Segunda Parte
Sobre la teoría de la relatividad general
18. Principios de la relatividad especial y general
La tesis fundamental alrededor de la cual giraban todas
las consideraciones anteriores era el principio de la relatividad especial, es decir, el principio
de la relatividad física de todo movimiento uniforme.
Volvamos a analizar exactamente su
contenido.
Que cualquier movimiento hay que entenderlo conceptualmente como un movimiento meramente relativo
es algo que siempre fue evidente. Volviendo al
ejemplo, tantas veces frecuentado ya, del
terraplén y el vagón de ferrocarril, el hecho del
movimiento que aquí tiene lugar cabe
expresarlo con igual razón en cualquiera de las dos formas siguientes:
a)
el vagón se mueve
respecto al terraplén,
b)
el terraplén se
mueve respecto al vagón.
En
el caso a) es el terraplén el que hace las veces de cuerpo de referencia; en el caso b),
el vagón. Cuando se trata
simplemente de constatar o describir el movimiento es teóricamente indiferente
a qué cuerpo de referencia se
refiera el movimiento. Lo cual es, repetimos, evidente y no debemos confundirlo con la proposición, mucho más profunda, que
hemos llamado «principio de
relatividad» y en la que hemos basado nuestras consideraciones.
El principio que nosotros hemos
utilizado no se limita
a sostener que para la descripción de cualquier suceso se puede elegir lo mismo el vagón que el
terraplén como cuerpo de
referencia (porque también eso es
evidente). Nuestro principio afirma más bien que: si se formulan las leyes
generales de la naturaleza, tal y como resultan de la experiencia, sirviéndose
a) del terraplén como cuerpo de
referencia,
b)
del
vagón como cuerpo de referencia,
en ambos casos dichas leyes generales (p. ej., las
leyes de la Mecánica o la ley de
la propagación de la luz en el vacío)
tienen exactamente el mismo enunciado. Dicho de otra manera: en la descripción física de los procesos naturales no hay
ningún cuerpo de referencia K o K' que se distinga del otro. Este último enunciado no tiene que cumplirse
necesariamente a priori, como ocurre
con el primero; no está contenido en los conceptos de «movimiento» y «cuerpo de referencia», ni puede deducirse de ellos, sino
que su verdad o falsedad depende sólo de la experiencia.
Ahora bien, nosotros no hemos afirmado hasta ahora para nada la equivalencia de todos
los cuerpos de referencia K de cara a la formulación de las leyes
naturales. El camino que
hemos seguido ha sido más bien el siguiente. Partimos inicialmente del supuesto de que existe un cuerpo de referencia K
con un estado de movimiento
respecto al cual se cumple el principio fundamental de Galileo: un punto material abandonado
a su suerte y alejado lo
suficiente de todos los demás se mueve
uniformemente y en línea recta. Referidas a K (cuerpo de referencia de
Galileo), las leyes de la naturaleza
debían ser lo más sencillas posible. Pero al margen de K, deberían
ser privilegiados en este sentido y exactamente
equivalentes a K de cara a la formulación de las leyes de la
naturaleza todos aquellos cuerpos de referencia
K' que ejecutan respecto a
K un movimiento rectilíneo,
uniforme e irrotacional: a todos estos cuerpos de referencia se los considera
cuerpos de referencia de Galileo. La validez del principio de la relatividad solamente la supusimos para estos
cuerpos de referencia, no para otros (animados de otros movimientos). En este sentido hablamos del
principio de la relatividad especial o de la teoría de la relatividad especial.
En contraposición a lo anterior
entenderemos por «principio
de la relatividad general» el siguiente enunciado: todos los cuerpos de referencia K, K', etc.,
sea cual fuere su estado de movimiento, son equivalentes de cara a la
descripción de la naturaleza (formulación de las leyes naturales generales). Apresurémonos a
señalar, sin embargo, que esta formulación es preciso sustituirla por otra más abstracta, por razones que
saldrán a la luz más adelante.
Una
vez que la introducción del principio de la relatividad especial ha salido airosa, tiene que ser tentador, para
cualquier espíritu que aspire a la generalización, el atreverse a dar el paso que lleva al principio de
la relatividad general. Pero basta
una observación muy simple, en
apariencia perfectamente verosímil, para que el intento parezca en principio condenado al fracaso. Imagínese el
lector instalado en ese famoso vagón
de tren que viaja con velocidad uniforme. Mientras el vagón mantenga su
marcha uniforme, los ocupantes no notarán
para nada el movimiento del tren; lo cual explica
asimismo que el ocupante pueda interpretar la situación en
el sentido de que el vagón está en reposo y que lo que
se mueve es el terraplén, sin sentir por ello que
violenta su intuición. Y según el principio de la relatividad especial, esta
interpretación está perfectamente
justificada desde el punto de vista físico.
Ahora
bien, si el movimiento del vagón se hace no uniforme
porque el tren frena violentamente, pongamos por caso,
el viajero experimentará un tirón igual de fuerte
hacia adelante. El movimiento acelerado del vagón se
manifiesta en el comportamiento mecánico de los cuerpos
respecto a él; el comportamiento mecánico es distinto
que en el caso antes considerado, y por eso parece estar
excluido que con relación al vagón en movimiento no
uniforme valgan las mismas leyes mecánicas que
respecto al vagón en reposo o en movimiento uniforme. En
cualquier caso, está claro que en relación al vagón que
se mueve no uniformemente no vale el principio fundamental de Galileo. De ahí
que en un primer momento nos sintamos impelidos a atribuir, en
contra del principio de la relatividad general, una especie de realidad física
absoluta al movimiento no uniforme. En lo que sigue veremos,
sin embargo, que esta inferencia no es correcta.
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