La revolución de Einstein

Hacia finales del siglo XIX se respiraba un clima de euforia en el mundo de la física. Las leyes de Newton permitían comprender y predecir el movimiento de todos los objetos, desde los planetas a las hojas de los árboles. Y en 1860, James Maxwell había presentado sus 8 famosas ecuaciones que describían la naturaleza de la luz, el magnetismo y la electricidad. Daba la sensación de que con estas dos exitosas teorías se podía interpretar cualquier fenómeno físico. Incluso uno de los más prestigiosos científicos de esa época, Lord Kelvin, llegó a asegurar que la física estaba ya completa y sólo faltaban algunos pequeños detalles por pulir.

Sin embargo, en 1879 nació en Ulm (Alemania) el genio responsable de la transición más abrupta de la historia de la física. Albert Einstein era el primogénito de una familia de judíos residentes en Alemania. No fue un niño muy diferente del resto, si bien es cierto que sentía indiferencia por los deportes y pasión por la música clásica. Quizás lo más destacable de su personalidad era su carácter más bien solitario, pero sobre todo, la enorme curiosidad que sentía por entender el orden misterioso que existía en la naturaleza. En su biografía reconoce que uno de los recuerdos más vivos de su infancia fue cuando le mostraron una brújula. Le pareció algo mágico que la aguja siempre apuntara en la misma dirección y sintió la necesidad de entender las causas verdaderas por las que sucedía este enigma. Esta misma curiosidad por comprender el nivel más profundo de los fenómenos naturales es lo que le llevó a estudiar física en Zurich a la edad de 16 años. Allí profundizó en las teorías de Maxwell y Newton, pero desde el principio se dio cuenta de que no coincidían en algunos aspectos relativos a la velocidad de la luz.

El problema cuya resolución dio lugar a la teoría de la relatividad era el siguiente: Imaginemos un tren desplazándose a 100 km/h y nosotros circulando a su lado en coche a 80 km/h. La sensación que tendremos es que el tren se aleja de nosotros a una velocidad de 20km/h. Imaginemos ahora que alguien enciende una linterna y nosotros pudiéramos perseguir su luz. Según Maxwell no importaba a la velocidad que nos desplazáramos, la luz siempre se alejaría de nosotros a 300.000 km/seg., mientras que para Newton, teóricamente nada impediría atraparla e incluso superarla. Esta evidente contradicción ya atormentaba a los físicos de la época que estaban intentando congeniar las dos teorías. En cambio fue Einstein quien lo solucionó, gracias a un planteamiento más descarado e irreverente: si las dos teorías no coincidían, entonces una debía ser falsa.

Newton, por favor discúlpame

Estas mismas palabras (“Newton, please forgive me”) utilizó Einstein años después de demostrar que quien estaba equivocado era el físico más grande de toda la historia. Pero lo más sorprendente es que lo consiguió sin ayuda de nadie, solamente con una brillante y revolucionaria intuición: la velocidad de la luz efectivamente es constante, todo lo demás es relativo. Nunca podremos alcanzar un rayo de luz porque, cuanto más rápido nos movamos, más lento pasará el tiempo.

Cuando en septiembre de 1905 Einstein publicó su teoría de la relatividad especial transformó el mundo. Para Newton el espacio y el tiempo eran inalterables, constantes, un sistema de referencia sobre lo que se medía todo. La visión de Einstein parecía absurda: el tiempo ya no pasaba siempre igual de rápido. Las especulaciones sobre las posibles consecuencias de la relatividad no se hicieron esperar.

Quizás el ejemplo más famoso sea la paradoja de los gemelos: imaginemos a dos gemelos idénticos; uno de ellos emprende un viaje espacial en un cohete desplazándose cerca de la velocidad de la luz, mientras que el otro se queda en su casa. Según Einstein, el tiempo pasará más despacio para el gemelo viajero, y cuando regrese a la Tierra, su hermano habrá envejecido más que él. Ilógico, pero cierto. En la década de los 70 se pudo demostrar experimentalmente este efecto con la ayuda de relojes de gran precisión; un reloj atómico viajando en avión a grandes velocidades sufrió un leve retraso respecto a otro idéntico que se dejó en Tierra. Está claro que la relatividad es imperceptible en nuestra vida cotidiana, y por eso es tan poco intuitiva, pero justamente por esto su descubrimiento es tan meritorio y a Einstein se le considera un genio.

E=mc2

Pero la constancia de la velocidad de la luz tuvo más consecuencias. Ni más ni menos que la ecuación más famosa de la historia: E=mc2. Según la relatividad, todo lo que se puede medir es moldeable en función de la velocidad a la que nos movamos, y eso incluye la materia y la energía. De hecho, Einstein demostró que la masa de un objeto desplazándose a gran velocidad aumentaba. Y eso conducía a la idea de que materia y energía eran intercambiables, dos estados de la misma cosa.

De nuevo fue una deducción revolucionaria, pero que enseguida permitió entender fenómenos inexplicados hasta el momento, como porqué cuando el uranio radioactivo se desintegraba, su peso disminuía ínfimamente a cambio de generar una enorme cantidad de energía. O las reacciones nucleares que se daban en el interior de las estrellas y eran responsables de su brillo. Lamentablemente también abría la puerta a las armas atómicas. Después de Hiroshima, Einstein confesó: “si llego a saber que pasaría esto, me hubiera hecho zapatero”. Pero lo mejor estaba todavía por llegar...

La idea más feliz de mi vida

Después de 1905 la reputación de Einstein empezó a crecer. La relatividad se puso de moda entre los físicos y todo el mundo académico hablaba de la cuarta dimensión. Incluso los matemáticos se sentían atraídos por profundizar en la teoría, hasta el punto que Einstein llegó a comentar con su inseparable humor: “desde que los matemáticos han abordado la teoría de la relatividad, incluso yo he dejado de entenderla”. Poco a poco, Einstein se convirtió en un físico de prestigio, primero consiguió una plaza como profesor en la Universidad de Zurich y en 1914 se trasladó al centro más avanzado en física del momento, la Universidad de Berlin. Pero Einstein no estaba del todo satisfecho con su teoría de la relatividad. Sabía que no era completa porque no incluía la fuerza de la gravedad, y además sospechaba que la ley de la gravitación de Newton también estaba equivocada.

Newton proponía que el Sol ejercía una fuerza invisible de acción inmediata que mantenía en órbita a la Tierra, pero esto contradecía algunos principios básicos de la relatividad. La privilegiada mente de Einstein solucionó este conflicto con la idea más excepcional, rocambolesca y revolucionaria de su vida: la gravedad no era una fuerza, sino una consecuencia de la deformación del espacio.

Un símil que se puede utilizar para visualizar este abstracto concepto es el siguiente: Si ponemos una pesada bola de hierro sobre una cama, la superficie de la cama se deformará, y si tiramos bolas más pequeñas, se desviarán al pasar al lado de la bola grande. Pero no lo harán porque exista una fuerza que las atraiga a la bola de hierro, sino porque la superficie de la cama se ha deformado. Pues así actúa la gravedad sobre el espacio, curvándolo. La Tierra no da vueltas alrededor del Sol porque, como decía Newton, hay una fuerza invisible que la atrae. Para Einstein esta atracción gravitatoria no existe, la Tierra no sale disparada porque la masa del sol curva el espacio de la misma forma que la bola de hierro deforma la superficie de la cama. Esta brillante intuición condujo a la teoría de la relatividad general, publicada en 1916 y que cuando se demostró experimentalmente en 1919, no sólo revolucionó al mundo de la física, sino el mundo entero.

El sueño de Einstein

La relatividad era un éxito y la popularidad de Einstein no dejaba de crecer. Muy pocos eran capaces de entenderla, incluso tenía fervientes detractores, pero Einstein aparecía en primera página de los periódicos, viajaba por todo el mundo, y empezó a mostrar su cara más humanista. Se declaró un pacifista convencido, defendió la causa judía y realizó profundas reflexiones sobre las relaciones entre ciencia y religión. Poco a poco cultivó esa imagen de genio y se transformó en el icono de la ciencia que todos conocemos. Pero no se mantuvo inactivo científicamente.

Durante sus últimos 30 años de vida Einstein persiguió sin éxito un sueño, unificar su teoría de la relatividad con el electromagnetismo en una única teoría del todo que se pudiera aplicar a cualquier objeto, bajo cualquier condición posible. Hay quien dice que Einstein malgastó sus esfuerzos porque era una tarea demasiado ambiciosa para los conocimientos que se tenían del mundo atómico en esa época, pero de alguna forma sentó una búsqueda que todavía es el principal reto de la física teórica.

Los científicos actuales han recogido el testigo de Einstein y llevan años intentando conciliar la teoría de la relatividad, inexpugnable cuando se aplica a los objetos grandes, con la física cuántica, cuya precisión es absoluta en el mundo de lo más pequeño. La teoría de supercuerdas parece la candidata que más cerca está de conseguirlo. Pero de alguna forma la situación actual recuerda a la de poco más de un siglo atrás y con la que se encontró Einstein cuando pretendía unificar la física de Newton y la de Maxwell. Einstein se atrevió a decir que una de las dos era falsa, y lo demostró. En la actualidad ya hay gran número de científicos dudando sobre algunos aspectos de la teoría de la relatividad. Quien sabe si dentro de poco alguno de ellos conseguirá demostrar que Einstein también estaba equivocado, y vuelve a transformar nuestra imagen del mundo.

Autor: Pere Estupinyà
Fuente: Comunidad Smart (www.comunidadsmart.es)