RelatividadRelativity
1905 – 19191905 – 1919
El espacio y el tiempo dejan de ser el escenario fijo. Se estiran, se curvan y forman parte de la obra.Space and time stop being the fixed stage. They stretch, they curve and become part of the play.
No hay un reloj del universo. Cada uno lleva su propio tiempo.There is no clock of the universe. Each one carries its own time.
Un empleado de patentesA patent clerk
En 1905 Albert Einstein, de 26 años, trabaja en la oficina de patentes de Berna. Ese año publica cuatro artículos que cambian la física. Uno parte de dos supuestos: las leyes son iguales para todo observador que se mueve sin acelerar, y la luz va siempre a la misma velocidad. Para que ambos valgan, el tiempo y el espacio tienen que ceder.In 1905 Albert Einstein, aged 26, works at the patent office in Bern. That year he publishes four papers that change physics. One starts from two assumptions: the laws are the same for every observer moving without acceleration, and light always travels at the same speed. For both to hold, time and space have to give way.
Diez años después, en noviembre de 1915, presenta la relatividad general: la gravedad ya no es una fuerza sino la curvatura del espacio-tiempo. En 1919 dos expediciones británicas fotografían un eclipse y miden que la luz de las estrellas se desvía al pasar junto al Sol en la cantidad prevista. Einstein se vuelve famoso de la noche a la mañana.Ten years later, in November 1915, he presents general relativity: gravity is no longer a force but the curvature of space-time. In 1919 two British expeditions photograph an eclipse and measure that starlight bends past the Sun by the predicted amount. Einstein becomes famous overnight.
Antes: espacio y tiempo absolutosBefore: absolute space and time
Para Newton el tiempo fluye igual para todos, en todas partes, y el espacio es un recipiente inmóvil. Dos sucesos son simultáneos o no lo son, sin discusión. La luz viaja por el éter, que hace las veces de sistema de referencia en reposo absoluto.For Newton time flows the same for everyone, everywhere, and space is a motionless container. Two events are simultaneous or not, no argument. Light travels through the ether, which serves as a frame of reference at absolute rest.
El giro: espacio-tiempoThe turn: space-time
La simultaneidad depende del observador. Los relojes en movimiento atrasan y las longitudes se acortan. Masa y energía son equivalentes. Luego la gravedad: la materia curva el espacio-tiempo y los cuerpos siguen las líneas más rectas posibles en esa geometría curva.Simultaneity depends on the observer. Moving clocks run slow and lengths shrink. Mass and energy are equivalent. Then gravity: matter curves space-time and bodies follow the straightest possible lines in that curved geometry.
Después: una geometría que se mueveAfter: a geometry that moves
El espacio-tiempo deja de ser escenario y se vuelve actor: se expande, ondula, puede encerrarse sobre sí mismo. De ahí salen el universo en expansión, los agujeros negros y las ondas gravitacionales. Y el éter desaparece sin que nadie lo extrañe.Space-time stops being the stage and becomes an actor: it expands, it ripples, it can close in on itself. From there come the expanding universe, black holes and gravitational waves. And the ether disappears without anyone missing it.
La masa curva la red del espacio-tiempo. El planeta no es atraído: sigue el camino más recto que la curva le permite.Mass curves the grid of space-time. The planet is not pulled: it follows the straightest path the curve allows.
Tu GPSYour GPS
Los relojes de los satélites GPS adelantan unos 38 microsegundos por día respecto de los de tierra: la menor gravedad allá arriba los acelera más de lo que los frena su velocidad. Sin corregirlo, la posición que te da el teléfono se desviaría varios kilómetros por día.GPS satellite clocks gain about 38 microseconds a day relative to those on the ground: the weaker gravity up there speeds them up more than their velocity slows them down. Without correcting for it, the position your phone gives you would drift several kilometres a day.
Muones que no deberían llegarMuons that should not arrive
Los rayos cósmicos producen muones a unos quince kilómetros de altura. Viven apenas dos millonésimas de segundo: no deberían alcanzar el suelo. Llegan en enormes cantidades porque, viajando casi a la velocidad de la luz, su tiempo transcurre más lento que el nuestro.Cosmic rays produce muons about fifteen kilometres up. They live barely two millionths of a second: they should not reach the ground. They arrive in huge numbers because, travelling at nearly the speed of light, their time runs slower than ours.
El espacio tiemblaSpace trembles
El 14 de septiembre de 2015 los detectores LIGO registraron una onda gravitacional producida por dos agujeros negros que se fusionaron a más de mil millones de años luz. El espacio se estiró y encogió una fracción minúscula del tamaño de un protón. Einstein la había predicho en 1916.On 14 September 2015 the LIGO detectors recorded a gravitational wave produced by two black holes merging more than a billion light years away. Space stretched and shrank by a tiny fraction of the size of a proton. Einstein had predicted it in 1916.
Cleveland · París · 1859 – 1887Cleveland · Paris · 1859 – 1887
Un viento que no sopla y un planeta que no existeA wind that does not blow and a planet that does not exist
Si la Tierra avanza por el éter, debería notarse un «viento de éter»: la luz tendría que ir algo más rápido en un sentido que en otro. En 1887 Michelson y Morley construyen en Cleveland un instrumento capaz de medir esa diferencia. No encuentran nada. Repiten la medida en distintas estaciones del año. Nada.If the Earth moves through the ether, an “ether wind” should be noticeable: light would travel slightly faster one way than another. In 1887 Michelson and Morley build an instrument in Cleveland capable of measuring the difference. They find nothing. They repeat it in different seasons. Nothing.
La otra grieta era más vieja. Le Verrier, el mismo que encontró Neptuno, había calculado en 1859 que la órbita de Mercurio giraba un poco más de lo debido. Propuso un planeta oculto, Vulcano, y muchos lo buscaron en vano. La relatividad general explicó la diferencia exacta sin ningún planeta.The other crack was older. Le Verrier, the same man who found Neptune, had calculated in 1859 that Mercury's orbit turned slightly more than it should. He proposed a hidden planet, Vulcan, and many searched for it in vain. General relativity explained the exact difference without any planet.
No dice que todo es relativoIt does not say everything is relative
Es una teoría de lo que no cambia: la velocidad de la luz y la distancia en el espacio-tiempo son las mismas para todos. Einstein llegó a pensar que habría sido mejor llamarla teoría de los invariantes.It is a theory of what does not change: the speed of light and the interval in space-time are the same for everyone. Einstein came to think it would have been better to call it a theory of invariants.
No borró a NewtonIt did not erase Newton
A velocidades pequeñas y gravedades débiles, las ecuaciones de Einstein se reducen a las de Newton. Pero el sentido cambió por completo: lo que Newton llamaba fuerza, Einstein lo llama geometría.At low speeds and weak gravity, Einstein's equations reduce to Newton's. But the meaning changed completely: what Newton called force, Einstein calls geometry.
El Nobel no fue por la relatividadThe Nobel was not for relativity
Einstein recibió el premio de 1921 por explicar el efecto fotoeléctrico, otro de sus artículos de 1905. La relatividad todavía parecía demasiado especulativa a la academia sueca. Ese otro artículo abriría la ruptura siguiente.Einstein received the 1921 prize for explaining the photoelectric effect, another of his 1905 papers. Relativity still seemed too speculative to the Swedish academy. That other paper would open the next rupture.
De ahora en adelante el espacio por sí mismo y el tiempo por sí mismo están condenados a desvanecerse en meras sombras, y solo una especie de unión de ambos conservará una realidad independiente.Henceforth space by itself, and time by itself, are doomed to fade away into mere shadows, and only a kind of union of the two will preserve an independent reality.Hermann Minkowski · «Espacio y tiempo», conferencia en Colonia (1908)Hermann Minkowski · “Space and Time”, lecture in Cologne (1908)
Minkowski había sido profesor de matemáticas de Einstein en Zúrich y lo recordaba como un estudiante perezoso. Fue él quien vio que la relatividad especial se expresa mejor como la geometría de un espacio de cuatro dimensiones. Einstein al principio lo tomó como erudición superflua; sin ella no habría llegado a la relatividad general.Minkowski had taught Einstein mathematics in Zurich and remembered him as a lazy student. It was he who saw that special relativity is best expressed as the geometry of a four-dimensional space. Einstein at first took it as superfluous learnedness; without it he would not have reached general relativity.
Dónde se vuelve incómodoWhere it gets uncomfortable
Un tiempo que no pasaA time that does not pass
Si la simultaneidad depende del observador, no hay un «ahora» compartido por todo el universo. Algunos concluyen que pasado, presente y futuro existen por igual, como un bloque. Einstein escribió algo parecido al morir su amigo Besso. Y la teoría choca con la mecánica cuántica: juntas, todavía no funcionan.If simultaneity depends on the observer, there is no “now” shared by the whole universe. Some conclude that past, present and future exist equally, as a block. Einstein wrote something similar when his friend Besso died. And the theory clashes with quantum mechanics: together, they still do not work.
Dónde se usa hoyWhere it is used today
De tu teléfono a los agujeros negrosFrom your phone to black holes
Además del GPS, la relatividad es necesaria para diseñar aceleradores de partículas y para entender por qué brilla el Sol. En 2019 la colaboración Event Horizon Telescope obtuvo la primera imagen de la sombra de un agujero negro, con la forma que la teoría anticipaba.Besides GPS, relativity is needed to design particle accelerators and to understand why the Sun shines. In 2019 the Event Horizon Telescope collaboration obtained the first image of a black hole's shadow, with the shape the theory anticipated.
¿Qué das por simultáneo que quizá no lo sea?What do you take as simultaneous that perhaps is not?
- ¿Qué te parece fijo en tu vida que en realidad depende de desde dónde lo miras?What seems fixed in your life that actually depends on where you look from?
- ¿Qué cosa crees que es una fuerza que te empuja y quizá es solo la forma del terreno?What do you believe is a force pushing you that is perhaps just the shape of the terrain?
- ¿Tu tiempo y el de alguien que quieres corren igual?Do your time and that of someone you love run the same?
- ¿Qué buscas, como Vulcano, para salvar una idea que ya no funciona?What are you searching for, like Vulcan, to save an idea that no longer works?
- ¿Qué invariante, algo que no cambia para nadie, reconoces?Which invariant, something that changes for no one, do you recognise?
Lecturas complementariasFurther reading
- Albert Einstein — Sobre la teoría de la relatividad especial y generalRelativity: The Special and the General Theory
- Arthur Eddington — Espacio, tiempo y gravitaciónSpace, Time and Gravitation
- Kip S. Thorne — Agujeros negros y tiempo curvoBlack Holes and Time Warps
- Walter Isaacson — Einstein: su vida y su universoEinstein: His Life and Universe
- Carlo Rovelli — Siete breves lecciones de físicaSeven Brief Lessons on Physics
… mientras Einstein curvaba el espacio, otra grieta se abría en lo más pequeño: la luz llegaba en paquetes.… while Einstein was curving space, another crack opened in the very small: light came in packets.