L’espai-temps

Amb el Big Bang es va crear tot el que ens envolta, també l’anomenat teixit espai-temps. És impossible intentar explicar aquests dos conceptes sense citar a Albert Einstein i dos de les seves teories més famoses, la relativitat especial i la relativitat general.

Tots els successos físics de l’univers aconteixen en tres dimensions espacials i una de temporal. espai tempsLa Teoria General de la Relativitat demostra que les 3 dimensions que representen l’espai i la que representa el temps són dependents, és a dir, que pertanyen a un mateix sistema i es convinen en una quadrícula quadrimensionl (mètrica).

El 1905 Albert Eintein va publicar La Teoria de la Relativitat Especial a partir dels anàlisis que va realizar sobre la velocitat de la llum. Quan les coses es mouen a velocitats extremes es produeixen efectes extranys. Segons la relativitat especial, la velocitat de la llum és constant, no varia, no hi ha cap gas o éter que serveixi per a propagar les ones electromagnètiques. Einstein però, creia que si la velocitat de la llum no variava, alguna cosa ho havia de fer. El temps i l’espai havien de distorsionar-se per compensar els diferents punts de vista d’un observador a punt d’assolir aquest límit universal de velocitat. Per tant, la diferència entre els components espacials i temporals és relativa segons l’estat de moviment de l’observador. Aquesta observació va canviar la concepció de l’espai-temps.

Són diferents els efectes que es produeixen en els cossos que viatgen a velocitats tant altes, respecte un observador en repòs. Per començar, si volguéssim moure un cos fins a assolir la velocitat de la llum, la massa d’aquest augmentaria tant que s’hauria d’aplicar una força infinita; les masses en moviment són més pesants i posseeixen més energia cinètica. A part, el moviment provoca una dilatació del temps; com més augmenta la velocitat, més es dilata el temps. També influeix en la longitud; a altes velocitats els cossos pateixen un efecte de contracció. Per tant, un objecte que viatja a la velocitat de la llum és torna més pesant, es contrau i envelleix més lentament.

viatge espacialImagineu que avui surt una nau tripulada per fer un viatge interestelar, a la velocitat de la llum (299.792km/s), i no torna a la Terra fins al cap de 1000 anys terrestres. El temps relatiu transcorregut a bord de la nau seria de 2 mesos! Però només que la nau augmentés la velocitat en 4 cm/s més, aquests 2 mesos es convertirien en 3 dies! Aquestes paradoxes es produeixen sempre, també en la nostra vida quotidiana, però les distorcions són massa petites perquè ens n’adonem.

El 1915 Albert Einstein va aconseguir relacionar l’anomenada força de la gravetat, plantejada per Newton en la Llei de la Gravitació Universal, amb la seva teoria de la relativitat. D’aquesta relació en va sorgir la Teoria de la Relativitat General.

Segons Einstein l’univers sencer és com una làmina de goma gegant deformada pels cossos amb molta massa. Newton creia que la gravetat era una força que afectava els cossos immediatament a qualsevol distància. Però Eintein va demostrar que la gravetat és una conseqüència de la corbatura de l’espai-temps. És a dir que l’espai-temps no és pla, sinó que està deformat per l’energia de la massa que conté. Aquesta corbatura és el que anomenem gravetat.Einstein-Newton Si de cop i volta desapareixés el Sol es produiria una onada en el teixit espai-temps (com l’efecte que es produeix quan tires una perdra en un estany d’aigua) que viatjaria a la velocitat de la llum. Per tant no notaríem els efectes d’aquesta onada fins al cap de 8 minuts, que és el temps que tarda la llum del Sol en assolir la Terra. En aquest moment sortiríem de la òrbita actual. Això contradiu a Newton ja que, segons la seva idea de la gravetat, si el Sol desapareixés, la Terra, i els altres planetes del Sistema Solar, abandonarien la seva òrbita a l’instant.

Però la gravetat no només afecta a les òrbites dels planetes, també afecta a la llum. Einstein creia que els rajos de llum procedents d’un astre es desplaçaven quan passaven pel costat d’un altre astre amb molta massa, ja que l’espai-temps es corbava. De fet, va arribar a calcular que l’angle de desviació de la llum d’una estrella que passava pel costat del Sol era de 0,3º. Aquest fet provocava que la posició d’aquest astre es percebés desplaçada. Aquesta teoria es va demostrar l’any 1919 durant un eclipsi total de Sol.

Per tant, la corbatura en l’espai-temps, produïda per un cos molt massiu, fa que la llum es desviï quan hi passa pel costat. Però no sempre es comporta de la mateixa manera; la llum d’una galàxia que es topa amb un cos de molta massa en el seu camí, es difumina formant un cercle complet al voltant d’aquest cos. Aquest comportament de la llum es coneix amb el nom d’anell d’Einstein.

Relativitat General

El problema de la gravetat però, no s’acabava aquí; segons Einstein, aquesta corbatura de l’espai també havia d’afectar al temps. El principi d’equivalència diu que els efectes de l’acceleració de la gravetat són indistingibles. Un cos en caiguda lliure no experimenta gravetat, no té pes. És a dir que, un cos accelerat no té forma de distingir si les partícules de dins d’un camp gravitatori es mouen o no. La Teoria de la Relativitat General diu que el temps transcórre de forma diferent per a cossos situats en camps gravitatoris diferents. Com més intens és el camp gravitatori en el qual ens trobem més lentament transcórre el temps.

Tots aquests descobriments han sigut claus per ampliar el nostre coneixement de la concepció de l’univers, però també pel nostre avenç com a civilització. Un clar exemple el tenim en l’ús generalitzat dels GPS (Sistema de Posicionament Global). Si els ingeniers no tinguessin en compte els efectes de la relativitat en el grup de satèl·lits de GPS que orbiten la Terra (la gran massa de la Terra influeix en els rellotges atòmics que hi ha a l’interior de cada satèl·lit; a més, la velocitat a la qual orbiten, concretament una volta completa a la Terra cada 12 hores, comporta una dilatació temporal) i que fan possible el seu ús, la seva precisió fallaria en uns 11 km cada dia! Això demostra que la relativitat és una de les teories més precises que existeix i més aplicable en el món d’avui en dia!