TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL Y PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA

(a) Un experimentador en una caja en reposo sobre la superficie de la tierra siente la fuerza gravitacional.
(b) Un experimentador en una caja que cae libremente sobre la tierra no siente ninguna fuerza gravitacional.

La teoría de la relatividad general de Albert Einstein (1879-1955) indica que la masa gravitacional y la masa inercial son equivalentes. Este principio de equivalencia tiene como consecuencia la imposibilidad de distinguir, en un espacio cerrado y limitado, entre los efectos de un campo gravitatorio y el de la inercia que resultan de los movimientos acelerados. Así la relatividad general sintetizó la mecánica y la gravitación. La interacción de la gravitación es descrita como una curvatura del espacio-tiempo inducida por la presencia de masas, y las partículas describen las curvas de longitud mínima de este espacio-tiempo curvado no euclidiano.

PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA:

Existe una relación entre sistemas de referencia inerciales y no inerciales sometidos a fuerzas gravitacionales, relación conocida como PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA y que se puede entender con un ejemplo dado con LAS CAJAS DE ARBERT EINSTEIN.

Para ilustrar este principio vamos a poner en práctica los experimentos mentales que se planteo Albert Einstein:

Suponga que un experimentador se encuentra encerrado en una caja colocada sobre la superficie terrestre. En su interior, siente la fuerza gravitacional que lo atrae al suelo, al igual que todos los cuerpos que se encuentran a su alrededor. Al soltar una piedra, ésta cae al suelo aumentando continuamente su velocidad, es decir, acelerándose a razón de 9,81 metros por segundo cada segundo, lo que equivale a una aceleración de 1g. Por supuesto, en el interior de la caja la fuerza que actúa sobre un cuerpo es proporcional a su masa gravitacional.

Ahora, se considera el caso de una caja situada en el espacio, lejos de la influencia gravitacional de cualquier planeta o estrella. Si esa caja está en reposo, todo lo que se encuentra en su interior flota. Pero si la caja se acelera, aumentando su velocidad a razón de 1 g, los objetos en su interior se quedan rezagados y se pegan al piso de la caja; más aún, un cuerpo que se suelte dentro de ella se dirigirá al piso con una aceleración de 1 g. Evidentemente, la caja acelerada es un sistema de referencia no inercial, y las fuerzas, que aparecen en su interior son fuerzas inerciales que dependen de la masa inercial de los cuerpos sobre los que actúan.

(a) Un experimentador en una caja acelerada en el espacio interestelar libre de fuerzas, puede pensar que un planeta lo atrae gravitacionalmente.
(b) Un experimentador en una caja en el espacio flota si la caja no está acelerada.

Otra posible situación, es que la caja es un elevador que se encuentra en un edificio terrestre, pero su cable se rompe y cae libremente. Sus ocupantes caen junto con la caja y, mientras dura la caída, no sienten, ninguna fuerza gravitacional, exactamente como si estuvieran en el espacio exterior lejos de cualquier campo gravitacional.

Así: un sistema de referencia inercial es equivalente a un sistema de referencia en caída libre, y del mismo modo un sistema no inercial es equivalente a un sistema de referencia inercial sometido a la fuerza gravitacional. Este es el llamado PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA.