El espacio-tiempo de Einstein

Introducción

Hasta que Einstein en 1905 postuló su Teoría de la Relatividad Especial, la mecánica, para el estudio del movimiento de los cuerpos, se apoyada fundamentalmente en Galileo y en Newton y aplicaba, con resultados aparentemente irreprochables, ciertas leyes que sucesivamente se habían venido consolidando. En estas leyes siempre se consideraba que tales movimientos tenían lugar en un espacio de tres dimensiones ortogonales (x, y, z) y a lo largo de un tiempo de una sola dimensión (t) con el convencimiento, más o menos explícito, de que tanto este tiempo como aquel espacio eran variables independientes y de que a ambas se les podían asignar los valores determinados por un observador cualquiera, puesto que estos valores se presumían válidos no sólo para el observador que los hubiera medido sino también para cualquier otro, que deseara utilizarlos, independientemente del movimiento relativo que pudiera haber entre cualesquiera de dichos observadores. Einstein, partiendo del hecho, ampliamente constatado desde las experiencias de Michelson-Morley, de que la velocidad absoluta de la luz es independiente de cual sea la velocidad del foco emisor del que parta y del movimiento del observador que pretenda medirla, cuestionó la invariabilidad de los valores para los intervalos en el tiempo y para las distancias en el espacio percibidos por los distintos observadores y estableció que el correcto estudio del movimiento de los cuerpos exigía pensar que:

a. Las leyes físicas establecidas eran efectivamente válidas para cualquier observador, siempre que dicho observador se encontrara en reposo o se moviera con movimiento rectilíneo y a velocidad constante. Ello equivalía a decir que un observador, si está completamente aislado del exterior, es incapaz de distinguir, aplicando cualquier ley física, si está en reposo o si se mueve con movimiento rectilíneo y a velocidad constante.

b. A pesar de esta validez de las leyes físicas para un observador que esté en reposo o que se desplace con movimiento rectilíneo y uniforme, surgía una discrepancia importante a la hora de considerar los valores del tiempo empleado y del espacio recorrido en un movimiento; ya que, tanto el valor de los intervalos de tiempo medido por los diferentes observadores como el de las distancias constatadas por cada uno de ellos, no son independientes de su movimiento relativo, aunque éste sea rectilíneo y uniforme. Ello quiere decir que es preciso olvidarse de la visión tradicional del tiempo y del espacio como estructuras rígidas del Universo sino que hay que tener en cuenta que los valores de ambas magnitudes dependen del movimiento relativo entre el observador y lo observado.

c. También puntualizó que dos observadores, que se mantengan en puntos distintos de un sistema moviéndose todo él con cierta aceleración no ortogonal a la dirección determinada por los dos puntos en que se encuentren los dos observadores, perciben con valores diferentes tanto el tiempo como el espacio correspondientes a un acontecimiento cualquiera; ya que la aceleración del sistema hace que, durante el pequeño tiempo que tarda la luz en llegar de un observador al otro, la velocidad relativa respecto al acontecimiento del segundo observador no coincida con la velocidad relativa con que el primero de dichos observadores lo haya visto en un momento anterior. Por ejemplo, si en una nave espacial hay un observador en la parte delantera y otro en la parte trasera, cada uno con su reloj correspondiente, constatarán que sus relojes no marchan al unísono mientras la nave se acelere o se retenga porque hay un cambio en la velocidad de la nave desde que se registró el tiempo en uno de los relojes hasta que se registra en el otro.

d. De la misma manera puso de manifiesto que la masa y la energía no son magnitudes independientes. Están relacionadas como si la masa fuese una energía altísimamente condensada con un factor de condensación de gran valor (este valor está determinado por la velocidad de la luz elevada al cuadrado c² = 9.1016 m²/seg²). Ello equivale a decir que la masa puede transformarse en energía y ésta en aquella con el resultado, por ejemplo, de que una pequeña disminución de la cantidad de masa total en una reacción nuclear de origen a una enorme cantidad de energía liberada. Un gramo de masa equivale a 9.10¹³ julios de energía.