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Se cumplen 100 años de la Teoría de Einsten

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (4)

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Sí, todo tiene su origen en aquella idea de Olanck que se llamó la radiación de cuerpo negro,

Nuestra Física actual está regida y dominada por dos explosiones cegadoras ocurridas en el pasado: Una fue aquel artículo de 8 páginas que escribiera Max Planck, en ese corto trabajo dejó sentados los parámetros que rigen la Ley de la distribución de la energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de en una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Después de lo de Planck y su radiación de cuerpo negro, cinco años más tarde, irrumpió en escena otra  revolución de la Física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein formuló su teoría de la relatividad especial y nos dio un golpecito  en nuestras cabezas para despertar en ellas nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el Universo.

Nos dijo que la velocidad de la luz es la máxima alcanzable en nuestro universo, que la masa y la energía son la misma cosa, que si se viaja a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se ralentiza pero, el cuerpo aumentará su masa y se contraerá en el sentido de la misma…Y, todo eso, ha sido una y mil veces comprobado. Sin embargo, muchas son las pruebas que se realizan para descubrir los fallos de la teoría, veamos una:

explosion Kilonova

   

             Brillante explosión cósmica captada en el infrarrojo, bautizada como “Kilonova”

Los científicos que estudian la radiación gamma de una explosión de rayos lejanos han encontrado que la velocidad de la luz no varía con la longitud de onda hasta escalas de distancia por debajo de la Longitud de Planck. Ellos dicen que esto desfavorece a algunas teorías de la gravedad cuántica que postulan la violación de la invariancia de Lorentz.

En la invariancia de Lorentz se estipula que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, independientemente de dónde se encuentren en el universo. El amigo Einstein utilizó este principio como un postulado de su teor´çia de la relatividad especial, en el supuesto de que la velocidad de la luz en el vacío, no depende de que se esté midiendo, siempre y cuando la persona esté en un sistema inercial de referencia. En más de 100 años la invariancia de Lorentz nunca ha sido insuficiente.

http://www.cosmonoticias.org/wp-content/uploads/2011/05/energia-oscura-y-gravedad.jpg

Pero sigamos con la segunda revolución de su teoría que se dio en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad que incluía la Gravedad, es decir la llamada relatividad general que varió por completo el concepto del Cosmos y nos llevó a conocer de manera más profunda y exacta cómo funcionaba la Gravedad, esa fuerza descrita por primera vez por Newton.

En la Teoría Especial de la Relatividad, Einstein se refirió a sistemas de referencias inerciales (no acelerados). Asume que las leyes de la física son idénticas en todos los sitemas de referencia y que la velocidad de la luz en el vacío, c, es constante en el todo el Universo y es independiente de la velocidad del obervador.

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una de las conclusiones de la teoría es que la masa de un cuerpo, aumenta con la velocidad (hay una ecuación quer así lo demuestra), y, tal hecho, ha sido sobradamente comprobado en los aceleradores de partículas donde un muón, ha aumentado más de diez veces su masa al circular a velocidades cercanas a la de la luz. Y el muón que tiene una vida de dos millonésimas de segundo, además, al desplazarse a velocidades relativistas, también ven incrementado el tiempo de su vida media.

Image of the sky in the region of the centre of the Milky Way

En la segunda parte de su teoría, la Relatividad General, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y, también la que hace posible la existencia de las Galaxias.

    ¡La Gravedad! Siempre está presente e incide en los comportamientos de la materia. La gravedad presente en un agujero negro gigante hace que en ese lugar, el tiempo deje de existir, y, el espacio, se curve en una distorsión infinita. Es decir, ni espacio ni tiempo tienen lugar en la llamada singulariudad.

G_{\mu\nu} = R_{\mu\nu} - {1\over 2}R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu}

Tensores de curvatura y de momento energía R_{\mu\nu} - {1\over 2}R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu\nu}. Las ecuaciones de campo siguen y tienen otros parámetros como π, c la velocidad de la luz, p G la constante universal de gravitación, también aparece (inclñuída más tarde \Lambda\,  que es la constante cosmológica. Así, nos dio un conjunto de ecuaciones tan valiosas que, a partir de ellas nacio la moderna cosmología.

Se ha podido compribar una y miles de veces que la presencia de grandes masas, como planetas, estrellas galaxias y otros cuerpos del Espacio, distorsionan el Espaciotiempo. La geometría del Universo está marcada por la presencia de materia.

Las ecuaciones de campo de la Relatividad  general de Einstein… ¡Nos dicen tántas cosas!

 

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m.: л = 3,14159…, o aproximadamente 3 metros. Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿ Cómo puede ser esto ? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados, en la figura de arriba de S. Torres se puede ver que el diámetro es enorme.

    Con la teoría relativista llegó la cosmología moderna, otra manera de mirar el Universo

 

Con esta teoría de la Relatividad General, entre otros pasos importantes, está el hecho de que dió lugar al nacimiento de la Cosmología que, de alguna manera, era como mirar con nueva visión a lo que l Universo podía significar, Después de Einstein  el Universo no fue el mismo.

El análisis de la Gravitación que aquí se miuestra interpreta el Universo como un continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones en el el que la presencia de una masa (como decía antes) curva el espacio para crear un campo gravitacional.

De la veracidad y comprobación de las predicciones de ésta segunda parte de la Teoría Relativista, tampoco, a estas alturas cabe duda alguna, y, lo más curioso del caso es que, después de casi un siglo (1.915), aún los físicos están sacando partido de las ecuaciones de campo de la teoría relativista en su versión general o de la Gravedad.

Tan importante es el trabajo de Einstein que, en las nuevas teorías, en las más avanzadas, como la Teoría M (que engloba las cinco versiones de la Teoría de Cuerdas), cuando la están desarrollando, como por arte de magía y sin que nadie las llame, surgen, emergen, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General que es una teoría que subyace en esta otra más moderna de las cuerdas vibrante que, algún día lejano en el futuro, quizás podamos verificar, cuando podamos contar con la energía suficiente que nos deeje llegar a sus dominios, ya que, de momento, sólo hemos llegado hasta los Quarks.

La cuántica nos habla del “universo” de las partículas subatómicas, de los cuantos de Planck, la Gravesad lo hace del macromundo, de como ésta fuerza de la Naturaleza dibuja la geometría del espacio, mantiene unidos los planetas alrededor de las estrellas en los sistemas planetarios, o, conforma estrellas supermasivas que dejan la secuencia principal en Agujeros negros.

Einstein se pasó diez años buscando las ecuaciones que pudieran describir sus ideas, y, le pidió ayuda a su amigo Marcel Grossman que le envió libros y documentos que le podían hacer falta para aplicar sus ideas.

Einstein se quedó literalmente paralizado al leer la Conferencia de Riemann. Allí, delante de sus propios ojos tenía lo que Riemann denominaba Tensor métrico. Einstein se dio cuenta de que era exactamente lo que necesitaba para expresar de manera precisa y exacta sus ideas. Así  llegó a ser  posible la teoría de la relatividadgeneral.

matriz

Gracias al Tensor de Rieman, Einstein pudo formular:  T_{ik} = \frac{c^4}{8\pi G} \left [R_{ik} - \left(\frac{g_{ik} R}{2}\right) + \Lambda g_{ik} \right ]

Recordando aquellos años de búsqueda e incertidumbre, Einstein escribió:

“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.

 

Einstein, con esa aparentemente sencilla ecuación que arriba podemos ver, le dijo al mundo mucho más, de lo que él mismo, en un principio pensaba. En ese momento, se podría decir, sin temor a equivocarnos que comenzó la historia de la cosmología moderna. Comprendidmos mejor el universo, supimos ver y comprender la implosión de las estrellas obligadas por la gravedad al salir de la secuencia principal, aprecieron los agujeros negros… y, en fin, pudimos acceder a “otro universo”.

Así, en un escueto resumen del inmenso trabajo que este hombre realizó, he querido dejar aquí una sencilla reseña de su ingenio, de cómo le dio al mundo aquello que no tenía, y, con su intuición cegadora, logró llevarnos hacia otro universo nuevo que, más de cien años más tarde, sigue siendo…¡El Universo de Einstein!

emilio silvera


  1. me encantó este, el 23 de octubre del 2015 a las 10:06

    me encantó este…

    Se cumplen 100 años de la Teoría de Einsten : Blog de Emilio Silvera V….

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 21 de octubre del 2015 a las 8:19

    Contradecir a estas alturas y ponerse a discutir sobre el magnifico rendimiento de que estas dos Teorías (Cuántica y Relativista), han dado al mundo de la Física, sería faltar a la verdad, ya que, tanto una como la otra, han sido el sotén de esas disciplinas cinetíficas y, hay que administr que han prestado un gran Servicio a la Humanidad al ser las Llaves de esos dos “mundos”, antes desconocidos, de lo muy pequeño y, no de lo muy grande sino de lo inmenso, de lo inconmensurablemente grande. Gracias a estas dos Teorías hemos sabido de esos dos “mundos” y hemos podido conocer, mucho mejor, con más exactitud cuestiones antes desconocidas.
    Son los dos pilares de la Física Moderna, con la Mecánica cuántica tenemos una herramienta impagable para saber de las partículas y de las interacciones que se producen con las fuerzas, y, con la relatividad hemos entrado en otro universo nuevo, de hecho, el Cosmos cambió con la Relatividad General.
    No quiere esto decir que tengamos que ser conformistas con lo que tenemos, hay que mirar un poco más allá, y, encontrar los posibles fallos o carencias que estas dos teorías pueden tener, buescar nuevas formas y maneras de estudiar y conocer ésatos ámbitos de lo pequeño y lo grande, ya que, a pesar de todo, se intuye que más allá de la cuántica y la relatividad general… ¡Existen otras cosas que no concemos!
     

    Responder
  2. 2
    Fandila
    el 22 de octubre del 2015 a las 1:39

    No sabemos nada de ese espacio tiempo, que al fin y al cabo solo es un concepto, un campo para la matemática. Y como tal resulta perfectamente válido en la normalidad, pero no tanto en los vericuetos cuanticos en que la gravedad por ejemplo, ha de obedecer a unos conceptos distintos y reales…
    Se sabe que la velocidad de la luz es variable según el medio en que circule. Existen muchas experimentaciones que nos afirman que la luz puede ir más aprisa que C. Y no obstante, sí que nos vale C para condiciones normales.
    Si estos fundamentos y otros quedan en entredicho, no habrá más remedio que revisarlos.
    Todo esto, que para nosotros y nuestra materia normal nos queda de maravilla, para lo cuantico resulta casi burdo, por lo que habría que afinar.

    Responder
    • 2.1
      Emilio Silvera
      el 22 de octubre del 2015 a las 5:24

      Es cierto que el “universo” cuántico difiere, en muchos aspectos del otro que representa el macrocosmos, y, precisamente por eso, en el Modelo Estándar de la física de partículas está ausente la Grevedad. Nunca los físicos han podido reconciliar a los dos pilares de la Física que llevan dominando todos los sistemas desde hace más de 100 años. Lo más probable es que existan otros caminos que encaucen a esos dos modelos y haga posible que juntos, sin estridencias, puedan colaborar en el conocimiento del “mundo”, sin embargo, también es posible que Planck y Einstein sigan reinando durante un largo período de tiempo, ya que, no se vislumbra, a corto plazo, la luz que anule la oscuridad de nuestra ignorancia presente en el sentido de que, nuevas teorías, vengan a reemplazar a las presentes.

      Tendremos que seguir “jugando” con las que tenemos que, por cierto, nos han dado un buen servicio.

      Saludos Fandila.

      Responder

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