Einstein: la gran ilusión

Hace un par de años, el mundo celebró el centenario del año milagroso de Einstein, año en que el científico revolucionó la física al publicar una serie de nuevas ideas asombrosas que trajeron consigo cambios profundos en la manera en que los físicos contemplaban el universo. La intuición humana nos dice que el espacio es un estado en el cual se desarrollan los acontecimientos de nuestras vidas y que el tiempo está gobernado por un reloj universal.

Pero en 1905 y durante la siguiente década, Einstein demostró que espacio y tiempo no tienen significados idénticos para un observador sentado en una silla que para quien está volando en un avión. Tampoco para los que orbitan con nosotros alrededor de la Tierra, respecto de los que están tomando un té en el Cúmulo de Virgo o los que están siendo engullidos por un agujero negro. (...)

La teoría de Einstein de la Relatividad Especial de 1905 creció a partir de una simple observación. Las leyes del electromagnetismo descubiertas por James Clerk Maxwell en la década de 1860 mostraban que si uno se acerca a un haz de luz o se aleja de él, la luz siempre se le aproxima a la misma velocidad. A partir de nuestra experiencia diaria, esto no resultaría cierto.

Einstein demostró que espacio y tiempo no tienen significados idénticos para un observador sentado en una silla que para quien está volando en un avión

Si corres alejándote de un tren sobrevivirás durante unos pocos segundos más que si corres acercándote a él (asumiendo que no tienes intención de saltar hacia un lado). En el primer caso, la velocidad a la que se aproxima el tren será la diferencia entre su velocidad y la tuya (en referencia a la vía). En el segundo caso, la velocidad a la que se aproxima será la suma de las dos velocidades. Lo mismo, según las leyes de Maxwell, no se aplica a la luz emitida por el faro del tren. ¿Cómo es posible que la velocidad de la luz no parezca más lenta en el primer caso que en el segundo?

Por velocidad entendemos distancia recorrida dividida por el tiempo de viaje. Por tanto, como Einstein señaló, si tomamos las leyes de Maxwell al pie de la letra, debemos cambiar nuestras ideas de espacio y tiempo. No son fijas e invariables, se ajustan según el observador, curvando o dilatándose en su justa medida para mantener constante la velocidad de la luz. La misma curvatura y dilatación significa por supuesto que la velocidad a la que el mismo tren se aproxima no es simplemente la suma o la diferencia que se ha descrito con anterioridad.

Sin embargo, a velocidades muy por debajo de la velocidad de la luz, la diferencia entre sumar o restar respecto el formalismo desarrollado por Einstein es insignificante. La misma lógica llevada más allá requiere también la equivalencia entre masa y energía, razón por la cual tenemos energía atómica y, por desgracia, armas atómicas. Los detalles del razonamiento de Einstein, y la simplicidad de su álgebra, no encuentran una mejor explicación que la hallada aquí, en palabras del propio Einstein.

La Teoría General de la Relatividad también nació de una simple observación. En las teorías del movimiento de Newton aparece una magnitud llamada masa que determina cuán fácil es acelerar un objeto cuando se le aplica una fuerza. Un camión pesado es mucho más difícil de acelerar a cierta velocidad que un ligero Volkswagen. En tiempos de Newton se conocían tres tipos de fuerzas: electricidad, magnetismo y gravedad.

Desde que Einstein describió espacio y tiempo como variables dinámicas, vemos que el universo no tiene sólo una historia, sino cualquier historia posible

La resistencia al cambio de velocidad en las leyes de movimiento de Newton no depende de qué tipo de fuerza se aplica. Pero Newton también descubrió la ley por la que se regía una de ellas, la fuerza de la gravedad. En esa ley aparece otra magnitud que determina la atracción gravitatoria que un objeto ejerce sobre otro, y la atracción gravitatoria que un objeto sufre en presencia de otro objeto. Esa magnitud también se llama masa. Las dos definiciones de masa juegan papeles bastante distintos, pero las dos se llaman masa por una buena razón: resultan ser la misma cosa. ¿Por qué deberían ser equivalentes? Esta cuestión, sumada a la lógica brillante de Einstein, le llevó a darse cuenta que la estructura de espacio y tiempo reacciona en presencia de materia y energía.

“En estos tiempos”, decía Einstein, “cuando la experiencia nos compele a buscar una nueva y más sólida fundamentación, el físico no puede simplemente entregar al filósofo la contemplación crítica de los fundamentos teóricos, porque nadie mejor que él puede explicar con mayor acierto dónde aprieta el zapato”.

Einstein no estaba sólo interesado en la ciencia, sino también en la filosofía y en el lenguaje de la ciencia, e incluso en sus implicaciones éticas. Y aunque Einstein escribió las palabras anteriores en 1936, hoy estamos en una época en la que los físicos también andan en busca de unos nuevos fundamentos, una época en la cual tales cuestiones metafísicas tienen tanta relevancia como la tenían entonces. Hoy, desde que Einstein describió espacio y tiempo como variables dinámicas, vemos que el universo no tiene sólo una historia, sino cualquier historia posible.

No sólo contemplamos la posibilidad de un espacio-tiempo curvo, sino si el universo tiene dimensiones adicionales. Y especulamos minuciosamente sobre el significado de tales conceptos, si están bien definidos o si son sólo aproximados. Hoy perseguimos una teoría unificada de todas las fuerzas, así como una estructura espacio-temporal en la cual experimentemos que el universo se expande. Es una búsqueda que Einstein hubiera aprobado.