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Diferencias entre Teoría de la relatividad especial, general y clásica

Conoce las diferencias entre la Teoría de la relatividad especial, la Teoría de la relatividad general y la Teoría de la relatividad clásica, de forma fácil.
Interestellar fue en el 2014 considerada como una de las mejores películas a nivel científico. | Imagen: Interestellar.

Einstein no solo fue un físico y científico brillante (con toda certeza el más conocido del mundo), sino que publicó una gran cantidad de escritos. Incluso llegó a dejar un legado de hipótesis que no pudo demostrar, pero en las cuales confiaba fervientemente, debido a dificultades matemáticas o incapacidad tecnológica (como la existencia de ondas gravitacionales).

De entre todas sus hipótesis y teorías, es probable que las dos más conocidas sean la Teoría de la Relatividad General y la Teoría de la Relatividad Especial. La confusión entre ambas se puede deber tal vez a compartir autor, parte del nombre, o hacer alusión a conocimientos de física que se articulan.

Galileo Galilei propuso antes, la conocida ahora como Teoría de la relatividad clásica. Esta es tal vez, más sencilla de entender.

Teoría de la relatividad clásica

El conocido por muchos como padre de la astronomía y la física moderna, que apoyó a la Revolución Copernicana y fue perseguido por la iglesia, es también el que sentó los cimientos para las teorías de Einstein. Hablamos por supuesto de Galileo Galilei.

La teoría propuesta por este científico y filósofo italiano explica que la percepción del movimiento de un objeto, depende del sistema de referencia en el que se sitúa el observador.

Esto quiere decir, que dependiendo de dónde esté colocada una persona, mirando a un objeto desplazarse por el espacio, la velocidad que percibe dicha persona cambiará.

Con un ejemplo se verá más fácil:

Si estamos en un coche y nos adelanta otro que circula por la carretera a 200km/h, la percepción que tenemos sobre la velocidad de este kamikaze será distinta si nuestro coche está parado, en el mismo sentido o va en sentido contrario.

La gran excepción: la luz

Durante muchos años, los científicos vivieron pensando que el movimiento era relativo y esto se aplicaba a cualquier objeto o partícula conocida, pero gracias a las investigaciones de Michelson y Morley se demostró que no era así.

Estos dos investigadores descubrieron que la luz, es una excepción a la Teoría clásica de la relatividad. Demostraron que independientemente del observador, la luz siempre viaja a 300.000 km por segundo (exactamente a 299.792,458 km/s).

Esto genera una situación de lo más paradójica, que preferimos ilustrar para mejorar su comprensión:

Si estás en la punta de un tren en marcha a 100km/h y tiras una piedra en mismo sentido del tren, a 20 km/h, esta piedra tendrá una velocidad total de 120 km/h para un observador que esté en tierra firme, observándote.

Esto es lo que demostró G. Galilei. Ahora veamos lo que demostraron los mencionados Michelson y Morley:

Si estás en la punta de un tren en marcha a 100km/h y enciendes una linterna apuntando en el mismo sentido del tren, la luz no viajará a la velocidad de la luz más velocidad del tren para un observador que esté en tierra firme, sino que seguirá viajando a 300.000 km/h.

Esta situación tan sorprendente fue la que hizo a Einstein postular sus teorías en relación con el espacio, el tiempo y la velocidad.

Teoría de la relatividad especial

Antes de nada, por favor, es “especial” y no “espacial”. Sin duda, este error común entre los no doctos en la materia, ha llevado a acrecentar la confusión.

Esta teoría también se conoce como teoría de la relatividad restringida. Fue publicada en el año 1905 por A. Einstein y revolucionó la concepción que tenía el ser humano sobre el tiempo.

Es decir, la teoría de la relatividad especial demostró que el tiempo y el espacio no son constantes, sino que varían y son relativos. Dicho de otra forma, un minuto no tiene por qué durar siempre lo mismo y un metro no tiene por qué medir siempre lo mismo. Pero, ¿de qué depende el tiempo y el espacio?

La respuesta a este increíble interrogante fue uno de los grandes descubrimientos del siglo XX, y su respuesta era tan sencilla como compleja: dependen de la velocidad.

Esta Teoría es la madre de la famosa historia que se suele contar de los dos gemelos:

Uno de los gemelos se queda en la Tierra y el otro viaja en una nave espacial durante un tiempo a la velocidad de la luz, para luego volver a la Tierra. El resultado: el gemelo que ha estado de viaje ha envejecido menos que el otro hermano.

Teoría de la relatividad general

En esta nueva teoría Einstein introdujo como principal protagonista a la gravedad. El desarrollo de la misma tuvo lugar entre los años 1907 y 1915.

Para entender lo que postula esta teoría, debemos comprender cuáles eran las creencias previas que se tenían sobre el tema.

Desde Newton se pensaba que la gravedad era una fuerza a distancia que procedía de manera natural de los cuerpos, donde, a más masa (cantidad de materia), más fuerza de atracción.

Esta idea conseguía explicar casi todos los fenómenos físicos estudiados, pero Einstein tocó techo con sus investigaciones y se vió obligado a replantearse las teorías de Newton.

Como resultado, descubrió que la atracción gravitacional se debía en realidad a que los cuerpos con masa (especialmente los supermasivos como planetas, estrellas, agujeros negros, etc) consiguen curvar el espacio-tiempo. Esto se traduce en que el paso del tiempo y las distancias entre dos puntos varían dependiendo de la fuerza gravitacional que hay en la zona.

La mejor forma de entender este hecho, es imaginando que el espacio es como una sábana extendida y tensa, donde al dejar caer, por ejemplo, una piedra en cualquier parte de esta, curva la tela dilatándola debido al peso que ejerce.

A niveles prácticos, podemos explicar las implicaciones de estos hechos con el siguiente caso (puesto en la gran pantalla en la película Interstellar, en el 2014).

Supongamos que estamos en el espacio con un compañero. Nuestro compañero coge una nave y se situa cerca de un objeto supermasivo (un agujero negro o una estrella de grandes dimensiones, v. g.). Nosotros, sin embargo, nos quedamos donde estamos, un lugar sin fuertes fuerzas gravitacionales alejados de otros cuerpos estelares. Pasado un tiempo, cuando nos reencontremos con nuestro compañero, el tiempo habrá pasado más despacio para él y nosotros habremos envejecido más rápido.

Síntesis: diferencias

Las introducciones anteriores no pretendían explicar las Teorías como tal, dada la complejidad de las mismas, sino entender cuáles son los campos de acción de cada una, y con suerte, intuir un poco cómo se articulan. En cuanto a las diferencias finales:

1. Teoría de la relatividad clásica: Explica cómo el movimiento (velocidad) es relativo dependiendo de dónde se sitúa el observador.

2. Teoría de la relatividad especial: Describe cómo el tiempo y el espacio, lejos de ser constantes, dependen de la velocidad del objeto que viaja a través de ellos.

3. Teoría de la relatividad general: Muestra cómo el espacio y el tiempo dependen de la fuerza gravitacional. Mejor dicho, se suele hablar de “espacio-tiempo” debido a que ambos conceptos se conciben hoy en día como un continuo dimensional donde el espacio compone tres dimensiones y el tiempo la cuarta.

Comentarios
Pablo
Hoy se me planteo la duda entre la diferencia de la trg y de la tre. Buscando en internet sobre la diferencia no entendía nada de lo que decían, este blog me ha ayudado a entender la diferencia y encima desconocía sobre la trc pero ahora la entiendo perfectament, gracias.
Javier N.
Un artículo sobresaliente. Es raro encontrar una explicación tan clara de un tema tan complejo, parece hasta sencillo. Felicidades. Una pena que la cantidad de publicidad de este portal eche para atrás.