Espai-temps

 

Edu3.cat

També es pot veure via YouTube

 

Al 1916, Albert Einstein va formular una teoria trascendental que inspira tota la cosmologia moderna. La teoria general de la relativitat, que és com es coneix, inclou una interpretació de la gravetat molt més general que la teoria formulada, dos segles abans, per Newton.

Per un ésser de dos dimensions, el món es pla, i una tercera dimensió és inimaginable. En aquest món, la distància més curta entre dos punts seria una recta, i les rectes paral·leles mai no es creuarien.

Però dos éssers bidimensionals que sortissin perpendicularment de l’equador acabarien trobant-se. Tindrien la sensació que una força estranya i imperceptible els atrau l’un amb l’altre.

Als humans ens passa una experiència similar: una dimensió addicional ens resulta imperceptible. Però la quarta dimensió existeix, i té a veure amb la força de la gravetat que atrau els cossos.

Einstein va descobrir que la gravetat era una conseqüència de la curvatura espai-temps provocada per la massa i l’energia dels cossos. Aquesta curvatura, que relaciona l’espai amb el temps, constitueix la quarta dimensió de l’Univers.

Per un ésser bidimensional, el camí més curt sobre una esfera no és una recta, sinó un arc de circumferència. De manera anàloga a com la curvatura de l’esfera fa que s’aproximin els éssers bidimensionals que es desplacen, suposadament, en paral·lel, a l’Univers el camí més curt entre dos punts depèn de la curvatura de l’espai causada per la gravetat de la matèria existent en el lloc.

El fenomen és comprovable amb la llum: teòricament, la llum viatja en línia recta, però quan un raig de llum passa a prop d’un camp gravitatori intens, es desvia.

Així, durant un eclipsi total, les estrelles que hi ha darrere del Sol es veuen en el cel en un lloc diferent del que correspondria si no hi hagués el Sol enmig, perquè la gravetat del Sol torça les trajectòries de la seva llum.

La curvatura espai-temps pot ser representada com una superfície plana i elàstica que es deforma quan s’hi deposita un pes. En el moment que intervé la nova dimensió, la quadrícula recta esdevé una quadrícula deformada. La deformació és més intensa en les proximitats del pes, tal com succeeix amb la gravetat quan actua sobre un cos.

La major deformació per causes gravitatòries que es pot donar a l’Univers és en els forats negres. Els forats negres són concentracions enormes de matèria en volums extremadament petits. Són uns llocs on la gravetat fa que l’espai i el temps es col·lapsin i deixin d’existir.

Una estrella de gran massa acaba la seva vida explotant com una supernova. A continuació, es contrau fins que la seva superfície és més petita que un límit inferior anomenat horitzó d’esdeveniments.

La curvatura d’espai-temps, aleshores, tendeix a l’infinit, i les lleis de la física deixen de ser vàlides. Aquest estat es pot descriure teòricament i demostrar matemàticament, però no hi ha cap manera intuïtiva de comprendre’l.

La curvatura espai-temps constitueix un dels apartats de la teoria general de la relativitat elaborada per Einstein. La genialitat d’aquesta teoria és que, en una mateixa formulació, s’unifica la gravetat, l’espai i el temps.