La teoría de la Relatividad: Una revolución en la explicación del mundo físico.

12-4-2012
1.- Introducción
2.- Relatividad antes de la Relatividad. El legado de Galileo
3.- El legado de Newton
4.- La crisis del espacio y del tiempo absolutos
5.- La explicación relativista
6.- Evidencias de la observación
7.- Conclusiones finales
Las revoluciones en la visión del mundo físico
La explicación relativista
Índice

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La Universidad Popular Carmen de Michelena de Tres Cantos
dedicó en 2009 un ciclo de conferencias a la figura de Galileo
Galilei.
Se conmemoraban unos sucesos que cambiaron para siempre las
ideas que la humidad tenía acerca del mundo físico. Esos sucesos
constituyen lo que desde el siglo XVII se ha venido llamando la
“Revolución Galileana”.
Este ciclo finalizaba con una explicación de la evolución sufrida
por las ideas de Galileo con el paso del tiempo, y se hacía una
descripción incompleta y poco detallada de la explicación
relativista del mundo físico.
Ahora retomamos aquella descripción, y la actualizamos y
completamos. No nos proponemos hacer una descripción
profunda y exhaustiva, sino poner al alcance del público una
visión asequible de los rasgos más importantes de las ideas
actuales sobre el mundo físico.
1.- Introducción
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Hay razones suficientes para dedicar una charla a este
tema, entre las que destacamos las siguientes:
1.- El ciudadano medio conoce de forma bastante imperfecta el
mundo físico, pero los poderes públicos invierten grandes sumas
en laboratorios como ALBA (fuente de radiación de sincrotrón, en
Barcelona), y se pregunta por la oportunidad de esas
instalaciones.
2.- Han llegado al público los resultados de ciertas investigaciones
relativas a las medidas de las velocidades de los neutrinos. Los
medios han transmitido estas noticias de forma poco clara y
bastante alarmante .
3.- La técnica está progresando de forma acelerada, y pone a
disposición del público sistemas GPS. Estos sistemas con
precisión de localización mejor de 30 metros esconden una gran
cantidad de detalles sutiles que no se pueden explicar con las
ideas intuitivas del espacio y del tiempo.
Etc.
1.- Introducción
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Se suele atribuir a P. M. A. Dirac la frase:
“No os fiéis de los hechos, porque son mudables”
Con esto se quiere resaltar la idea de que el conocimiento, si es
científico, tiene una validez temporal limitada; lo que hoy
consideramos como un hecho, en el futuro lo veremos de otra
forma.
Por tanto, los conocimientos que vamos a explicar no se debieran
tomar como los “nuevos dogmas” sobre la Naturaleza, sino como
unas explicaciones plausibles del mundo físico. Por ello, no nos
debe extrañar que estén constantemente sometidos a
escrutinio, y se sigan realizando numerosos experimentos para
corroborar su validez.
1.- Introducción
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Bibliografía recomendada:
Los temas relativos a la física de Galileo y Newton se pueden
estudiar adecuadamente en los textos del bachillerato.
Los temas relativos a la física relativista se pueden estudiar de
forma muy detallada, pero sin desarrollos matemáticos
completos, en libros tales como:
Roger Penrose. “El camino a la realidad”. Círculo de Lectores.
Albert Einstein. “Sobre la teoría de la relatividad especial y
general”. Alianza editorial
Existen en Internet numerosas páginas sobre este tema, desde
unos niveles muy asequibles, hasta niveles de especialización.
Por ejemplo, la web: http://www.relativitet.se
1.- Introducción
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En 1624 el Papa Urbano VIII encarga a Galileo escribir un libro
que presente de forma equilibrada los sistemas geocéntrico de
Ptolomeo y copernicano. Este libro se titulará “Dialogo sobre los
dos principales sistemas del mundo”, y constituirá la obra máxima
de Galileo.
En 1632, Galileo está protegido por el Papa Urbano VIII y por
Fernando II de Médicis, Duque de Toscana. Con estos apoyos
Galileo logra que la obra se imprima.
2.- Relatividad antes de la Relatividad.
El legado de Galileo
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Ejemplar de la obra de
Galileo “Dialogo sobre los
dos principales sistemas
del mundo”, conservado
en la cartuja de
Valldemosa.
(publicado en 1641 en
Lyon)
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Pág. 2 de 102.- Relatividad antes de la Relatividad.

Este “Diálogo sobre los dos principales sistemas del mundo” es el
resultado de los largos años que Galileo ha trabajado para buscar
una prueba física que muestre el movimiento de la Tierra sobre su
propio eje, y alrededor del Sol, pero al no hallar ninguna, opta por
desarrollar la hipótesis de que ese movimiento, que para Galileo sí
existe, no es detectable.
Ante esta situación, desarrolla el concepto de movimiento inercial,
y lo incluye en su obra.
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En esta obra se presenta de la forma habitual en la época, es
decir, como un diálogo, un experimento (¿solo mental?) del que se
deducen los principios fundamentales de la mecánica moderna, y
que llamamos los principios de la mecánica de Galileo:
• El Principio de Inercia
• El concepto de sistema de referencia inercial
• El principio de relatividad del movimiento inercial
(estas expresiones son modernas, pero expresan las ideas de
Galileo)
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Galileo expresa su experimento ¿mental? de la forma siguiente:
“Encerraos con algunos amigos en un vasto lugar bajo el puente de un
navío… Suspended a cierta altura un cubo, y dejad caer agua, gota a gota,
en un recipiente de gollete estrecho situado directamente debajo…….
La animación de la página siguiente muestra este experimento, situándolo en
la cubierta de un barco en movimiento uniforme. Para un observador situado
en el barco en movimiento, el movimiento del cuerpo que cae es rectilíneo.
Para un observador situado en el muelle, ese mismo movimiento es
¡parabólico!.
¿Cuál de los dos observadores está en lo cierto?
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1.- Un cuerpo (la esfera roja) se mueve con respecto de un sistema
de referencia con una velocidad uniforme “v1”.
2.- Este sistema de referencia se mueve con respecto de otro
sistema de referencia con velocidad uniforme “v2”.
El espacio recorrido por la esfera roja respecto del segundo sistema
de referencia se calcula aplicando el llamado grupo de
transformación de Galileo:
X = v1t+v2t
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El principio de relatividad del movimiento inercial se puede
expresar así:
Todo movimiento simple (rectilíneo y uniforme) de un cuerpo es
siempre relativo respecto de un sistema de referencia determinado.
Una consecuencia importante de este principio de relatividad es:
1.- No tiene sentido hablar de movimientos simples absolutos.
2.- Ningún experimento de mecánica que se realice en el interior
de un sistema en estado de reposo, o de movimiento
simple, respecto de un sistema de referencia, puede detectar el
estado de movimiento.
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Galileo deduce de este experimento mental una explicación de la
imposibilidad de detectar el movimiento de rotación de la Tierra
alrededor de su eje, y el de translación alrededor del Sol, y
apuntala así el modelo copernicano.
En períodos de tiempo relativamente cortos (como máximo de
unos minutos), el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de
su eje, supone que para cualquier observador ese movimiento sea
rectilíneo y uniforme, y por tanto indetectable (principio de
relatividad).
En períodos de tiempo relativamente cortos (como máximo de
unas semanas), el movimiento de la Tierra alrededor del Sol es
aproximadamente rectilíneo y uniforme, y por tanto indetectable
también (principio de relatividad).
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Hacia 1851 Foucault desarrolló su péndulo, con el cual pudo
mostrar el movimiento “absoluto” de rotación de la Tierra.
Como veremos en el punto 5, todos los movimientos (no solo los
simples) son relativos respecto de un sistema de referencia
particular (Einstein), y por lo tanto ¡las conclusiones de Galileo,
Newton, Foucault y tantos otros científicos no serían aceptables
hoy en día!
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Todas las teorías relativas al modelo del cosmos (Ptolomeo,
Copérnico, Tycho Brahe, Kepler, Galileo, etc.) adolecen de una
grave deficiencia:
No explican las razones por las que un cuerpo celeste, tal como la
Tierra, la Luna, etc., pueden rotar alrededor de otro cuerpo, sin
salir despedido.
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Pág. 1 de 63.- El legado de Newton

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Newton publica en 1687 “Philosophiae naturalis principia
mathematica”, e introduce los elementos siguientes:
1.- Primera ley de Newton: El principio de inercia. Un cuerpo se
mantiene en un estado de reposo o de movimiento uniforme y
rectilíneo a menos que actúe sobre él una fuerza externa.
2.- Segunda ley de Newton: Relación matemática entre masa,
fuerza y aceleración. Donde Galileo daba una idea cuantitativa,
Newton avanza mucho más allá, y establece una relación
matemática.
3.- Tercera ley de Newton: Un concepto de fuerza absolutamente
original. Igualdad y simultaneidad de la fuerza newtoniana y su
reacción

4.- El principio de gravitación universal. Este principio explica,
entre otros muchos elementos, las leyes de la caída de los
cuerpos y la posibilidad de existencia de órbitas elípticas de los
cuerpos celestes.
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5.- Newton adopta el principio de relatividad de Galileo para los
movimientos simples (rectilíneos y uniformes). Desde entonces se
denomina principio de relatividad de Galileo-Newton
6.- Newton aplica los métodos matemáticos recién elaborados por
él mismo y otros grandes matemáticos a todos estos conceptos
físicos. Se avanza enormemente puesto que ya no se trata de
descripciones cualitativas, sino que se pueden realizar
predicciones numéricas, que se pueden verificar tanto mediante
experimentos como mediante observaciones.
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Newton estudia los movimientos con aceleración (por ejemplo, los
cuerpos en rotación), y deduce que estos movimientos son
relativos respecto de un espacio absoluto.
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Una consecuencia
inmediata de esta idea es
que el estado de reposo o
movimiento de rotación se
puede detectar mediante
experimentos de mecánica
que se realicen en el
interior de los propios
sistemas en rotación.

Los principios de Newton propician un intenso desarrollo de la física
hasta mediados del siglo XIX.
Durante ese período de tiempo se produce un avance muy
importante en Astronomía, facilitado en parte por la construcción de
grandes telescopios (Herschell, etc), y por la exactitud de los
cálculos que permiten los métodos de Newton
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Desde comienzos del siglo XIX se inician las investigaciones del
electromagnetismo (Faraday, etc), pero hacia medidos de ese siglo
se da un gran impulso al desarrollo de esta rama de la física, con el
desarrollo por Maxwell de las ecuaciones que llevan su nombre
(publicación de 1864).
Estas fórmulas suponen un salto importantísimo, puesto que
permiten tratar matemáticamente los campos electromagnéticos. De
ellas se deduce que esos campos pueden transmitir ondas. De este
resultado se deduce también que la luz es una onda
electromagnética.
Hacia 1887 Hertz descubre las ondas electromagnéticas predichas
por la teoría (ondas hertzianas) en el rango de frecuencias de radio.
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Pág. 1 de 174.- La crisis del espacio y del tiempo absolutos

Por esas fechas se trata de dar un contenido físico al concepto de
campo electromagnético, y algunos científicos ven la posibilidad de
que el “espacio absoluto” postulado por Newton se pueda identificar
con el espacio en el que existen los campos electromagnéticos.
En los escritos de la época comienza a emplearse el nombre de
“éter” para designar tanto el espacio absoluto de Newton, como el
espacio de los campos electromagnéticos.
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La medida de la velocidad
de luz tiene una larga
historia, que resumimos en
la tabla adjunta.
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En 1851 Hyppolite Fizeau realiza un experimento para medir
el índice de refracción en líquidos en movimiento. El resultado
es incompatible con la ley de composición de velocidades de
Galileo. Volver a Índice
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Albert Einstein reconoce en varias de sus obras que el estudio de
la aparente paradoja que muestran los resultados del experimento
de Fizeau le condujo a dedicar una parte importante de su vida al
estudio del espacio y del tiempo, y a la creación de la teoría de la
relatividad.
Volveremos sobre esto en el punto 5.
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Hacia 1880 el desarrollo de la física ha llegado a un punto que
permite considerar la cuestión siguiente:
¿Habrá algún experimento, no de mecánica, sino de
electromagnetismo, que permita demostrar que el principio de
relatividad de Galileo-Newton es falso?.
Podemos poner esta pregunta de otra forma: en caso de que
existiera un espacio absoluto , y si la Tierra tuviera un movimiento
respecto de ese espacio. ¿seríamos capaces de detectarlo?
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Esquema del experimento de Michelson-Morley.
Entre 1881 y 1887 se realiza el experimento, orientando el equipo
según figura izquierda, y no se detecta ningún movimiento de la
Tierra respecto del “éter”. Ser repite el experimento según la figura
derecha, y tampoco se detecta ningún movimiento.
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La base conceptual del experimento supone la existencia de un
sistema de referencia constituido por un “éter” inmóvil (el espacio
absoluto de Galileo-Newton), respecto del cual se mueve la Tierra.
Según el principio de relatividad de Galileo-Newton, la velocidad de la
luz respecto de la Tierra se verá afectada por el movimiento de la
Tierra respecto del “éter”.
Por lo tanto, en la parte del recorrido de los rayos en la que la Tierra
se mueve a favor, o en contra, de la luz, la velocidad de ésta se debe
calcular mediante el grupo de transformación de Galileo:
vluz-Tierra = vluz-éter vTierra-éter
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Los resultados de este experimento no muestran ningún
movimiento relativo de la Tierra con respecto del “éter” (dentro del
campo de los errores experimentales).
Este resultado provoca una crisis importante en el campo de la
física, y da lugar a que muchos científicos desarrollen hipótesis
para aclarar ese resultado negativo.
Podemos hablar por tanto de que se produce una gran crisis
respecto de los conceptos de espacio y tiempo absolutos
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En esencia, y poniendo las cosas de una forma esquemática, los
resultados anteriores equivalen a lo siguiente:
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En un tiempo t, el nadador se ha movido una distancia ct
respecto del agua, y ha sido arrastrado una distancia vt
CorrienteRío
Orilla
Orilla

Anchura del río: 100 metros
Velocidad del río: 3 metros por minuto
2 nadadores que nadan a 5 metros por minuto
Ambos nadadores parten del mismo punto en una de
las riberas.
Uno nada atravesando el río hasta el punto situado en
la perpendicular de la orilla opuesta, y luego da la
vuelta y nada de regreso.
El otro nada río arriba a una distancia igual a la
anchura del río, y luego nada de nuevo hasta el punto
de comienzo.
¿Quién gana?
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Aplicaremos las ideas de composición de velocidades de
Galileo-Newton
Nadador que va corriente arriba y vuelve al punto de
partida
Nada 100 metros aguas arriba. Velocidad respecto de la
orilla es: 5 – 3 = 2 m/minuto (veloc. nadador – veloc. río)
Tiempo ida = 100/2 = 50 minutos.
Nada 100 metros aguas abajo. Velocidad respecto de la
orilla es: 5+3 = 8 m/minuto (veloc. nadador + veloc. río)
Tiempo vuelta = 100/8 = 12,5 minutos
Tiempo total = tiempo ida + tiempo vuelta = 50+12,5 =
62,5 minutos
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Nadador que atraviesa el río
Tiene que nadar en el ángulo correcto.
Según el esquema, en un minuto recorrerá 4 metros en
sentido perpendicular al río
Tiempo ida = 100/4 = 25 minutos
Tiempo vuelta = 100/4 = 25 minutos
Tiempo total = tiempo ida + tiempo vuelta =
25+25 = 50 minutos Volver a Índice
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5 m/m
3 m/m
4 m/m

Paradoja del experimento de Michelson-Morley
Si aplicamos los principios de Galileo-Newton de
composición de velocidades, debemos esperar que los
rayos de luz del experimento lleguen a los detectores
en instantes diferentes, igual que los nadadores.
El experimento muestra que ambos rayos de luz llegan
exactamente en el mismo instante.
¿Qué podríamos pensar en caso de que ambos
nadadores llegaran en el mismo instante al punto de
partida?
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En 1895 Lorentz adelanta la hipótesis de que los cuerpos en
movimiento sufren una contracción en el sentido del movimiento.
La magnitud de la contracción es el llamado factor γ (gamma) de
Fitzgerald:
En esa época se discute si la “contracción” es real, o solo aparente
v = velocidad del cuerpo
c = velocidad de la luz
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2
2
1
1
c
v

Se ve que el factor gamma
es exactamente 1 cuando la
velocidad es 0, y que crece
muy lentamente, hasta que a
partir de un cierto valor
crece de forma
exponencial, tendiendo a
infinito cuando la velocidad
del objeto se acerca a la
velocidad de la luz.
Más adelante veremos que
implicaciones tiene resultado
en la determinación de un
límite físico para la velocidad
de cualquier objeto.
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Esta “contracción” explicaría el resultado del experimento de
Michelson-Morley de la forma siguiente:
1.- La velocidad de la luz sería distinta en cada rama del
dispositivo, y se calcularía en cada caso según Galileo-Newton
2.- Pero la distancia recorrida en cada rama se vería “acortada”
justamente en la cantidad necesaria para hacer que el tiempo total
del recorrido fuese constante.
3.- En consecuencia, no se detecta ningún movimiento relativo de
la Tierra con respecto del “éter”.
A esta hipótesis siguió un intenso trabajo para explicar las bases
físicas de esa aparente “contracción”.
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La aparente “contracción” de Lorentz parece a simple vista una
solución artificial “ad hoc”, pero las predicciones calculadas
coincidieran bastante bien con los resultados experimentales.
Aunque el experimento de Michelson-Morley no tenía una
explicación lógica, los cálculos según las fórmulas de Lorentz eran
consistentes con los resultados experimentales.
Por lo tanto, seguía faltando una teoría que explicara los resultados
experimentales como un resultado lógico de unos principios de
validez universal.
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Pág. 1 de 215.- La explicación relativista

Hacia finales del siglo XIX y principios del XX hay un sentimiento de
desorientación, provocado por las paradojas de los experimentos
de Fizeau y de Michelson-Morley, y las hipótesis de Fitzgerald,
Lorentz, Poincaré, etc.
Albert Einstein, ingeniero de origen alemán, formado en el
Politécnico de Zurich, ataca el problema de forma revolucionaria:
realiza una crítica muy profunda de la esencia de los conceptos del
espacio y del tiempo, y publica sus resultados en 1905, en una
serie de artículos titulados "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"
Estos resultados se suelen denominar “teoría de la relatividad
restringida”.
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Einstein publica en 1915 una serie de artículos que expone un
desarrollo adicional, denominado “teoría de la relatividad
generalizada”, en los que sienta las bases de una nueva
explicación de la gravitación.
Una explicación pormenorizada de ambas teorías está fuera del
alcance del autor de estas notas, y por lo tanto, daremos solamente
una descripción de sus características principales.
Comenzaremos por la “relatividad restringida”, y finalizaremos con
la “relatividad generalizada”.
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Principio 1
Se propone la existencia de una entidad denominada
espaciotiempo, que sustituye al espacio y al tiempo absolutos de
Galileo-Newton.
Principio 2
Toda señal electromagnética (luz o radio), captada por un cierto
laboratorio “inercial”, y que se propaga en el vacío, tiene una
velocidad con respecto al citado laboratorio que presenta las
siguientes propiedades :
a) Es independiente de la dirección y sentido de la señal
b) Es independiente de la velocidad relativa del laboratorio con
respecto de cualquier otro laboratorio inercial
c) Es independiente de la velocidad absoluta con la que se pudiera
mover el laboratorio.
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Esto equivale a decir que la luz es un invariante, es decir, ofrece un
valor idéntico en todas las mediciones que se realicen respecto de
cualquier sistema de referencia inercial.
La velocidad de la luz es siempre 300.000 Km/seg.
independientemente del estado de movimiento del emisor, del
observador, o de ambos .
Esto contradice directamente las ideas de Galileo-Newton de
composición de las velocidades
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En principio, Albert Einstein considera fundamental esta propiedad de
la luz, sin entrar a analizar el mecanismo físico de su transmisión.

Representación de las
relaciones de causa-efecto en
el espaciotiempo
Las superficies cónicas separan
dos regiones:
- Interior: puntos que se
alcanzan a velocidad inferior a
la luz
- Exterior: puntos que se
alcanzan a velocidad superior a
la luz
Los puntos de las superficies
cónicas se alcanzan a la
velocidad de la luz.
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Representación de Enrique
Loedel (Uruguay 1901-1962)
Para un observador situado en
el sistema de referencia
“verde”, los sucesos A y B son
simultáneos.
el sistema de referencia “azul”,
el suceso B se produce antes
que el A.
el sistema de referencia “rojo”,
el suceso B se produce más
tarde que el A.
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Las líneas paralelas son líneas de simultaneidad

La separación entre dos “sucesos” en el espaciotiempo tiene la
siguiente expresión:
s2 = Δr2 - c2Δt2
En la que tenemos:
s = separación entre dos sucesos Δ r = separación espacial
Δ t = separación temporal c = velocidad de la luz
El valor de “s” se expresa en términos de “tiempo-luz”, por ejemplo,
una estrella determinada está a 5 años luz de nosotros.
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.
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Consecuencia 1
La “contracción” de Lorentz no es una contracción real del objeto
que se mueve, sino un resultado de la invariancia de la velocidad
de la luz.
La distancia espacial entre dos sucesos dependerá de la velocidad
relativa entre el objeto y el sistema de referencia.
L = Distancia medida
L0 = Distancia en reposo relativo
v = velocidad relativa
c = velocidad de la luz
2
2
0 1.
c
v
LL

Consecuencia 2
No hace falta recurrir a la existencia de un espacio absoluto (el “éter”)
respecto del cual se puedan referir los movimientos inerciales, ni los
movimientos acelerados (por ejemplo, las rotaciones).
Tampoco hace falta recurrir a la existencia de un tiempo absoluto.
El tiempo y el espacio existen por separado, pero se pueden tratar
matemáticamente como una única entidad.
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Consecuencia 3
4.- La masa no es invariante, sino que depende el estado de
movimiento respecto de un sistema de referencia determinado.
Observar que en esta fórmula interviene el coeficiente gamma de
Fitzgerald.
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2
2
0
1
c
v
m
mrel

Consecuencia 4
5.- El tiempo que transcurre entre dos sucesos no es invariante, sino
que depende el estado de movimiento respecto de un sistema de
referencia determinado.
En esta fórmula tenemos:
Δt es el intervalo de tiempo entre dos sucesos que se producen en
un mismo punto del espacio (aproximadamente).
Δt’ es el intervalo de tiempo medido por un observador que se mueve
con una velocidad “v” respecto del punto del espacio citado.
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2
2
1
'
c
v
t
t

Consecuencia 5
Se introduce el concepto de equivalencia entre la masa de la
materia y su contenido energético.
Este concepto se expresa mediante la ecuación:
E = mc2
Esta fórmula es válida para las unidades siguientes:
E en Joule m en Kg c en metros/segundo
Esto es válido para una masa m en reposo respecto de un
laboratorio de referencia inercial
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La masa es una característica de toda forma de la energía, y la
energía es una característica de toda la masa, y las dos
propiedades están conectadas por una constante.
Esto significa (por ejemplo) que la E total de energía interna de un
cuerpo en reposo es igual al producto de su masa m reposo y un
factor de conversión adecuado para transformar las unidades de
masa a unidades de energía
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12-4-2012

Einstein publica en 1915 los principios de la “relatividad
generalizada”, postulando los elementos principales siguientes.
1.- La masa gravitatoria y la masa inercial son idénticas
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2.- El espaciotiempo presenta curvatura en todos sus puntos, que
depende directamente del momento de la masa y de la energía, y
del momento lineal, de toda la materia y radiación presentes.
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12-4-2012
3.- Las trayectorias de los cuerpos con movimiento inercial son
geodésicas del espaciotiempo. Las geodésicas son curvas que
proporcionan una duración mínima del recorrido entre dos sucesos.
Analogía: las geodésicas de la superficie de la Tierra son las curvas
que proporcionan la distancia mínima entre dos puntos de la
superficie.

Visualización del movimiento en el espaciotiempo
Fuente: http://www.relativitet.se/spacetime1.html
4.- La gravedad no es una fuerza newtoniana, sino una
consecuencia del movimiento de un objeto que describe una
geodésica en un espaciotiempo curvado por la presencia de la
materia y la energía
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12-4-2012

Imágenes de modelos cosmológicos. Fuente: http://www.relativitet.se
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12-4-2012
5.- Todos los movimientos con aceleración muestran efectos que
son indistinguibles de un efecto gravitatorio, y viceversa.

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12-4-2012
La aceleración se define
como el cambio, tanto en
magnitud como en sentido,
de la velocidad, por unidad
de tiempo.
Por lo tanto, un cuerpo
rotando con velocidad de
rotación uniforme está
sometido a una aceleración
(un vector dirigido hacia el
centro de giro)
Un cuerpo en rotación mostrará efectos que no serán distinguibles
de la acción del campo gravitatorio producido por toda la materia y
energía del Universo (principio de Mach).

La interpretación de A. Einstein se ha sometido a verificación
observacional casi desde el principio de su formulación, pero se
siguen realizando experimentos en nuestros días (por ejemplo, la
medida de la velocidad de los neutrinos en el experimento OPERA)
¿Dónde se puede poner a prueba el conjunto de hipótesis de
Einstein?. Como ya hicieran Galileo y Newton, en el laboratorio más
grande que existe: el espacio estelar.
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Pág. 1 de 86.- Evidencias de la observación

En 1913 De Sitter muestra que la observación de estrellas dobles no
presenta distorsiones que se debieran producir por la suma vectorial
de la velocidad de la luz y de la velocidad de rotación propia de cada
estrella.
Este es un primer resultado experimental que apoya el postulado de
la invariancia de la velocidad de la luz, según la relatividad
restringida.
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En 1915 se realizó el cálculo
correspondiente a Mercurio, y en
años más recientes a otros planetas,
como la Tierra.
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12-4-2012
En ausencia de materia
que se interponga, la a
trayectoria de un rayo
de luz procedente de
un objeto es rectilínea.
La presencia de materia
modifica la geometría
del espaciotiempo.
La trayectoria de un rayo
de luz procedente de un
objeto es curva.

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12-4-2012
La posición aparente del objeto es errónea.
Verificación experimental de A. Eddington en 1919.
Posición
aparente
Posición
real

Predicción y detección de agujeros negros
Un agujero negro es una región del espacio-tiempo de la cual
nada, ni siquiera la luz, puede escapar. La teoría de la relatividad
general predice que una masa suficientemente compacta deforma
el espacio-tiempo para formar un agujero negro.
La mecánica cuántica predice que los agujeros negros emiten
radiación, como un cuerpo negro con una temperatura finita. Esta
temperatura es inversamente proporcional a la masa del agujero
negro, lo cual hace difícil observar esta radiación de los agujeros
negros de masa estelar o mayor.
La primera solución moderna de la relatividad general que habría
de caracterizar a un agujero negro fue descubierto por Karl
Schwarzschild en 1916.
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12-4-2012

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Predicción y detección de “lentes gravitatorias”.
En la imagen, la gravedad de una galaxia luminosa de
color rojo (LRG) ha distorsionado gravitacionalmente la
luz de una galaxia azul mucho más distante.

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Predicción del cambio de
masa en las partículas
aceleradas hasta
velocidades muy
cercanas a “c” en los
sincrotrones.
Los electrones son
acelerados por etapas
en el acelerador lineal y
luego en la de refuerzo
(acelerador circular)
Después se inyectan en el anillo grande llamado anillo de almacenamiento, donde dan
vuelta durante horas para aprovechar la emisión de radiación de sincrotrón.
La velocidad de los electrones va aumentando de forma progresiva hasta ser muy
cercana a la de la luz, y por ello su masa también va aumentando. Por lo cual los impulsos
de energía deben estar muy finamente sincronizados con la posición de los paquetes de
electrones.

La explicación del mundo físico debida a Galileo y a Newton sigue
siendo válida para la mayoría de las aplicaciones de la ciencia y de
la ingeniería.
1.- El principio de inercia, el principio de relatividad de los
movimientos simples y la composición de velocidades de Galileo
siguen siendo válidos para todos aquellos casos en los cuales las
velocidades sean mucho menores que la velocidad de la luz. Casi
todos los sistemas terrestres cumplen estos requisitos.
2.- La ley de gravitación de Newton sigue siendo válida para los
casos en los que las masas y velocidades no sean excesivamente
grandes.
3.- La interpretación ordinaria de la gravitación como una fuerza de
atracción es errónea, pero sirve para casi todas las aplicaciones,
debido que los resultados de los cálculos difieren muy poco de los
cálculos relativistas, y es muy intuitiva. Volver a Índice
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Pág. 1 de 27.- Conclusiones finales

Hacia 1900 se presentan las primeras ideas acerca de lo que
andando el tiempo se materializará en una teoría de la materia y la
energía en una escala de tamaños fundamental. Se llamará “física
cuántica”.
Enseguida se comprueba que la teoría de la relatividad no es
compatible con la física cuántica.
Por otro lado, la investigación en cosmología muestra la existencia
de fenómenos (materia y energía oscuras) que tienen explicación
en la teoría de la relatividad, pero que no han tenido confirmación
experimental (partículas desconocidas, etc).
En parte para resolver estos problemas, y en parte por razones
internas, se viene desarrollando una teoría alternativa, denominada
“teoría de cuerdas”, pero que no ha tenido confirmación
experimental hasta la fecha
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Pág. 2 de 27.- Conclusiones finales

La teoría de la Relatividad: Una revolución en la explicación del mundo físico.

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