Principios de Equivalencia
La «teoría especial de la relatividad» define como «equivalentes» o «simétricos» a dos sistemas de referencia K y K´ que se desplazan uno respecto del otro con velocidad constante. Einstein amplía la noción de «equivalencia» a dos sistemas de referencia no inerciales, es decir a aquellos que se desplazan mutuamente con aceleración constante. Por lo cual, las expresiones matemáticas de las leyes físicas serán formalmente iguales, independientes del sistema de referencia en el que se mide.
La moción relativista de «equivalencia» está incluida en el «Principio de Equivalencia», como un novedoso recurso metodológico que se equipara a los supuestos básicos que Galileo define antes de exponer su tratado Le Mecaniche, o las Reglas Generales que enumera Newton en los Principia. Se trata de marcos conceptuales que sirven para desarrollar las teorías de modo sistemático y coherente. Así, los «Principios de Equivalencia» aplicados a las teorías físicas cambiarán algunas nociones clásicas. Por ejemplo, el concepto de «equivalencia» aplicado a la mecánica newtoniana modifica el significado de «masa inercial» tomándolo como equivalente a la «masa gravitatoria»; de forma que, en adelante ambas magnitudes serán equivalentes. En consecuencia, también lo son las «fuerzas de gravedad» y las «fuerzas de inercia». Esta equiparación de ambas fuerzas es justificada por Einstein basándose en que sus efectos son iguales.
Supongamos el caso de un sistema de coordenadas elegido de tal forma que tiene un movimiento de rotación estable con respecto a un sistema inercial en sentido newtoniano. Las fuerzas que en relación con este sistema son centrífugas, al igual que la fuerza de la gravedad, son proporcionales a las masas de los cuerpos. Entonces, ¿no sería posible considerar que el sistema de coordenadas está en reposo y que las fuerzas centrífugas pueden identificarse con la fuerza gravitatoria? Esta identificación parece obvia, pero la mecánica clásica no lo permite.
Citado en A. Einstein (2005): 132.
Einstein prescinde de las definiciones originales que dio la física clásica y sólo tiene en cuenta los resultados mensurables. Es decir, puesto que la fuerza centrifuga produce el mismo efecto mensurable que la fuerza gravitatoria, admite la identidad de ambas fuerzas. Con ello, equipara las «fuerzas gravitatorias» a las «fuerzas de inercia» (o «fuerzas centrífugas») que se producen en la rotación de una masa alrededor de un eje fijo. Sin embargo, la mecánica clásica adjudica un origen diferente a esas fuerzas. Unas provienen de las propiedades gravitatorias de la materia y las otras se producen en el movimiento circular de un cuerpo. Las primeras proceden de la «masa gravitatoria» y actúan sobre los cuerpos a través del espacio, con independencia de que estén en movimiento o en reposo. Por su parte, las segundas están vinculadas a la «masa inerte» de cualquier porción de materia que se mueve con aceleración.
Así pues, cuando las dos magnitudes se hacen equivalentes, se simplifica la descripción formal a costa de ignorar el significado genuino de ambas. Al aplicar el «Principio de Equivalencia», prescindiendo del sentido físico y admitiendo sólo los efectos mensurables (inerciales y gravitatorios), se antepone el formalismo simbólico sobre el significado empírico original.
Las consecuencias de tal formalización, puede ilustrarse, considerando la caída de un cuerpo sometido a la atracción gravitatoria. Según las leyes de la mecánica newtoniana, la (fuerza debida a la gravedad terrestre) = (masa inercial) x (aceleración de caída). Pero, (la fuerza debida a la gravedad terrestre) = (intensidad del campo gravitatorio terrestre) x (masa gravitatoria). Ahora bien, el valor medido de la «aceleración de caída» es igual a la medida de la «intensidad del campo gravitatorio (g)». Por consiguiente: la «masa inercial» y la «masa gravitatoria» deben ser iguales. Nótese que se identifican las magnitudes «masa inerte» y «masa gravitatoria» por ser iguales las medidas de la «aceleración de caída» y la «intensidad del campo gravitatorio» terrestre.
Por tanto, concluimos que, es la igualdad en la medida experimental, lo que justifica la equivalencia entre ambas masas: inercial y gravitatoria.
Los Principios de Equivalencia adoptados por Einstein son el soporte conceptual que conduce a la construcción de teorías que abarcan un gran número de fenómenos distintos. Tales teorías gozan de una gran coherencia formal y capacidad deductiva, a cambio de trazar una imagen del espacio y del tiempo muy alejada de la concepción espacio-temporal de la física newtoniana y aún más de la visión natural, propia de la mente no científica.