¿Qué es la Relatividad General?

Con motivo del centenario de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, José M. Martín Senovilla, catedrático de Física Teórica de la Universidad del País Vasco, reflexiona sobre la relevancia histórica de la formulación del físico alemán.

Parafraseando a Leibniz, dispongo de varias respuestas. Podría citar a Max Born ("el mayor hito del pensamiento humano acerca de la naturaleza") o Paul Dirac ("probablemente, el mayor descubrimiento científico de todos los tiempos"), ambos laureados con el Nobel de Física, pero esto no satisfará la curiosidad de los lectores.

Permítanme que empiece diciendo lo que no es: ninguna relación con el relativismo filosófico, doctrina resumida en la sabiduría popular con un "todo es relativo". ¡No! La Relatividad General es una rama de la Física. Desvelado el infortunado equívoco, lo que sí es: una teoría de la gravedad, ese fenómeno físico cotidiano de todos conocido. La mejor que hemos sabido construir.

¿Por qué el inusitado interés acerca de la gravedad y su descripción física? Puede que ustedes no estén al tanto, pero el 25 de noviembre es una fecha señalada. No sólo, que también, porque en 1960 acaecieron los asesinatos de las hermanas Mirabal -razón por la que en tal fecha se celebra el día internacional para la eliminación de la violencia contra la mujer-, sino porque en ese día de 1915, jueves, Albert Einstein publicó las ecuaciones definitivas de la teoría. Eran días convulsos de guerra, el New York Times titulaba: "Grecia accede a las exigencias de los aliados" (parece que el tiempo no pase...). El caso es que en 2015 se cumple el centenario de la teoría.

La Relatividad General es una teoría extraordinaria, construida por el puro intelecto sin poder inspirarse en ningún hecho experimental no explicado previamente, y por ello adelantada un siglo, quizás más, a su debida época. Basada en la unificación del espacio y el tiempo de su antecesora la Relatividad Especial -ya lo intuía Cervantes: "en un lugar ... no ha mucho..."-, se erige sobre lo que Einstein mismo consideró la idea más feliz de su vida (¡hala!): el principio de equivalencia.

Viene a decir este principio: las aceleraciones que experimentamos cuando damos una curva, o si el conductor pega un frenazo, son indistinguibles de la atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre nosotros. ¿No han notado cómo, si un tren se acelera o frena, caminar sobre el vagón es tan difícil como subir una pendiente, o tan peligroso como bajar una ladera empinada? Pues eso. Claro está, el tren puede pararse, o mantenerse con velocidad uniforme, y tales impresiones desaparecen. ¿Pasa lo mismo con la gravedad? Aquí la intuición del genio: sí, basta con ponerse en caída libre, y ¡no sentiremos nuestro propio peso! Uno puede subirse a una báscula para después lanzarse por la ventana con ella... que dejará de marcar el peso (hasta el porrazo con el suelo).

Actualmente, abundan los vídeos mostrando cómo los astronautas de la Estación Espacial Internacional (ISS), que está en órbita de la Tierra -es decir, en caída libre-, viven en un entorno de ingravidez. En resumidas cuentas, la gravedad es un fenómeno escurridizo, localmente inexistente si estamos en caída libre. Estarán pensando: una teoría de la gravedad en la que ésta parece ser una ilusión. Chocante. Mas, atención. Como escribió Einstein en una carta a Sommerfeld: "De la Relatividad General se convencerá en cuanto la hubiere estudiado; por tanto, no la defenderé con la más mínima palabra". Estudiémosla.

La implicación más profunda del principio de equivalencia es la geometrización de la gravedad. Las masas deforman la geometría a su alrededor. Así, las trayectorias de los cuerpos "se tuercen" debido a la curvatura del espacio-tiempo. Siendo cierto que en la ISS se vive en estado de ingravidez (local), también lo es que cada hora y media vuelve al mismo punto del espacio (efecto no local debido a la curvatura que la Tierra produce). La Tierra misma nota la curvatura provocada por el Sol (y la Luna) con las mareas, o mediante la repetición de las estaciones debida al paso por los mismos lugares orbitales cada año. En breve: aunque la gravedad puede considerarse localmente una ilusión, se manifiesta como una entidad real no localmente a través de la curvatura del espacio-tiempo. De su forma.

Las ecuaciones matemáticas que cumplen un siglo describen con precisión cómo una distribución de materia crea la curvatura/gravedad a la par que ésta gobierna el movimiento de la materia. ¡Ajá!, y si se retira todo lo material del Universo, ¿qué queda? Uno podría responder: el espacio y el tiempo. En realidad, no queda nada. El espacio-tiempo es una mera manifestación de la existencia de cosas. Sin éstas, aquél no tiene forma, no existe (Leibniz dixit). Ese es, sucintamente, el contenido sustancial de las ecuaciones de la Relatividad General; una relación íntima, aglutinadora, entre la geometría del espacio-tiempo y la materia. Pero, ¿cuál fue la repercusión de la teoría?

La física se vanagloria de su capacidad de predicción. La Relatividad General predijo fenómenos insospechados, por ejemplo que la luz se desvía al pasar cerca del Sol (¡geometría!), o que el tiempo transcurre a diferente ritmo según la altura sobre la Tierra, ambos medidos con cierta precisión en los albores de la teoría. No obstante, los efectos son tan diminutos que, después de una infancia asombrosa, la Relatividad General pasó a ser el "patito feo" de la familia de teorías físicas: un alarde intelectual sin apenas consecuencias observables. Por ello vivió una juventud difícil, menospreciada por muchos, hasta que alcanzó la madurez, las técnicas experimentales se refinaron, el patito feo devino "cisne" y pasó a ser admirado, hasta la adoración, por todos. De tal manera, los fenómenos mencionados pasaron a ser herramientas indispensables para la ciencia, la técnica y hasta los artefactos de uso diario. La desviación de la luz es la base de las medidas basadas en lentes gravitatorias, que permiten conocer la distribución de masa en objetos distantes y enormes tales como cúmulos de galaxias, cimentando en particular la idea de que existe mucha materia oscura en el Universo. El transcurso irregular del tiempo a diferentes alturas de la Tierra afecta a la sincronización de los relojes en la constelación de satélites responsables del funcionamiento del GPS (sí, esos aparatos). Sin conocer la teoría, éstos no funcionan.

De hecho, se puede dar una larga lista de consecuencias experimentales inexplicables sin la Relatividad General. A título de ejemplo: la Cosmología, que describe la historia, evolución y composición del Universo, incluyendo su expansión, actualmente acelerada. Los púlsares, estrellas de neutrones muy compactas, con masas mayores que la del Sol pero radios de apenas unos kilómetros. Más compactos aún, los agujeros negros, objetos fascinantes por sus propiedades y su simplicidad, ubicuos en el Universo: parece que existe uno gigante en el centro de cada galaxia respetable. (La Vía Láctea tiene el suyo, "nuestro agujero negro": Sagitario A* se llama esta simpática mascota de millones de masas solares). En fin, las ondas gravitatorias, remedos gravitacionales de las ondas de luz, tan débiles que aún no se han podido detectar directamente (tenemos "ceguera gravitatoria") a pesar de tremendos esfuerzos materiales y espirituales, pero sí indirectamente por sus consecuencias en sistemas de dos astros, uno de ellos púlsar. Todo lo cual ha traspasado la frontera de la cultura científica y permeado la jerga habitual: Big Bang, agujero negro, energía oscura,...

¿Alguien da más? Ejem..., subsiste un misterio que rodea a la teoría: su manifiesta incompatibilidad, casi "repugnancia" mutua, con la rama de mayor éxito de la física, la cuántica, sin la que tampoco se puede entender el Universo ni la mayoría de los fenómenos. Es un rompecabezas persistente cuya solución carece de pistas fiables aún (mi opinión). Sin embargo, dado que la Relatividad General se adelantó 100 años a su lógico nacimiento, es posible que estemos, por fin, en disposición ideal para atacar este enigma. En ello estamos. Al fin y al cabo, los investigadores alimentamos el instinto de saber intentando engrandecer el patrimonio intelectual de la humanidad. Dimos un paso gigante hace un siglo que nos enorgullece. Preparémonos para el siguiente salto con determinación. Como se sabe, 100 años no son nada.