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Para tener una amplia consideración de la teoría de la relatividad general, es necesario en un primer momento analizar la teoría de la relatividada específica, publicada por Einstein en 1905. Esta relacionaba las leyes de Newton con el electromagnetismo, cambiando así el modelo común de los físicos de la época, al establecer nuevas concepciones sobre el espacio y el tiempo, expresado con la ecuación E = mc²; sin embargo, había un pequeño detalle que en cuestión, hacía dudar del trabajo del físico, y es que este postulado resultaba inconsistente con otras hipótesis, así como lo fue con la ley de la gravedad de Newton: La atracción mutua que experimentan los cuerpos se debe a su masa.

Por esta razón, Einstein se propuso superar las limitaciones ligadas a su primera teoría, y construyó un concepto más general que tratara los temas de la gravedad y la acelaración, el principio de equivalencia, así como dela geometría y la aceleración.

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En este año se inicia la búsqueda de una nueva teoría de la relatividad de la gravedad. Einstein, en sus experimentos se dió cuenta de que una persona en caída libre y alguien que flota en el espacio podrían tener una sensación muy similar, como si la gravedad no existiera. También observó que estar de pie sobre la gravedad de la Tierra es parecido a estar en una nave espacial con aceleración. Es por ello que concluye que la gravedad como la aceleración tienen una misma causa; la capacidad de los objetos con mucha masa logran hacer una curvatura entre el espacio-tiempo. Esto es lo que percibimos como la sensación de la gravedad.

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ECUACIONES - PESENTACIÓN DE LA TEORÍA.
En el proceso para hallar las ecuaciones que relacionaban la curvatura del espacio-tiempo, con la masa y energía que este contenía, se presentaron varias dificultades y errores. Afortunadamente en Noviembre de 1915 dos personajes encontraron las ecuaciones correctas.
Albert Einstein y David Hilbert, a pesar de que los dos habían hallado las ecuaciones, lo hicieron de manera individual y con una pequeña diferencia de tiempo. Hilbert fue quien las encontró primero, sin embargo, los créditos de la teoría fueron para Einstein, ya que había sido idea de él relacionar la gravedad con la deformación del espacio-tiempo.
Finalmente, en este mismo año, Albert Einstein presentó a la Academia de Berlín (Academia Prusiana de las ciencias) un artículo en el que incluía ''Las ecuaciones del campo Einstein''; básicamente estas 10 ecuaciones son fundamentales dentro de la teoría, e indican la manera en que el espacio-tiempo y la masa-energía influyen entre sí.

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En este orden de ideas, el astrofísico Karl Schwarzschild comprendió la necesidad de buscar una solución exacta y no trivial a las ecuaciones propuestas por Einstein, pues estas no eran lineales, y eran sumamente difíciles.

Es así que decide elaborar la Métrica de Schwarzschild; una solución que sentó las bases para la descripción de las etapas finales tanto de un colapso gravitacional, como de un agujero negro.

Este mismo año, se iniciaron los primeros pasos hacia la generalización de la solución de Schwarzschild a los objetos con carga eléctrica, obteniéndose así la solución de Reissner-Nordström, ahora asociada con la carga eléctrica de los agujeros negros.

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Durante este año, se dio pie al inicio del campo de la cosmología relativista ("la cosmología relativista no es más que el estudio de la evolución de nuestro universo en expansión, a partir de la Teoría General de la Relatividad (TGR) de Einstein. ... Y aun que inicialmente se introdujo como un principio teórico, hoy en día está basado en las observaciones de nuestro universo a grandes escalas"), gracias a la aplicación de los aportes de  la teoría al universo en su conjunto de Albert Einstein. Con relación al pensamiento contemporáneo (concibe al universo como estático), añadió  sus ecuaciones una constante cosmológica para reproducir esa "observación".

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La relatividad general como nueva teoría del espacio-tiempo se diferenció de la teoría original, relatividad espacial, que no consideraba la gravedad. Fue confirmada de manera ostentosa en este año, cuando durante una expedición británica al África Occidental se distinguió un pequeño cambio en la posición de las estrellas cerca del Sol durante un eclipse.
Como lo había expuesto Einstein, la luz fue curvada cuando pasó cerca al sol, siendo este fenómeno una evidencia directa de que el espacio y el tiempo estaban deformados; el más grande cambio en la percepción del mundo donde vivimos desde que Euclides escribió sus Elementos alrededor de 300 años antes de Cristo.

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Uno de los hitos históricos de la ciencia de la luz que consideró la Asamblea General de las Naciones Unidas al proclamar el año 2015 como Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz es "la incorporación de la luz en la cosmología mediante la relatividad general en 1915" , es decir, la celebración este año del centenario de la publicación teoría de la relatividad general por Albert Einstein (1879-1955).

Como señala Adolfo de Azcárraga, presidente de la RSEF, en su libro En torno a Albert Einstein, su ciencia y su tiempo, la teoría einsteniana contenía una predicción espectacular: la luz también poseía 'peso', es decir, debía ser atraída y desviada por los cuerpos celestes". Puesto que la equivalencia entre aceleración y gravedad se extiende a los fenómenos electromagnético y la luz es una onda electromagnética, los rayos luminosos deberían curvarse en presencia de un campo gravitatorio. Einstein ya se dio cuenta de que la única forma de verificar experimentalmente su predicción teórica era durante un eclipse total de Sol que permitiría fotografiar una estrella cercana al Sol, sin la presencia de la potente luz solar. Pues bien, el 29 de mayo de 1919 habría un eclipse de Sol total desde algunos puntos de la superficie terrestre, lo que haría posible verificar esta curvatura de los rayos de luz.

El primero en darse cuenta que el eclipse del 29 de mayo de 1919 era una oportunidad única para verificar la teoría de Einstein fue Frank Dyson (1868-1939), astrónomo real británico y director del Royal Greenwich Observatory. El astrónomo británico Arthur Eddington (1882-1944), científico de prestigio, cuáquero devoto, pacifista convencido, director del Cambridge University Observatory y uno de los pocos que en aquellos años entendía la relatividad general de Einstein, publicó en marzo de 1919 en la revista The Observatory el artículo "The total eclipse of 1919 May 29 and the influence of gravitation on light". En este artículo afirmaba que el eclipse de Sol del 29 de mayo de 1919 sería una oportunidad excepcional para estudiar la influencia del campo gravitatorio del Sol sobre un rayo luminoso proveniente de una estrella y así verificar la predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein, publicada en noviembre de 1915. Según esta teoría los rayos luminosos rasantes a la corona solar deberían sufrir una desviación de 1.74 segundos de arco. Eddington también afirmaba que si se pudieran tomar fotografías del eclipse, éstas podrían compararse con las que ya se habían tomado con los telescopios de Greenwich y Oxford, que mostraban las mismas estrellas en sus posiciones reales, sin la posible distorsión debida al campo gravitatorio del Sol. En este artículo Eddington también señalaba que si la gravitación actúa sobre la luz, el momento lineal de un rayo luminoso cambiará gradualmente de dirección debido a la acción de la fuerza gravitatoria, del mismo modo que sucede con la trayectoria de un proyectil. Según la mecánica newtoniana la luz debería sufrir una desviación angular de 0.87 segundos de arco, es decir, la mitad de la desviación predicha por la relatividad general.

Para intentar comprobar la desviación de los rayos de luz por un campo gravitatorio se llevaron a cabo dos expediciones científicas británicas que emulaban a las de Malaspina, Cook y La Pérouse del siglo XVIII, la expedición Challenger y la de Darwin a bordo del Beagle en el siglo XIX o a la expedición británica antártica -conocida como expedición Discovery- de principios del siglo XX en la que participaron figuras como Ernest Shackleton o el malogrado Robert Scott. Estas expediciones fueron organizadas por la Royal Astronomical Society.

Frank Dyson fue el responsable de organizar ambas expediciones y cada una de ellas se dirigió a un lugar próximo al Ecuador terrestre. El eclipse no era visible en Europa y aunque podía observarse como parcial desde la mayor parte de Sudamérica y África, sólo era total si se observaba desde una estrecha franja que desde el océano Pacífico, atravesaba Brasil, el océano Atlántico y el África Ecuatorial hasta el océano Índico. Una expedición encabezada por Charles Davidson, asistente de Dyson en el observatorio de Greenwich, puso rumbo a Sobral, en el estado de Ceará, en la costa noreste de Brasil, y otra encabezada por Arthur Eddington a Isla del Príncipe, entonces perteneciente a Portugal y que hoy forma parte de un pequeño país llamado Santo Tomé y Príncipe, en el Golfo de Guinea, y se estableció en una plantación de cacao en Roça Sundy. Ambas expediciones partieron en marzo de Gran Bretaña, por lo que llegaron con tiempo de sobra a su destino para hacer todos los preparativos necesarios para una correcta observación del eclipse. Éste duró 6 minutos y 51 segundos, uno de los más largos del siglo XX. Durante el eclipse se tomaron un gran número de fotografías de estrellas alrededor de la corona del Sol (que normalmente no se verían a causa de su potente luz) y cuyo posterior estudio necesitó de varios meses. Eddington fue el responsable del análisis de los datos tomados en la Isla del Príncipe, mientras que Dyson lo fue de los de Sobral.

Según la teoría de la relatividad general los rayos de luz que pasan cerca del Sol deben desviarse ligeramente, porque la luz se curva debido al campo gravitatorio del Sol. Este efecto se puede observar experimentalmente sólo durante los eclipses, ya que de lo contrario el brillo del Sol oscurece las estrellas afectadas. Se compararon las posiciones reales y aparentes de unas trece estrellas y la conclusión fue tajante: el análisis de las medidas obtenidas de la desviación de los rayos de luz confirmaba la influencia del campo gravitatorio sobre la luz, tal y como predecía la teoría de Einstein. Se había verificado una de las predicciones teóricas más espectaculares que se haya hecho jamás y además tan sólo cuatro años después de haberse realizado. El físico, matemático y divulgador científico estadounidense Joseph P. McEvoy en su libro Eclipse publicado en 1999 señala que "una nueva teoría del universo, la creación de un judio alemán que trabajaba en Berlín, fue confirmada por un cuáquero inglés en una pequeña isla africana". Eddington consideró que la verificación experimental de la desviación de un rayo luminoso por el campo gravitatorio del Sol, que ya vislumbró a través de un primer análisis de sus placas fotográficas cuando todavía se encontraba en la Isla del Príncipe, había sido el mejor momento de su vida.

Eddington, junto con Dyson y Davidson, publicó los resultados de las medidas tomadas en las islas Sobral y de Príncipe en enero de 1920 en un artículo titulado "A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations Made at the Solar eclipse of May 29, 1919" -que habían enviado el 30 de octubre de 1919- y fueron la prueba concluyente que validaba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. El 7 de noviembre de 1919 el periódico londinense The Times anunciaba a bombo y platillo: "Revolution in science/new theory of the universe/newtonian ideas overthrown" (Revolución en la ciencia/nueva teoría del universo/las ideas newtonianas derrocadas). Tres días después, el 10 de noviembre de 1919 el New York Times publicaba "Light All Askew in the Heavens/Men of Science More or Less Agog Over Results of Eclipse Observations/Einstein Theory Triumphs" (Luces colgando en el cielo/Hombres de ciencia más o menos excitados por los resultados de las observaciones del eclipse/La teoría de Einstein triunfa).

Pero del éxito de la expedición y de sus conclusiones no sólo se hicieron eco los periódicos británicos y estadounidenses. Casi en las antípodas de la Gran Bretaña, el periódico australiano Western Argus en su página 2 publicaba también el 20 de enero de 1920 "Revolution in science/new theory of the universe".

Las expediciones a Sobral e Isla del Príncipe, así como los resultados de las medidas tomadas durante el eclipse total de Sol del 29 de mayo de 1919, habían traspasado fronteras y no sólo las de los países, sino también entre los científicos y el gran público, catapultando a Einstein a la fama mundial. Había nacido una estrella gracias a la desviación de la luz de otras estrellas.
Más información
A. Azcárraga, En torno a Einstein, su ciencia y su tiempo (Publicaciones de la Universidad de Valencia, 2007). A. S. Eddington, "The total eclipse of 1919 May 29 and the influence of gravitation on light", The Observatory, Vol. 42, p. 119-122 (1919). W. Dyson, A. S. Eddington, C. R. Davidson, "A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field, from Observations Made at the Solar eclipse of May 29, 1919", Philosophical Transactions of the Royal Society A 220 (571-581): 291-333 (1920). D. Kennefick, "Testing relativity from the 1919 eclipse-a question of bias", Physics Today 62(3), 37 (2009). R. Ellis, P. G. Ferreira, R. Massey and G. Weszkalnys, "90 years on - the 1919 eclipse expedition at Príncipe", Astronomy & Geophysics 50 (4), pp. 4.12-4.15 (2009). C. el Puerto, "La utilidad de lo inútil. La Relatividad General", IAC, Vía Láctea, s/n, El Blog, 19-08-2014 (consultado el 28-05-2015). J.P. McEvoy, Eclipse: The Science and History of Nature's Most Spectacular Phenomenon (Fourth Estate Ltd., 1999).
Augusto Beléndez

Catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Alicante y miembro de la Real Sociedad Española de Física

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Un eclipse para confirmar la Teoría de la Relatividad General | OpenMind

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Uno de los hitos históricos de la ciencia de la luz que consideró la Asamblea General de las Naciones Unidas al proclamar el año 2015 como Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz es "la incorporación de la luz en la cosmología mediante la relatividad general en 1915" , es decir, la celebración este año del centenario de la publicación teoría de la relatividad general por Albert Einstein (1879-1955).

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En este año Neils Bohr realiza investigaciones relacionadas con la estructura de los átomos y la radiación emitida por ellos.

Bohr y Einstein, dos garndes de la ciencia que al reunirse solo podían discutir: El reflejo de esta diferencia de ideas se hace patente en los debates que protagonizaron y que plasmó Bohr en un artículo, "Discusiones con Einstein sobre los Problemas Epistemológicos en la Física Atómica". Dos gigantes de la ciencia del siglo XX que se enfrentaron por la teoría de la relatividad, llevando la discusión a un nivel filosófico realmente interesante.

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En este año, el trabajo de Hubble y Humason probó que las galaxias se alejaban de nosotros a una velocidad proporcional que nos separaba de ellas, así probaron que estas mismas no eran las que se expandían, sino el espacio que había entre los cuerpos. De esta forma demostraron que el universo no era estático, sino que se estaba expandiendo. Esta teoría fue muy importante puesto que gracias a ella, Lemaitre formuló sus primeras bases para la teoría del Big Bang, en donde se propone que nuestro universo ha evolucionado desde un estado muy caliente y denso. Por otra parte en este período se aclararon algunas dudas que se tenían de la teoría Newtoniana de la teoría de la relatividad especial.

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Experimento Pound-Rebka

Como su nombre lo indica, es un experimento propuesto por Robert Pound y Glen Rebka, en el año 1959. Es bastante conocido puesto que buscaba aprobar la teoría de la Relatividad General, y  fue de las ultimas pruebas en ser verificadas en ese mismo año.
¿En qué consistía el experimento?
Hicieron un rayo γ, el cual se emitido por una fuente de cobalto, que recorriera una altura y fuera absorbido por un blanco de hierro.
La prueba se realizó en el laboratorio Jefferson (en la universidad de Harvard).
¿Por qué se realizó?
Esto se dio gracias a que detectaron un desplazamiento (pequeño) hacia el rojo, entre la cima y la base de una torre de de Harvard, y dicho desplazamiento se relacionaba con la predicción teórica.

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Los orígenes del GPS se remontan a la Guerra Fría, cuando la Unión Soviética lanzó el satélite Sputnik I, anunciando el comienzo de la carrera espacial contra estados unidos. En respuesta,la Marina de los Estados Unidos construye en1959, satélites con sistema Transit para comenzar a rastrear submarinos, lo que sería el comienzo del GPS.

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En este período Robert Pound y Glen Rebka desarrollan un experimento en un campo gravitariorio real, allí demuestran que hay un efecto llamado efecto doppler gravitacional, en donde se observa el cambio en la frecuencia de luz, procedente a un movimiento relativo. Así mismo se explica  mediante el principio de equivalencia.
Finalmente, en el período de la edad de oro de la relatividad general, se ha llevado a cabo la reconocida investigación de la desviación de la luz estelar por el Sol durante el eclipse del Sol, sin embargo este no ha sido solo trabajo de la física en general o de la relatividad, sino también de la astrofísica y la física teórica. De esta manera, se ha logrado confirmar la teoría inicial de Einstein de la teoría de la relatividad general.

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https://elpais.com/elpais/2015/11/24/ciencia/1448387442_693871.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Pound_y_Rebka
http://www.ugr.es/~bjanssen/text/BertJanssen-RelatividadGeneral.pdf
https://www.bbc.com/mundo/noticias-america-latina-48153620
https://www.todociencia.com.ar/albert-einstein-presenta-en-1916-la-teoria-de-la-relatividad-general/
https://www.abc.es/20121007/ciencia/abci-niels-bohr-einstein-201210071106.html