Desde que Albert Einstein formalizó ante la comunidad científica mundial, en 1905, su teoría de la relatividad restringida, trabajó durante casi una década en ampliar los alcances de su propuesta. Tal como estaba formulada originalmente se aplicaba tan sólo a sistemas en movimiento uniforme, con un movimiento relativo los unos con respecto a los otros en línea recta y a velocidades constantes. Einstein deseaba generalizar la teoría para incluir el movimiento no uniforme, ampliando las leyes de la física de modo que fueran las mismas para todos los sistemas, tanto acelerados como uniformes. Para hacer esto tenía que examinar la relación entre la aceleración producida por la gravedad y la generada por otras fuerzas. Empezó con un experimento de pensamiento.
En su imaginativa mente, Einstein elaboró una reflexión pensando en «un cajón espacioso parecido a una habitación» que transitaba por el espacio a velocidad constante, lejos de cualquier estrella o planeta. El contenido del cajón, incluido un observador, sería ingrávido, flotaría libremente; no habría ni arriba ni abajo, ni techo ni suelo. Si se aplicaba una fuerza constante a un lado del cajón, éste aceleraría uniformemente, y una de las paredes empezaría a apretar contra su contenido. Para el observador dentro del cajón, esta pared se convertiría en suelo. La fuerza de aceleración podía ajustarse de modo que el observador sintiera un empuje hacia abajo idéntico al que puede sentir cualquiera en la superficie de la Tierra. El observador en el cajón no tendría, de hecho, ninguna forma de saber si el empuje era producto de la gravitación o de la aceleración. En vista de ese razonamiento, Einstein llegó a la conclusión de que gravedad y aceleración son equivalentes.
Esta conclusión, a la cual se le conoce como principio de equivalencia, apareció por primera vez en un ensayo que publicó en 1911, y era la premisa fundamental de la teoría de la relatividad general. La versión completa de la relatividad general aparecería cuatro años más tarde. Einstein usó ese tiempo intermedio para desarrollar descripciones matemáticas de la interacción entre materia, radiación y fuerzas gravitatorias. En contraste con los cálculos que había usado para apoyar la relatividad restringida, estas ecuaciones de campo de la relatividad general –llamadas así porque describían la naturaleza de los campos gravitatorios– eran complejas, y tensaron sus capacidades matemáticas hasta casi el punto de ruptura.
La relatividad general es una teoría muy matemática y, para muchos, difícil de entender. Pero la imagen física del mundo que describe (el mundo del espacio geométrico curvado) es bastante fácil de entender. En las próximas secciones de este capítulo, intentaremos desarrollar una descripción lo más acabada posible de esta teoría pero, a su vez, trataremos de facilitar la comprensión del contenido de aquellas secciones cuyos temas se saben difíciles, al mayor número de lectores.
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