El principio de equivalencia de Einstein es la modalidad más común de aplicación de esta clase de postulado vinculado a la relatividad general.
Principio de equivalencia es la denominación que identifica a un postulado conectado con la teoría de la relatividad general y otras conjeturas asociadas a la gravedad.
Albert Einstein se valió de este fundamento a la hora de notar que la estructura métrica del contexto lindante a partículas en caída libre en el marco de campos gravitacionales es determinante para marcar la trayectoria que tendrán dichas partículas.
A fin de aportar información de interés sobre este tema y contribuir a refrescar conceptos o sumar saberes, a continuación describiremos las variedades, las aplicaciones, las consecuencias y las verificaciones del principio de equivalencia.
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ResumenTipos de principio de equivalencia
En el desarrollo de las leyes centradas en el movimiento de un cuerpo se consideran tres variantes del principio de equivalencia.
Una de las posibilidades ha sido bautizada como principio de equivalencia débil. A éste, que se plasma en la segunda de las leyes del movimiento de Newton aludiendo a la masa inercial, supo hacer alusión Galileo Galilei en un libro. La formulación de carácter débil marca que una partícula de prueba que esté en caída libre exhibe un movimiento que resulta independiente respecto a su estructura y composición.
Teniendo en cuenta la ley que habla de la gravitación universal, se advierte que del principio de equivalencia débil se desprende una igualdad entre la masa gravitacional y la inercial.
Existe, por otra parte, el principio de equivalencia fuerte, el cual apunta a exaltar la esencia geométrica de la gravedad. En este caso, el enunciado indica que un cuerpo de prueba posee un movimiento gravitacional que no depende de su constitución sino de, únicamente, la posición inicial que tenga en el espacio-tiempo. En experimentos efectuados en laboratorio, el movimiento, considerándose en un escenario de sistema de referencia inercial, termina resultando independiente a su ubicación en el espacio-tiempo y a la velocidad del laboratorio.
Cuando se conjugan el principio de equivalencia emparentado con Galilei y la idea de relatividad especial gana protagonismo el llamado principio de equivalencia de Einstein. Aquí se alude a que los resultados de experimentos no gravitacionales efectuados en un laboratorio, con un desplazamiento contextualizado en un sistema de referencia inercial, son independientes en relación a su localización en el espacio-tiempo y a la velocidad del laboratorio.
De acuerdo al principio de equivalencia, en una caída libre dentro de un sistema de referencia los efectos de la gravedad quedan anulados, entrando en juego en ese contexto el efecto de la relatividad especial.
Consecuencias
Surgen distintas consecuencias en base al principio de equivalencia. Una de ellas involucra a las geodésicas y establece, de manera matemática, que las trayectorias marcadas por masas en campos gravitatorios son líneas geodésicas en el espacio-tiempo.
Es interesante señalar además que la relatividad general está apoyada tanto en el principio de relatividad especial como en el de equivalencia.
También influye el citado principio de equivalencia al calcular el lagrangiano del campo gravitatorio (es necesario dominar, en este caso, las nociones de curvatura escalar, tensor métrico, símbolos de Christoffel y funciones escalares) y en la anulación puntual que involucra al campo gravitatorio, el cual no consigue detectarse en sistemas acelerados.
En el marco del proyecto GRAVITY, un grupo de físicos demostró, en parte, el principio de equivalencia de Einstein en cercanías de un agujero negro supermasivo.
El principio de equivalencia en la práctica
Las investigaciones y las pruebas para aplicar y demostrar el principio de equivalencia no se detienen y se tornan cada vez más precisas gracias a los conocimientos acumulados y al avance de la tecnología.
Hace unos años, por ejemplo, un grupo de físicos llevó a cabo un estudio donde tuvo gran relevancia el principio de invariancia de posición local (LPI). Los investigadores, según hicieron saber oficialmente, consiguieron demostrar una parte significativa del principio de equivalencia de Einstein en proximidades de un agujero negro supermasivo cuya ubicación supera una distancia de veinte mil años luz.
Valiéndose de un minisatélite, en tanto, expertos nucleados en entidades de Estados Unidos y Francia documentaron en el espacio el carácter universal del principio de equivalencia cumplido en la caída libre de elementos. De acuerdo a las conclusiones publicadas en una revista científica, se descubrió que un par de objetos con masa diferente caen en territorio espacial a un ritmo muy similar, registrándose un margen de diferencia de apenas dos billonésimas de un porcentaje comparando uno y otro. Científicos involucrados en una investigación de trascendencia internacional también hallaron el cumplimiento del principio de equivalencia en un sistema conformado por un par de enanas blancas y un púlsar al cual estuvieron observando por un lapso de seis años para, entre otros aspectos evaluados, establecer su aceleración.
Integrantes de la Universidad de Granada y del Instituto de Astrofísica de Canarias, por detallar otro caso útil como referencia, le dieron impulso a un revolucionario método de índole experimental que fue dado a conocer como test del principio de equivalencia. Con él se ha podido poner a prueba y lograr validar el principio de equivalencia de Einstein, llegando así a comprender mejor en qué consiste, a escalas cosmológicas, la gravedad. En este marco, los especialistas midieron de modo preciso y claro el desplazamiento al rojo en una amplia cantidad de cuásares. Esta información es fundamental a la hora de poder calcular la masa de cada uno de los agujeros negros detectados.
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