Esta es una gran pregunta que va al corazón de por qué Einstein dijo que la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo , en lugar de solo la curvatura del espacio.
Considere el siguiente diagrama, que muestra la situación que describe en su pregunta. La pelota y la bala comienzan a lo largo del mismo camino en el espacio (es decir, ambos comienzan a alejarse horizontalmente de la cabeza de la persona). Sin embargo, como sabemos, sus caminos divergen rápidamente: la bala viajará mucho más lejos antes de tocar el suelo que la pelota.
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Esto puede no parecer extraño al principio, pero bajo la reconcepción de la gravedad de Einstein, ¡es un problema importante! La idea de Einstein (discutida más adelante en nuestra página de relatividad) era que no hay tal cosa como una “fuerza” de gravedad que atraiga cosas a la Tierra; más bien, los caminos curvos que parecen tomar los objetos que caen son una ilusión provocada por nuestra incapacidad para percibir la curvatura subyacente del espacio en el que vivimos. Los objetos mismos se están moviendo en línea recta.
Sin embargo, si esto es cierto, entonces la bola y la bala que comienzan en el mismo camino deberían continuar lógicamente en el mismo camino. Después de todo, si imagina caminar sobre una superficie curva como la Tierra, si comienza a caminar en línea recta hacia el este y su amigo comienza desde el mismo lugar corriendo en línea recta hacia el este, ambos seguirán ¡exactamente el mismo camino! No importa lo rápido que vayas; ambos (eventualmente) llegarán a la misma ubicación. Entonces, ¿por qué la bola y la bala no terminan en el mismo lugar también?
La única forma de evitar este problema en la teoría de Einstein es decir que no es solo el “espacio” el que es curvo; más bien, es “espacio-tiempo”. Para entender esto, es útil mirar la siguiente ilustración. Esta ilustración muestra la misma bola y bala que la anterior, solo que ahora están trazadas en un diagrama de espacio Y tiempo juntos (“espacio-tiempo”).
El eje horizontal es el mismo que antes; representa la distancia en la dirección izquierda y derecha. El eje vertical, sin embargo, ya no representa la distancia en la dirección hacia arriba y hacia abajo como lo hacía antes; en cambio, el eje vertical representa el tiempo o, específicamente, cuánto tiempo ha transcurrido desde que se lanzaron la bola y la bala. Mientras que el primer diagrama era una imagen de algo que podrías imaginar ver con tus ojos (y, por lo tanto, incluí a una persona en la imagen), el segundo diagrama es algo que solo puedes imaginar en tu cabeza. Sin embargo, lo que el diagrama nos dice es que, en cualquier momento, la bala se ha movido a través de más espacio que la pelota, lo que tiene sentido ya que la bala se mueve a una velocidad más rápida.
Los diagramas anteriores muestran que aunque la bola y la bala comienzan en la misma dirección en el espacio, en realidad comienzan en diferentes direcciones en el espacio-tiempo. Entonces, si estamos de acuerdo en que el espacio-tiempo, y no el espacio, es la arena adecuada para considerar la pregunta, entonces podemos entender por qué la bola y la bala no terminan en el mismo lugar al final de su viaje. Al igual que no es sorprendente que si comienzas caminando hacia el este y tu amigo comienza a caminar hacia el noreste, terminarás en diferentes lugares, tampoco es sorprendente que la pelota y la bala terminen en diferentes lugares, ya que comenzaron en diferentes direcciones!
Además, consideremos qué sucede si dos objetos comienzan a lo largo del mismo camino en el espacio-tiempo. Debería poder convencerse de que la única forma en que esto puede suceder es si los dos objetos comienzan en la misma dirección y a la misma velocidad. Por ejemplo, podríamos disparar dos balas diferentes desde la misma arma, con cada bala hecha de un material diferente. O podríamos disparar una bala y una bala de cañón desde el mismo punto en el espacio, comenzando cada uno a la misma velocidad. Resulta que en estos casos, si ninguna otra fuerza, como la resistencia del aire, actúa sobre los objetos que se disparan, seguirán exactamente los mismos caminos y tocarán el suelo exactamente al mismo tiempo y en el mismo lugar. Esto es completamente consistente con la teoría de Einstein: el camino que toma un objeto a través del espacio-tiempo no depende de la masa del objeto o del material del que está hecho; solo depende de la dirección inicial en la que comienza el objeto.
En cierto sentido, por lo tanto, lo que la teoría de Einstein nos dice es que realmente necesitamos considerar el espacio-tiempo, en lugar del espacio, como el “campo de juego” fundamental sobre el cual ocurren los eventos del universo. Es una comprensión profunda comprender este hecho: todos los objetos que nos rodean en realidad existen en un reino de “espacio-tiempo” que es mucho más complejo que el simple reino del espacio en el que los percibimos.
