Cargando, por favor espere...

Espacio curvo de Riemann (III de III)
Así, que el espacio en el que viajamos los humanos y las estrellas es curvo y no plano, como se había considerado en los dos mil años precedentes.
Cargando...

Albert Einstein, conocido por sus teorías de relatividad especial y general, estudió detalladamente la geometría riemanniana para poder describir la curvatura del espacio-tiempo. Sus estudios se basaron en el tensor de curvatura de Riemann, una entidad algebraica independiente de cualquier sistema de coordenadas que generaliza los conceptos: escalar, vector y matriz. Esta herramienta matemática ayudó a caracterizar espacios curvos de dimensiones superiores a tres, incluyendo el espacio-tiempo de Einstein. En efecto, si el tensor de Riemann resulta ser cero, entonces el espacio es plano y si es distinto de cero, entonces el espacio es curvo de tipo hiperbólico o elíptico.

El tensor de Riemann, introducido por su autor en 1862, abrió la posibilidad de estudiar la estructura geométrica del Universo real. Durante la segunda mitad del Siglo XIX, la aportación de Riemann a la teoría tensorial se había quedado en el terreno teórico; pero en la teoría de la relatividad general de Einstein fue utilizada para el análisis de la estructura geométrica del Universo real donde habitamos los seres humanos y las estrellas. Einstein demostró que el espacio y el tiempo forman una variedad diferenciable que bautizó como espacio-tiempo y comprobó que tal espacio queda definido por el tensor de curvatura de Riemann distinto de cero.

Las observaciones de la realidad guiaron a Einstein hacia el descubrimiento de que la geometría euclidiana no encajaba en sus investigaciones. Se dio cuenta que la contracción relativista de las distancias aplicadas a un cuerpo que gira uniformemente hacía que la circunferencia cambiara con el movimiento, pero no así el diámetro, que era perpendicular al vector velocidad. Esta demostración contradecía la fórmula de longitud de la circunferencia L=D π, dado que al dividir la longitud L de la circunferencia sobre su diámetro D no se obtenía el número irracional π. Lo que dejaba en claro que el cuerpo, al girar, dependía de la velocidad y no del diámetro. Este análisis condujo a Einstein a abandonar la geometría euclidiana para compenetrarse en el estudio de la geometría riemanniana, que le sirvió para demostrar que las longitudes y el tiempo dependían no solo de la velocidad, sino también del movimiento acelerado, ambos generados por la presencia de la materia (para más detalle leer el libro Albert Einstein: navegante solitario, del doctor en física y matemáticas Luis Fernando de la Peña Auerbach).

Para consolidar su teoría, Einstein demostró, además, que la luz no solo es desviada por su peso (teoría newtoniana) sino también, y sobre todo, debido a la curvatura del espacio provocada por la masa del Sol (teoría relativista). Esta conclusión fue confirmada en mayo de 1919, por el astrónomo Arthur Eddington en un eclipse solar. Las fotos mostraron una desviación de las estrellas brillantes cercanas al Sol. Al comprobar que la luz se “curva” (o desvía) al estar muy próxima a una materia, en este caso la del Sol, llevó a Einstein a demostrar que la curvatura del espacio-tiempo se debe a la presencia de la materia. Concluyó que los cuerpos con masa menor recorren necesariamente las geodésicas de las deformaciones (curvaturas) provocadas por los cuerpos de masa mayor. Einstein dedujo entonces que “toda partícula sobre la que no actúan fuerzas excepto la gravedad, viaja a lo largo de una geodésica del espacio-tiempo”.

En las escuelas básicas aprendimos que la gravedad solar hace que nuestro planeta se mueva alrededor del Sol en una órbita elíptica. Pero la teoría general de relatividad de Einstein demostró que la masa del Sol es la que deforma (o curva) el espacio-tiempo en su recorrido y la Tierra, con los demás planetas que también tienen una masa menor, recorren necesariamente la geodésica al interior de la deformación formada en las proximidades del Sol. Estas conclusiones, obtenidas a partir del estudio del tensor de curvatura de Riemann, profundizaron en el conocimiento del hombre acerca de la estructura geométrica del Universo. Se demostró, así, que el espacio en el que viajamos los humanos y las estrellas es curvo y no plano, como se había considerado en los dos mil años precedentes.


Escrito por Romeo Pérez

Doctor en Física y Matemáticas por la Facultad de Mecánica y Matemáticas de la Universidad Estatal de Lomonosov, de Moscú, Rusia.


Notas relacionadas

Pareciera contraintuitivo que alguien haga su vida al lado de grandes montañas que sacan humo y fuego, sin embargo, ese material que sacan por sus chimeneas hace que los suelos que los rodean sean fértiles...

Arquímedes se había adelantado a los matemáticos de mediados y último tercio del Siglo XVII como Cavalieri, Pascal, Newton y Bernoulli.

La ciencia no es buena ni mala en sí misma, es una herramienta que puede utilizarse de distintas maneras y con distintos propósitos; puede resolver problemas, pero también puede crearlos.

A pesar de que el cohete no podrá aterrizar en la luna, el Instituto de la UNAM consideró que sí se han alcanzado los propósitos de la misión Colmena, toda vez que han podido articular conocimientos tecnocientíficos y formación académica.

Los métodos proporcionados por Eudoxo y Arquímedes, hace más de dos mil años, son usados hoy para calcular áreas con cualquier tipo de curvas y volúmenes.

El mal manejo, la extracción ilegal y la mala información, así como los mitos y el desarrollo turístico, han llevado a pérdidas importantes en el número de poblaciones de la cacerolita de mar.

Las matemáticas dieron orden al caos. Dan certeza en el momento que se vive y ayudan a comprender y medir los fenómenos que rodean a las personas.

¿Y si existieran tatuajes que detecten cuándo y a qué le ponemos atención; o robots que “colaboran” con trabajadores? Estos avances tecnológicos relacionados con la neurociencia ya existen, pero ¿para qué y qué consecuencias trae a los millones de ciudadanos?

A la naturaleza no le importa si los machos son atraídos hacia los machos o las hembras hacia las hembras. Es mas bien la ideología humana la que castiga estos comportamientos, argumentando que solo prohíbe lo que es “antinatural”.

Las aves han desempeñado varios papeles fundamentales a lo largo de la historia humana, desde ser fuente crucial en los ecosistemas, hasta servir como objeto de tranquilidad a la cansada y ajetreada alma de los trabajadores.

Pocas son las mujeres que han obtenido frutos tan importantes en las matemáticas a la par de muchos hombres. Es el caso de Ada Lovelace, a ella se reconoce como la pionera de la programación de la máquina analítica.

¿Es normal el adulterio en la naturaleza? Para respondernos analizaremos el comportamiento reproductivo de algunas especies. Tomando como ejemplo a mamíferos y aves, la monogamia existe, pero no es la regla en el mundo natural.

El caso chileno ilustra los riesgos ecológicos que trae consigo la producción de litio: en el Salar del Carmen se extrae diariamente cantidades gigantescas de agua la empresa SQM, la segunda mayor productora de litio en el mundo.

El término “transgénico” significa la inserción de un gen extraño en un organismo, acción propia de la tecnología biológica que consiste en transferir un fragmento del ADN de una célula a otra.

Las consecuencias del calentamiento global antropogénico están ocurriendo con una rapidez mayor a la pronosticada por la comunidad científica.