objetos y lo que sería un viaje a su interior.

A propósito de objetos extraños, se discute la posible existencia de túneles o huecos de gusano que conducen hacia otro universo. ¿Pueden tales huecos de gusano emplearse para viajar en el tiempo? Se dice lo que las teorías de Einstein afirman al respecto.

Einstein comprendió desde el comienzo que la teoría especial de la relatividad quedaba restringida a una clase particular de movimiento: el movimiento uniforme, es decir, el movimiento sin aceleración. Buscó entonces durante más de una década una teoría más general de la relatividad y finalmente logró su objetivo, en 1917.

Luego de cuatro años de muy intenso trabajo, en los que hubo muchas salidas en falso y callejones sin salida, finalmente salió airoso y desarrolló la Teoría General de la Relatividad. La teoría es muy matemática y sus detalles son difíciles de entender, aún hoy sus implicaciones son revolucionarias.

Publicó su versión final de la teoría a comienzos de 1916, en los Annalen der Physik, la misma prestigiosa revista donde había publicado su teoría especial de la relatividad, su formula E = mc² y sus demás artículos importantes.

El artículo de la relatividad general fue titulado «Formulación de la teoría general de la relatividad».

El artículo comienza con el enunciado de que todas las leyes de la física deben ser válidas en cualquier marco de referencia animado de cualquier tipo de movimiento. La relatividad no está ya restringida al movimiento uniforme: el movimiento acelerado está incluido.

Con esta proposición, Einstein creó una teoría de la gravedad, un sistema del mundo, con un conjunto de ecuaciones básicas que, cuando se resuelven, proporcionan las leyes que cumple el universo.

En esta teoría los objetos producen una deformación del espacio-tiempo que los rodea, lo cual afecta el movimiento de cualquier cuerpo que entra en esta región del espacio-tiempo. Einstein había pensado ya en esta posibilidad desde 1907, cuando desarrolló su principio de equivalencia. Pero necesitaba las complejas matemáticas de Marcel Grossmann para construir una teoría completa de la gravedad.

Aunque esta distorsión del espacio-tiempo ocurre en cuatro dimensiones, veamos lo que ocurre en dos. Imaginemos una lámina de plástico flexible estirada por los cuatro extremos y sujeta con algunas tachuelas, como la que se muestra en la figura de abajo.

espacio curvo teoria general de la relatividad

Éste es nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones en dos dimensiones. Ahora ponemos de alguna manera una bola de billar en medio de la lámina. El peso de la bola estira el plástico y produce una hondonada. Si colocamos ahora una canica sobre la lámina de plástico, ésta rueda hacia la bola de billar. Si empujamos la canica hacia los lados, ésta describe una curva alrededor de la hondonada y comienza a moverse en una espiral descendente hasta chocar con la bola de billar.

La bola de billar no atrae a la canica. Ésta rueda hacia la bola de billar a causa de la hondonada que se formó en la lámina de plástico, la distorsión del espacio. De manera similar, el Sol crea una depresión en la estructura del espacio-tiempo. La Tierra, los planetas y cometas se mueven en este espacio-tiempo distorsionado.

El Sol no atrae a la Tierra. La depresión que el Sol crea en el espacio-tiempo hace que la Tierra se mueva a su alrededor. El Sol modifica la geometría del espacio-tiempo. En relatividad general no existe la fuerza gravitacional. La gravedad es producto de la geometría.

Bien entonces en base a lo antedicho,…¿Cual  es la forma del Universo? ¿Es cúbico, esférico o completamente ilimitado, extendiéndose hasta el infinito? Toda la información que poseemos acerca de los confines del Universo proviene de la luz (y ondas de radio) que recibimos de las galaxias distantes. Parece que la luz alcanza la Tierra desde todas las direcciones, lo que hace pensar en la simetría del Universo, sea esférico o infinito.

Pero el Universo no es nada de eso, y no se puede representar totalmente por una figura simétrica de tres dimensiones. Sus fronteras exteriores no se pueden visualizar, debido a que la luz no nos proporciona su información propagándose en líneas rectas. Todo el espacio comprendido entre sus límites es curvo.

El espacio no es tridimensional, como un edificio o una esfera, sino tetradimensíonal, y la cuarta dimensión es el tiempo. El tiempo aparece en las ecuaciones que expresan las propiedades del espacio, pero no se puede representar.

La idea básica del espacio-tiempo de cuatro dimensiones es fácil de visualizar. De hecho, se usa a todas horas. Supongamos que hemos aceptado la invitación a cenar de una amiga, el 29 de julio, viernes, a las 7 p.m., en un restaurante del centro de la ciudad. El restaurante queda en el piso 44 del edificio del Banco Central, situado en la esquina de la Avenida 9 de Julio con Sarmiento.

Para encontrarnos con la amiga en el restaurante, el viernes, necesitamos ponernos de acuerdo sobre cuatro números: tres que describen la ubicación específica del restaurante (Avenida 9 de Julio, Sarmiento, piso 44) y otro que describe el tiempo (7 p.m. del viernes). Si vamos a las 8 p.m. del miércoles al restaurante no nos encontraremos.

El   espacio   es  curvo   y   está   distorsionado, porque contiene materia —todos los billones y billones de estrellas y galaxias del Universo—. La luz sufre los efectos de las fuerzas gravitatorias, ejercidas por la materia del espacio, y, en distancias largas, se propaga según líneas curvas y no rectas.

Aun nuestro propio Sol, que es una estrella sin mucha masa, curva apreciablemente un rayo de luz que, dirigiéndose de una estrella lejana a» la Tierra, pasa a pocos grados de él. La dirección de la curvatura observada iparece sugerir que la luz se dobla hacia dentro. Un rayo de luz que parte de cualquier punto es, en conjunto, atraído siempre Hacia el centro del Universo. Dicho rayo, después de sufrir la acción de toda la materia del Universo, que lo atrae hacia dentro, vuelve, finalmente, al mismo punto de partida.

Es como partir de un punto cualquiera de la Tierra y viajar continuamente en línea recta. La «línea recta» se vá doblando en un camino curvo alrededor de la superficie del planeta. Cada 40.000 kilómetros (circunferencia de la Tierra), el camino termina en su punto de partida, for mando un gran círculo.

La curvatura del espació se puede visualizar por la extraña conducta de la luz; en particular, de la velocidad de la luz: La velocidad es la distancia recorrida dividida por el tiempo. Cualquier  ilustración respecto al comportamiento de la velocidad de la luz incluye también la dimensión del tiempo (que no se puede incluir en un diagrama puramente espacial).

curva espacio

Si la luz no fuera afectada por la materia, y siempre se propagara en línea recta (es.decir, a la misma velocidad), el espacio nó estaría distorsionado ni curvado. Entonces podría representarse como una superficie plana de dos dimensiones (con lo que nos ahorraríamos la tercera dimensión, a pesar de que ella es realmente necesaria).

Si la luz describe un gran círculo alrededor del Universo y vuelve al punto de partida, el diagrama de dos dimensiones se tras-forma en una esfera de tres dimensiones, y los caminos de la luz son círculos alrededor de la esfera. La luz cambia de dirección; luego, su velocidad varía.

curva espacio hacia afuera

Las teorías de la relatividad de Albert Einstein están todas ligadas al comportamiento de la velocidad de la luz. En su teoría general de la relatividad, Einstein (1916)  demostró lo que debía suceder si la luz interaccionaba con la materia. En sus ecuaciones se presentaban tres posibilidades: la luz no era afectada, en cuyo caso el Universo debía ser plano; la luz se doblaba, bien hacia dentro o hacia fuera. Las dos últimas posibilidades conducen a un espacio curvo de cuatro dimensiones.

Pero si la luz se curva hacia fuera en lugar de hacia dentro, el diagrama toma la forma de una silla de montar y las curvas son hipérbolas en lugar dé círculos. Los rayos de luz se saldrían continuamente y nunca retornarían a su punto de partida. La evidencia experimental que se posee parece  indicar una curvatura hacía el interior del espacio.

Fuente Consultada:
Einstein Para Dummie s Carlo I. Calle
Revista Tecnirama Fascículo N°120 Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología
50 Cosas que debe saber sobre el Universo Joanne Bajer
Einstein y su Teoría de la Relatividad Byron Preiss (ANAYA)

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