A Century Ago, Einstein’s Theory of Relativity Changed Everything

By the Fall of 1915, Albert Einstein was a bit grumpy.

And why not? Cheered on, to his disgust, by most of his Berlin colleagues, Germany had started a ruinous world war. He had split up with his wife, and she had decamped to Switzerland with his sons.

He was living alone. A friend, Janos Plesch, once said, “He sleeps until he is awakened; he stays awake until he is told to go to bed; he will go hungry until he is given something to eat; and then he eats until he is stopped.”

Worse, he had discovered a fatal flaw in his new theory of gravity, propounded with great fanfare only a couple of years before. And now he no longer had the field to himself. The German mathematician David Hilbert was breathing down his neck.

So Einstein went back to the blackboard. And on Nov. 25, 1915, he set down the equation that rules the universe. As compact and mysterious as a Viking rune, it describes space-time as a kind of sagging mattress where matter and energy, like a heavy sleeper, distort the geometry of the cosmos to produce the effect we call gravity, obliging light beams as well as marbles and falling apples to follow curved paths through space.

This is the general theory of relativity. It’s a standard trope in science writing to say that some theory or experiment transformed our understanding of space and time. General relativity really did.

Since the dawn of the scientific revolution and the days of Isaac Newton, the discoverer of gravity, scientists and philosophers had thought of space-time as a kind of stage on which we actors, matter and energy, strode and strutted.

With general relativity, the stage itself sprang into action. Space-time could curve, fold, wrap itself up around a dead star and disappear into a black hole. It could jiggle like Santa Claus’s belly, radiating waves of gravitational compression. It could even rip or tear. It could stretch and grow, or it could collapse into a speck of infinite density at the end or beginning of time.

Nowadays, some of the knowlegdes or applications would be ignored without the Theory of Relativity:

- GPS. GPS systems owe a debt of gratitude to Einstein and his thought experiments, without which they would not exist at all.

The highly precise clocks have oscillators that function not on springs or pendulums, but atoms.

The level of precision required for satellites is down to this atom clock, whose ticks must be known to an accuracy of 20 to 30 nanoseconds.

Because the satellites are constantly moving relative to the Earth, effects predicted by Einstein's theory must be taken into account.

In particular, the pull of gravity is stronger on Earth than in the satellite's orbit, meaning time is passing marginally faster in the latter than it is in the former.

The precision of atomic clocks makes the desired accuracy achievable and GPS technology corrects this discrepancy to make the location accurate.

- The Big Bang theory. Scientists realised that if you went back far enough in time, the universe would get increasingly smaller, or shrink, until the moment when it appeared.

This became known as the Big Bang and suggests that since that moment, the universe has expanded.

- Black holes. They are among the most mysterious objects in our universe - concentrated wells of gravity from which nothing, not even light can escape.

But without Einstein's general relativity equations, we could still be ignorant of the existence of black holes, as it was instrumental in their discovery.

Hace 100 años la teoría de la Relatividad lo cambió todo

En el otoño de 1915, Albert Einstein estaba un poco gruñón.
¿Y cómo no? Alentada, para su disgusto, por la mayoría de sus compatriotas de Berlín, Alemania se había embarcado una guerra mundial ruinosa. Él se había separado de su esposa, y ella se había esfumado a Suiza con sus hijos.
Vivía solo. Un amigo, Janos Plesch, decía: "Duerme hasta que se despierta; se queda despierto hasta que se le dice que vaya a la cama; pasa hambre hasta que se le da algo de comer; y luego come hasta que para".
Peor aún, había descubierto un defecto fatal en su nueva teoría de la gravedad, propuesta con gran fanfarria sólo un par de años antes. Y también ahora que ya no tenía el campo para él solo. Sentía el aliento en el cogote del matemático alemán David Hilbert.

Así que Einstein volvió a la pizarra. Y el 25 de noviembre de 1915 anotó la ecuación que gobierna el universo. Tan compacta y misteriosa como una runa vikinga, la ecuación describe el espacio-tiempo como una especie de flácido colchón donde la materia y la energía, como en un sueño pesado, distorsionan la geometría del cosmos para producir el efecto que llamamos gravedad, obligando a los rayos de luz, así como a los objetos y las manzanas que caen, a seguir trayectorias curvas a través del espacio.
Esta es la teoría general de la relatividad.

Desde los albores de la revolución científica y los días de Isaac Newton, descubridor de la gravedad, los científicos y filósofos habían pensado en el espacio-tiempo como una especie de escenario en el que nosotros, los actores, la materia y la energía, caminaban y se pavoneaban.
Con la relatividad general, el escenario en sí entró en acción. El espacio-tiempo podía curvarse, doblarse, envolverse alrededor de una estrella muerta y desaparecer en un agujero negro. Se podría sacudir como el vientre de Santa Claus, que irradia ondas de compresión gravitacional. Incluso podría rasgarse. Podría estirarse y crecer, o podría colapsar en un punto de densidad infinita al final o al principio de los tiempos.

Algunos de los conocimientos de hoy en día que serían imposibles sin la Teoría de la Relatividad:

- GPS. Tienen una deuda de gratitud con Einstein y su teoría, sin la cual no existirían en absoluto.
Los relojes de alta precisión tienen osciladores que no funcionan a base de resortes o péndulos, sino en base a los átomos.
El nivel de precisión requerido para los satélites se ha reducido a este reloj átomo, cuyo tic-tac debe conocerse con una precisión de 20 a 30 nanosegundos.
Debido a que los satélites están en constante movimiento respecto a la Tierra, los efectos predichos por la teoría de Einstein deben tenerse en cuenta.
En particular, la fuerza de la gravedad es más fuerte en la Tierra que en la órbita del satélite, es decir, el tiempo pasa ligeramente más rápido en la órbita que en la Tierra.
La precisión de los relojes atómicos hace que los GPS corrijan esta discrepancia para que la ubicación sea exacta. Si no, en poco tiempo, el error sería de kilómetros, lo que haría inútil el sistema.

- Teoría del Big Bang. La teoría de Einstein sugiere que el Universo o el tan conocido continuo espacio-tiempo está en expansión, que fue una de las bases para que se propusiera posteriormente la teoría del Big Bang.

- Agujeros negros. Se encuentran entre los objetos más misteriosos de nuestro universo - concentrados pozos de la gravedad de la cual nada, ni siquiera la luz puede escapar.
Pero sin las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, todavía podríamos ignorar la existencia de los agujeros negros, ya que jugó un papel decisivo en su descubrimiento. 

 

Terrorist attack in Paris / Ataque terrorista en Paris

We are devastated due to the terrorist attacks in Paris on last Friday.
Our thoughts and prayers are with the families affected.

Estamos devastados debido a los ataques terroristas en París del pasado viernes.
Nuestros pensamientos y oraciones están con las familias afectadas.