2/6/13

Sobre la teoría de la relatividad - Einstein - 22. Algunas conclusiones del principio de la relatividad general



22.   Algunas conclusiones del principio de la relatividad general                                    

Las consideraciones hechas en el §20 muestran que el principio de la relatividad general nos permite dedu­cir propiedades del campo gravitatorio por vía pura­mente teórica. Supongamos, en efecto, que conocemos la evolución espacio-temporal de un proceso natural cualquiera, tal y como ocurre en el terreno galileano respecto a un cuerpo de referencia de Galileo K. En estas condiciones es posible averiguar mediante opera­ciones puramente teóricas, es decir, por simples cálcu­los, cómo se comporta este proceso natural conocido respecto a un cuerpo de referencia K' que está acele­rado con relación a K Y como respecto a este nuevo cuerpo de referencia K' existe un campo gravitatorio, el cálculo nos informa de cómo influye el campo gravi­tatorio en el proceso estudiado.

Así descubrimos, por poner un caso, que un cuerpo que respecto a K ejecuta un movimiento uniforme y rectilíneo (según el principio de Galileo), ejecuta res­pecto al cuerpo de referencia acelerado K' (cajón) un movimiento acelerado, de trayectoria generalmente curvada. Esta aceleración, o esta curvatura, responde a la influencia que sobre el cuerpo móvil ejerce el campo gravitatorio que existe respecto a K'. Que el campo gravitatorio influye de este modo en el movimiento de los cuerpos es ya sabido, de modo que la reflexión no aporta nada fundamentalmente nuevo.
Sí se obtiene, en cambio, un resultado nuevo y de im­portancia capital al hacer consideraciones equivalentes para un rayo de luz. Respecto al cuerpo de referencia de Galileo K, se propaga en línea recta con velocidad c. Respecto al cajón acelerado (cuerpo de referencia K'), la trayectoria del mismo rayo de luz ya no es una recta, como se deduce fácilmente. De aquí se infiere que los rayos de luz en el seno de campos gravitatorios se propagan en general según líneas curvas. Este resultado es de gran importancia por dos conceptos.
En primer lugar, cabe contrastarlo con la realidad. Aun cuando una reflexión detenida demuestra que la curvatura que predice la teoría de la relatividad general para los rayos luminosos es ínfima en el caso de los campos gravitatorios que nos brinda la experiencia, tiene que ascender a 1,7 segundos de arco para rayos de luz que pasan por las inmediaciones del Sol. Este efecto debería traducirse en el hecho de que las estre­llas fijas situadas en las cercanías del Sol, y que son observables durante eclipses solares totales, aparezcan alejadas de él en esa cantidad, comparado con la posi­ción que ocupan para nosotros en el cielo cuando el Sol se halla en otro lugar de la bóveda celeste. La com­probación de la verdad o falsedad de este resultado es una tarea de la máxima importancia, cuya solución es de esperar que nos la den muy pronto los astróno­mos [1].
En segundo lugar, la consecuencia anterior demues­tra que, según la teoría de la relatividad general, la tantas veces mencionada ley de la constancia de la ve­locidad de la luz en el vacío —que constituye uno de los dos supuestos básicos de la teoría de la relatividad especial— no puede aspirar a validez ilimitada, pues los rayos de luz solamente pueden curvarse si la velocidad de propagación de ésta varía con la posición. Cabría pensar que esta consecuencia da al traste con la teoría de la relatividad especial y con toda la teoría de la relatividad en general. Pero en realidad no es así. Tan sólo cabe inferir que la teoría de la relatividad especial no puede arrogarse validez en un campo ilimitado; sus resultados sólo son válidos en la medida en que se pueda prescindir de la influencia de los campos gravita-torios sobre los fenómenos (los luminosos, por ejem­plo).
Habida cuenta de que los detractores de la teoría de la relatividad han afirmado a menudo que la relatividad general tira por la borda la teoría de la relatividad es­pecial, voy a aclarar el verdadero estado de cosas me­diante una comparación. Antes de quedar establecida la Electrodinámica, las leyes de la Electrostática pasaban por ser las leyes de la Electricidad en general. Hoy sabemos que la Electrostática sólo puede explicar co­rrectamente los campos eléctricos en el caso —que en rigor jamás se da— de que las masas eléctricas estén estrictamente en reposo unas respecto a otras y en re­lación al sistema de coordenadas. ¿Quiere decir eso que las ecuaciones de campo electrodinámicas de Maxwell hayan tirado por la borda a la Electrostática? ¡De ningún modo! La Electrostática se contiene en la Electrodinámica como caso límite; las leyes de esta úl­tima conducen directamente a las de aquélla en el supuesto de que los campos sean temporalmente inva­riables. El sino más hermoso de una teoría física es el de señalar el camino para establecer otra más amplia, en cuyo seno pervive como caso límite.
En el ejemplo que acabamos de comentar, el de la propagación de la luz, hemos visto que el principio de la relatividad general nos permite derivar por vía teó­rica la influencia del campo gravitatorio sobre la evolu­ción de fenómenos cuyas leyes son ya conocidas para el caso de que no exista campo gravitatorio. Pero el pro­blema más atractivo de entre aquellos cuya clave pro­porciona la teoría de la relatividad general tiene que ver con la determinación de las leyes que cumple el propio campo de gravitación. La situación es aquí la siguiente.
Conocemos regiones espacio-temporales que, previa elección adecuada del cuerpo de referencia, se compor­tan (aproximadamente) «al modo galileano», es decir, regiones en las cuales no existen campos gravitatorios. Si referimos una región semejante a un cuerpo de refe­rencia de movimiento arbitrario K', entonces existe respecto a K' un campo gravitatorio temporal y espacialmente variable[2]. La estructura de este campo de­pende naturalmente de cómo elijamos el movimiento de K'. Según la teoría de la relatividad general, la ley general del campo gravitatorio debe cumplirse para to­dos los campos gravitatorios así obtenidos. Aun cuando de esta manera no se pueden engendrar ni de lejos todos los campos gravitatorios, cabe la esperanza de poder deducir de estos campos de clase especial la ley general de la gravitación. ¡Y esta esperanza se ha visto bellísimamente cumplida! Pero desde que se vislumbró claramente esta meta hasta que se llegó de verdad a ella hubo que superar una seria dificultad que no debo ocultar al lector, por estar arraigada en la esencia misma del asunto. La cuestión requiere profundizar nuevamente en los conceptos del continuo espacio-temporal.


[1] La existencia de la desviación de la luz exigida por la teoría fue comprobada fotográficamente durante el eclipse de Sol del 30 de mayo de 1919 por dos expediciones organizadas por la Roya) Society bajo la dirección de los astrónomos Eddington y Crommelin.
[2] Esto se sigue por generalización del razonamiento expuesto en §20.



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