No existe una “teoría de la relatividad”, solo dos teorías que ocasionalmente caen bajo el mismo designador: la teoría de la relatividad especial y la teoría de la relatividad general. Ambas fueron diseñadas por el famoso físico Albert Einstein entre 1905 y 1915. Ambas teorías cambiaron la mecánica clásica de Newton, que se había mantenido durante siglos antes.
La teoría especial de la relatividad es una teoría de la estructura del espacio-tiempo, que afirma que 1) las leyes de la física son las mismas para todos los observadores en movimiento uniforme entre sí y 2) la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, independientemente de su movimiento del movimiento de la fuente de luz. Esto conduce a extrañas consecuencias. Por ejemplo, imagine moverse en un tren que va a 100 mph al lado de otro tren que se mueve en la misma dirección a 100 mph. Desde su perspectiva, el tren a su lado parece casi quieto. Pero imagina que estás en un tren moviéndose a la velocidad de la luz, mientras estás al lado de un rayo de luz. En lugar de que parezca que el rayo de luz permanece inmóvil, se mueve delante de usted a la velocidad de la luz. La luz es extraña de esa manera.
Varias de las consecuencias que se siguen de la teoría especial de la relatividad son 1) dilatación del tiempo (los relojes que se mueven cerca de la velocidad de la luz funcionan más lentamente que los relojes estacionarios), 2) contracción de la longitud (los objetos que se mueven cerca de la velocidad de la luz parecen contraerse en la dirección del movimiento), 3) relatividad de la simultaneidad (las cosas que parecen suceder al mismo tiempo para el observador estacionario A pueden parecer que suceden en diferentes momentos para el observador B en movimiento), 4) equivalencia masa-energía (la masa y la energía son esencialmente lo mismo y transmutables entre sí).
La teoría general de la relatividad, que fue concebida unos años después de la teoría especial de la relatividad, es una teoría de cómo funciona la gravedad. Inicialmente se basó en el principio de equivalencia, la idea de que la aceleración y la inmovilidad en un campo gravitacional de una fuerza determinada son físicamente idénticos. Debido a que no se requiere una fuerza especial para crear efectos de inercia en un objeto en aceleración, Einstein propuso que deberíamos pensar de la misma manera sobre la gravedad, renunciando a la noción clásica de fuerza gravitacional y, en cambio, concibiendo la gravedad como curvas en el espacio-tiempo. Esto explica fenómenos como por qué la luz se dobla en presencia de un campo gravitacional aunque carece de masa.
La teoría general de la relatividad proporciona explicaciones y hace predicciones que habrían parecido ridículas en la cosmovisión de la mecánica clásica. Aparte de la curvatura de la luz en presencia de un campo gravitacional, predice que el tiempo pasa más lento en presencia de un campo gravitatorio, las órbitas planetarias precesan (cambian) debido al torque ejercido por el campo gravitacional del Sol, se produce un arrastre los cuerpos giratorios “arrastran” el marco inercial del espacio-tiempo circundante con él, y que el universo se está expandiendo, en algunos casos más rápido que la velocidad de la luz, porque es el espacio mismo el que se expande, no los objetos dentro de él.
Desentrañar las implicaciones de estas teorías tomó décadas, y todavía está en curso hoy. Las teorías de Einstein eran tan progresistas que llevó décadas probarlas y confirmarlas con gran precisión. En retrospectiva, las ideas de Einstein fueron validadas casi por completo.