ASI ES LA VIDA: LA CONTROVERSIA DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN Y LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

Docente Elisa Márquez

Alumna María de los Ángeles Florentini

6º año Secundaria

Escuela de Educación Media Nº 8 "Jose Manuel Belgrano"

año 2018

LA CONTROVERSIA DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN Y LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

“Curiosa es nuestra situación de hijos de la Tierra. Estamos por una breve visita y no sabemos con qué fin, aunque a veces creemos presentirlo. Ante la vida cotidiana no es necesario reflexionar demasiado: estamos para los demás. Ante todo para aquellos de cuya sonrisa y bienestar depende nuestra felicidad; pero también para tantos desconocidos a cuyo destino nos vincula una simpatía.” Albert Eistein

[1]Introducción

Entre los años 1879 y 1955 Albert Einstein, un físico alemán de origen judío, desarrolló la teoría de la Relatividad General, una estructura matemática que emplea el espacio curvo y al tiempo retorcido para describir la acción de la gravedad. Años más tarde Einstein público su artículo: “CONSIDERACIONES COSMOLOGICAS” en la que aplicó su nueva teoría al Universo íntegro. Tras resolver las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, Lemaître propuso que el universo no era estático sino que estaba en expansión, esto fue expuesto en un artículo en el año 1927.

En esta monografía me voy a referir a las teorías de Einstein sobre un Universo estático y a las teorías desarrolladas por científicos como Hawking, Edwin Hubble, entre otros, formuladas a partir de la de Einstein y cómo estos logran llegar a una hipótesis diferente a la postulada por el físico alemán.

En la primera parte me voy a referir a lo expuesto por Einstein y cómo este desarrolló sus postulados sobre un Universo estático. En la segunda parte presentaré a aquellos científicos que apoyan y a aquellos que consideran que el Universo se está expandiendo, entre ellos Stephen Hawking. En la tercera parte relacionaré ambos temas para contrastarlos ¿Cómo se llegó a conocer que el universo se estaba expandiendo?, ¿Porque Einstein prefería un universo inalterable en su conjunto? ¿Porque los estudios sobre la expansión del Universo tuvieron escasa repercusión en aquellos momentos? Estas y muchas otras preguntas trataré de responderlas en este trabajo.

Desarrollo

Einstein y la expansión de Universo:
Einstein se preguntó qué aspecto tendría el mundo si uno pudiera desplazarse sobre una onda de luz. Cuanto más pensaba más inquietantes se hacían esos temas. Planteó preguntas sencillas como por ejemplo ¿Qué significa exactamente que dos acontecimientos son simultáneos?, a partir de preguntas tan elementales Einstein elaboro una revisión fundamental de nuestro concepto de mundo que revoluciono a la física. Codifico las reglas de la naturaleza en la teoría de la relatividad especial. También cuestionó los conocimientos de la época sobre la Luz, y postula sobre ella, por ejemplo que la luz reflejada o emitida por un objeto se desplazara a idénticas velocidades tanto si el objeto se encuentra en movimiento o estacionario, esto quiere decir que la velocidad de la luz es absoluta, anulando así la teoría de la suma de velocidades. Además, ningún objeto material puede desplazarse a velocidades superiores a la de la luz.[2].

En un universo lleno de estrellas que salían proyectadas en muchas direcciones no había lugar alguno que estuviera “en reposo”, esto significo la relatividad, presentada en su primera versión “Restringida” en 1905, resuelve problemas fundamentales de la física relacionados con el espacio, tiempo, luz y movimiento.

Restringida hace referencia a que no considera los efectos de la gravedad sobre las mediciones de espacio- tiempo[3] Esta teoría unificó la mecánica, basada en fuerzas y partículas, electromagnetismo, basado en campos eléctricos y magnéticos. Que definió como E: m.c².

En su segunda versión, llamada teoría de la “Relatividad General”, incluyó el efecto de los campos gravitatorios y logro escribir un sistema de ecuaciones aplicables a todo el Universo. La teoría de la relatividad general predice que el espacio-tiempo no será plano en presencia de materia y que la curvatura del espacio-tiempo será percibida como un campo gravitatorio.

Einstein insertó en su teoría General de la Relatividad la constante cosmológica, para forzar a sus ecuaciones a predecir el universo estacionario en el que él creía.

“La constante cosmológica era una especie de fuerza repulsiva opuesta a la gravedad, algo necesario, según Einstein, para que el universo fuera estable y no terminara colapsándose sobre sí mismo debido a la acción gravitatoria de la materia que contiene.”[4]

La constante cosmológica fue introducida por Einstein para obtener un modelo de universo estático, ya que sus ecuaciones predecían que el Universo estaba en expansión. La Relatividad General anticipo en más de una década el descubrimiento de la expansión del universo.

El Universo se está expandiendo

En 1917 Einstein advirtió que las ecuaciones de la Relatividad General no admitían como solución a un Universo estático. No había motivos para sospechar que el Universo se estaba expandiendo. Poco después de que Einstein publicara su teoría, el meteorólogo y matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote belga Georges Lemaître demostraron que el Universo debe evolucionar en respuesta a toda la energía que contiene. El Universo debería tener un inicio pequeño y denso, para expandirse y diluirse con el tiempo. Como resultado, las galaxias se alejarían unas de las otras.

Einstein no confiaba en esta conclusión de Friedmann y Lemaître, sino que él creía en un Universo estático. Pero un descubrimiento realizado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble en 1929 hizo que cambiara de idea. Este manifestó que el Universo se estaba expandiendo. Este descubrimiento surge mediante un análisis de de los diferentes tipos de galaxias de la Vía Láctea, que eran conocidas en ese entonces. Mediante el telescopio gigante de Monte Wilson en los Estados Unidos, descubrió que las galaxias muy distantes se alejan respecto de la Tierra, en una velocidad que es mayor cuanto más lejos se encuentran. Fue el primer descubrimiento crucial para la cosmología moderna .Este modelo del cosmos fue conocido como el Big Bang (Gran Explosión).

“La velocidad recesional de una galaxia no se debe a su movimiento a través del espacio; en su lugar, la galaxia está siendo arrastrada junto con el espacio circundante a medida que se expande el universo.”[5]

Edwin Hubble demostró que, lejos de colapsarse, el universo seguía expandiéndose, haciéndose cada vez más grande. Y la materia contenida por él, en lugar de ir juntándose, se estaba separando. Por los tanto Einstein desechó su constante cosmológica, que llegó a considerar como el "mayor error" de su vida. Un "error” del que ahora los científicos dependen para intentar explicar el Universo en que vivimos.

La teoría General de la Relatividad de Einstein ha revelado que el Universo es un lugar extremo. Ahora sabemos que era caliente y denso, y que se ha expandido durante los últimos 13,7 mil millones años. También dedujo la existencia de regiones tan densas que deforman el espacio-tiempo, llamadas agujeros negros que atrapan todo lo que entran en ellos.

La geometría del universo influye de forma decisiva en los objetos que observamos. En un espacio curvo o esférico, la luz que nos llega de galaxias o estrellas lejanas se deforma durante su largo viaje, de manera que la imagen que vemos no se corresponde con la realidad, sino que está distorsionada. En un espacio plano, sin embargo, esa distorsión no existiría y nos permitiría ver los objetos celestes tal y como son.

Los científicos han buscado las propiedades y las características de la luz que nos llega de las estrellas. Estudiando al detalle esa luz, examinándola fotón a fotón, ha sido posible averiguar si el objeto que la emite se acerca o se aleja de nosotros, y a qué velocidad. O incluso conocer los elementos químicos que contiene la fuente emisora de esa luz, permitiéndonos averiguar la composición de estrellas o planetas lejanos. Lo que no podemos saber es hasta qué punto esa luz se ha deformado durante su viaje y, por lo tanto, hasta qué punto es real, o no, lo que estamos viendo.

Sí que sabemos que la longitud de onda de un rayo de luz se deforma con el movimiento, hacia la parte roja del espectro electromagnético (corrimiento hacia el rojo) o hacia la parte azul, según si el objeto emisor se está alejando o acercándose.

Como mencionamos en la introducción de dicho trabajo, hablaremos a cerca de los descubrimientos realizados por Stephen Hawking sobre el origen y expansión del Universo. Según Hawking antes del Big Bang no había materia ni energía. Los relojes no habían comenzado a mover sus agujas. No existía el tiempo y por lo tanto no pudo haber ocurrido nada antes de la explosión del mismo. Tampoco había espacio, este se comenzó a expandirse a medida que el Universo empezó a desarrollarse. Esta expansión aún continúa y por lo que se sabe seguirá así a menos que se produzca la implosión o el gran crujido, el “Big Crunch” en cuyo caso volveríamos a la nada.

“Las teorías actuales sobre el Big Bang predicen que nuestro universo nació con un brevísimo episodio de inflación. Según esta visión, el universo se expandió de manera exponencial durante una fracción de segundo después del Big Bang., una vez se inicia la inflación, hay regiones donde nunca se detiene”[6]

La gran explosión fue originada por procesos en los que una única fuerza unificada de la naturaleza se dividió en las cuatro fuerzas que conocemos hoy en día que son las que rigen la Tierra.

La teoría de Hawking está basada en la teoría de la Relatividad General de Einstein en la cual:

“El espacio-tiempo se puede imaginar como una superficie curva, que en lugar de dos dimensiones, como sería una superficie normal, tiene cuatro: los tres ejes del espacio y la del tiempo”

[7]

Debido a que el tiempo no existía lo ocurrido antes de la explosión del “Bing Bang” no podría conocerse ni medirse ya que de las mismas no hay ninguna consecuencia observacional.

Si hablamos del origen del Universo, Hawking resalta que la Teoria de la Relatividad de Einstein describe el desarrollo del Universo y que toda la energía y materia del mismo tuvo que estar combinada en algún momento en un solo punto. Ahí es donde aparece la Religion, el Dios de la Creación. Por los que sabemos el planeta Tierra nació hace 4.650 millones de años, 9.000 millones de años después que el Bing Bang, por lo que la Tierra no nació al principio. Podemos ver una diferencia entre los datos agrados de la Religión y los datos científicos de la Ciencia. Existe una amplia diferencia entre lo postulado por la Biblia, que sostiene que Dios hizo el mundo en siete días y el Big Bang que se produjo en menor tiempo. Es por esto que según Hawking no hay muchos puntos en donde la Ciencia y la Religión puedan coincidir.

En efecto, y muchos años después de que Hubble realizara su trascendental descubrimiento, se hizo evidente otro hecho desconcertante: el universo no solo se está expandiendo, sino que el ritmo de esa expansión se está acelerando. Es decir, que la velocidad de expansión no es constante, sino que aumenta con el tiempo. ¿Pero qué fuerza es capaz de oponerse a la gravedad y conseguir un efecto semejante? Hasta ahora, la ciencia no ha podido dar una respuesta a esta cuestión, aunque Hawking piensa que dicha fuerza se encuentra relacionada a la famosa “Constante Cosmológica” diseñada por Einstein.

Lo que sí se sabe es que, para que la gravedad pudiera frenar la expansión, debería de existir muchísima más materia de la que podemos ver.

La materia que forma las galaxias, estrellas y planetas, es apenas un 4% de la masa total del universo. Otro 23 % de esa masa está formado por materia oscura, una misteriosa clase de materia que no brilla y , por lo tanto, no podemos ver. Y el 73% restante está constituido por algo que, a falta de una definición mejor, los científicos han llamado "energía oscura". Una extraña fuerza que, de alguna manera, sería la responsable de la actual aceleración del universo.

A modo de cierre quiero dar una conclusión acerca de este escrito: Como bien está expuesto en este trabajo todos los arduos estudios por parte del profesor Einstein para llegar a desarrollar la Teoría de la Relatividad y todos sus intentos para mantener su posturas acerca de un Universo estático.

Pese a todos sus esfuerzos por mantener sus postulados se llegó a conocer que unos de los descubrimientos de Einstein, la tan admirada “constante cosmológica”, dio a conocer que el Universo no era estático, sino que se estaba expandiendo indeterminadamente.

“La Teoría de la Relatividad revela el Universo astronómico y corre el velo del funcionamiento del mismo a partir de su creación”[8]

Como nombramos anteriormente científicos como Friedmann, Lemaître, Hawking, entre otros, realizaron dicho descubrimiento para, años más tarde, desarrollar la Teoría del Bing Bang.

Ahora bien dentro de las tantas teorías sobre el origen del Universo no podemos evitar mencionar la vinculación con Dios y por los intentos de Einstein de mantener un Universo estático, relacionados con la religión. Muchos creen que del origen del Universo tiene explicaciones la religión. Otros piensan que la Metafísica debe intervenir. ¿Pero qué grado de elección tuvo Dios en la creación del Universo? ¿Hablamos del Dios de la Religión o del Dios de la Ciencia? ¿Hasta qué punto podemos hablar de creación? ¿Quién puso los parámetros de expansión? ¿Dios o la ciencia? En este trabajo traté de demostrar los descubrimientos que se saben acerca de la creación y expansión del Universo. Como a partir de una oposición que era la de Einstein sobre un universo quieto se llegó a demostrar que este se está expandiendo. Hasta llegar a exponer lo que se conoce hoy en día del Universo que habitamos y otras tantas que todavía no se llegaron a descubrir o están en pleno estudio.

Bibliografía:

https://www.astrofisicayfisica.com/2014/04/la-relatividad-general.html?m=1 (27 de septiembre del 2018)

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Universo_observable (27 de septiembre del 2018)

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Energía_oscura (27 de septiembre del 2018)

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Forma_del_universo (27 de septiembre del 2018)

https://www.eluniverso.com/2012/03/31/1/1431/einstein-equivoco-sobre-expansion-universo.html (1 de octubre del 2018)

http://www.astro.ugto.mx/cursos/astrofisicaII/AstrofisicaII_Parte_II/capitulo_6/cap_6_docs/Expansion.htm (1 de octubre del 2018

https://www.letraslibres.com/mexico-espana/la-expansion-del-universo (4 de octubre del2018)

https://es.wikipedia.org/wiki/Georges_Lema%C3%AEtre (4 de octubre del 2018)

CARLS SAGAN, “Cosmos” ED.Planeta 1980 (5 de octubre del 2018)

SAGAN, C. “FisicaII” ED. Santillana, pág, 68 (5 de octubre del 2018)

https://temakel.net/node/514 (8 de octubre del 2018)