No se asusten. Ya sé que es un tema complicado, y que se ha tratado aqui innumerables veces. No pretendo dar una clase de fisica, pero tal vez unas breves pautas nos permitan acercarnos a conocer algo la "enigmática" (para muchos) Teoria de la Relatividad. Que en definitiva, es entender nuestro mundo y el Universo que nos rodea.
Un poco de Historia
El primero en dar una explicación cientíica y coherente del Universo fue sir Isaac Newton. Aunque la tradicion popular dice que le cayó una manzana en la cabeza, eso no es cierto. En sus "Principios matemáticos", Newton relata que "estaba meditando ensimismado bajo la sombra de un árbol, cuando de repente me distrajo la caida de una manzana..." No dijo nada que le cayera encima, pero le hizo pensar por qué caia. Dedujo entonces que la Tierra tenia una especie de atracción magnética: la Gravedad. Luego llegó a la conclusion que todos los objetos tenían gravedad, y ésta era proporcional a su masa: los más grandes atraen a los más chicos.
Asi, pues, creó un modelo de Universo en equilibrio estático, donde todos los objetos se mantienen en un delicado punto de aquilibrio entre si, unidos por la Gravedad, los planetas girando alrededor de las estrellas, los satelites alrededor de los planetas, etc. Newton reconocia que su teoria tenía algunos puntos débiles, por ejemplo, la Tierra debería moverse en línea recta, por inercia, pero dado que gira alrededor del Sol, debujo que estaría en un delicado equlibrio entre la fuerza centrífuga y la centrípeta. Sin embargo, bastaría la caida de un meteorito para desequilibrar todo el sistema solar. Newton reconoció que no estaba conforme con esa expicación, pero era la única coherente.
Tampoco explicaba otras cosas como la transmision de la luz a través del espacio. Para solucionar ello, Newton imaginó una sustancia invisible, intangible, llamada éter, que rellenaba el espacio vacío en forma homogenea. Durante los siglos siguientes los cientificos discutieron si la luz se transmitía como ondas o como partículas. Ambas hipotesis tenian sus puntos a favor y sus puntos en contra.
A fines del siglo XIX las teorias de Newton tambaleaban. La teoria cuántica daba una explicacion coherente al microcosmos (lo que es mas pequeño que un átomo), pero lo relativo al macrocosmos (el Universo) presentaba cada dia más errores e incoherencias. Pero una nueva teoria iba a dar una explicacion más razonable.
Relativamente fácil
La Teoría de la Relatividad no era algo tan nuevo ni revolucionario despues de todo. Ya había existido una teoria con ese nombre anteriormente, de Poincaré, pero no se atrevió a dar el paso final y romper con la física newtoniana. Einstein no contradijo el universo de Newton, al contrario, lo confirmó y le dió una nueva explicación.
Asi, por ejemplo, la gravedad no solo afecta a los objetos, sino que también curva la luz, el espacio y el tiempo. La Tierra se mueve en línea recta, por inercia, tal como intuyó Newton... pero el Sol tiene una masa mucho mayor y curva el espacio-tiempo a su alrededor. La Tierra parece girar alrededor del Sol, pero en realidad se mueve en linea recta, en un espacio-tiempo curvo.
¿Y como se transmite la luz en el vacio? ¿por ondas o particulas? Einstein lo resolvió salomónicamente: de ambas formas, a veces actua de una forma y a veces de otra, todo es relativo al observador. No hacia falta inventar el "eter", una sustancia imposible e indemostrable.
El Universo de Einstein es similar al de Newton en muchos aspectos: todos los objetos se encuentran en equilibrio, debido a la Gravedad, pero es un equilibrio dinámico, es decir, estan en movimiento, no fijos. Y más aun, el Universo se expande, lo cual indica que pudo tener un "punto cero" (el Big Bang). Las posteriores observaciones sirvieron para confirmar dicha hipotesis, como el descubrimiento del efecto Doppler (el corrimiento de espectro de luz de los objetos a medida que se le alejan).
Ahora bien, si la masa total de Universo es escasa, se expandirá indefinidamente hasta extinguirse, pero si la masa fuera mayor, se detendrá la expansión y caerá sobre sí mismo nuevamente. Ello lleva a suponer que puede haber un nuevo Big bang y que el Universo podría ser cíclico. La deteccion, hace algunos años, de un desvío de gran magnitud en la expansión del Universo, fomentó la teoría del Pluriverso, es decir, que para desviar la expansion del Universo se requiere un cuerpo con una masa al menos similar a la del Universo: otro Universo, diferente al nuestro, expandiéndose en dirección al nuestro.
Un sueño hecho realidad
La forma en que Einstein desarrolló su teoria es una de las facetas más interesantes. A diferencia de otras, era más una serie de deducciones lógicas, más que un desarrollo de cálculos físicos. Albert Einstein no era científico, al contrario, había perdido el examen de ingreso al Politecnico de Zurich y era considerado un estudiante pésimo, aunque posía una mente muy despierta. Luego de viajar por toda Italia como vagabundo y salir a recorrer el mundo, por medio del padre de un amigo, Marcel Grossman, consiguio un puesto de trabajo en la oficina de patentes de Berna. Se casó, tuvo dos hijos, y tenia una existencia muy normal. Pero eso iba a cambiar pronto.
Un dia, durante el desayuno, Albert observó que el azúcar de su té no se esparcía en forma homogenea en el fondo, ni en los bordes, sino que se acumulaba en el centro. Algo obvio ¿verdad? pues bien, escribió un artículo sobre el efecto termodinámico, y alentado por su esposa, que era física, lo envio a la revista "Anales de Física". Inesperadamente, se lo publicaron. Albert se entusiasmó, y a los pocos dias envio otro articulo, en el cual se preguntaba por qué la arena húmeda se mantiene armada, mientras que si está seca o demasiado mojada se desarma. Sugirió que las moléculas de agua servían de enlace a las moléculas de arena. Nuevamente, se lo publicaron. En otro articulo habló del efecto fotoeléctrico, por el cual recibió el Premio Nobel años despues.
Entusiasmado, Albert continuó enviando artículos. Una noche soñó que viajaba tan rápido como la luz, y al despertar escribió lo que había sentido, y sus razonamientos. Lo tituló "Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento" aunque pasó a la historia como "la Teoría de la Relatividad" y nuevamente, se lo publicaron. Pero esta vez, el impacto en la comunidad científica estalló como una bomba. Un simple articulo daba una explicación completa al Universo. Max Planck, máxima autoridad cientifica de la época, envió a uno de sus discípulos (tambien Premio Nobel, como él) a contratar a ese tal Einstein, "a cualquier precio". El Director de la Oficina de Patentes no podía creerlo: "¿Está usted seguro que lo busca a Einstein? es el joven que le abrió la puerta cuando entró..."
Einstein pasó de ser considerado un inútil a ser considerado un genio, y fue llevado a dictar cátedra en las principales Universidades del mundo, explicando su teoría a las maximas autoridades cientificas de su época. En el Politécnico de Zurich, donde no pudo ingresar como alumno, ingresó como catedrático. Pero su éxito le arruinaría su matrimonio. Algunos han sugerido que su esposa Mileva, que causalmente era física, fuera la verdadera autora de las teorias. Es casi seguro que además de alentarlo debió ayudarlo, pero es claro que la autoría es de Albert. No solo porque no es un tratado de fisica sino una serie de razonamientos y deducciones, como toda la obra posterior de Einstein, sino porque Mileva nunca escribió ningún articulo ni quiso tener ninguna relación con esas teorias, aun sabiendo la importancia de las mismas. Al divorciarse, Einstein le cedió todo el dinero del Premio Nobel, hecho que se sabia que tarde o temprano le darían.
Gran parte del éxito de la Teoria de la Relatividad fue una mezcla de suerte y de la personalidad de su autor. La version original de 1905 contenia muchos errores, especialmente en calculos matemáticos, y como la mayoría no lo entendió, pasó desapercibido. Si lo hubieran tomado más en serio, la habrian descartado por tener tantos errores. Dos años despues, realizó una edición ampliada y corregida. Entre los cambios, sugirió que no le gustaba una de las fórmulas de la versión inicial, que decia "Si un cuerpo genera energía, L, en la forma de radiación, su masa disminuye por L/c2", y por una cuestión estética, prefirió una ecuación más equilibrada: E=mc2
Pero eso tenia otras consecuencias: se puede extraer energía de la materia. Einstein sugirió que la materia era demasiado estable, pero que las sustancias radioactivas eran mas faciles de desintegrar, pues si se desintegra el núcleo crearía una reacción en cadena. Había nacido la energía nuclear.
En 1915, Einstein publica una versión mucho más amplia: la Teoría General de la Relatividad. Durante los años siguientes, la teoría cobró fama por ser enigmática, todos la elogiaban pero pocos la entendian. Y muchos cientificos creian que era pura farsa, un bonito discurso sin fundamenteo. Dada la rivalidad entre ingleses y alemanes, en 1919 sir Arthur Eddington decidió demostrar que era todo absurdo. Einstein habia sugerido que en un eclipse podría notarse la desviación de la luz provocada por la masa del sol, asi que realizó una prueba durante un eclipse. El resultado, sin embargo, confirmó que Einstein tenia razón: la gravedad del Sol podía desviar la luz. Eddington, muy pragmático, en lugar de admitir su fracaso, regresó a Londres dicendo: "la Teoria de la Relatividad es cierta... y yo lo demostré"
Dos años despues, recibe el Premio Nobel, por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico "...y otros aportes a la Física" pues el cientifico al que se encomendó la tarea de analizarla no la entendió. Hasta el dia de su muerte, Einstein trabajó en una teoría mucho más ambiciosa, la Teoría General del Campo Unificado. Dado que lo que ha trascendido es muy poco, ha sido objeto de toda clase de leyendas y especulaciones. Si en la Teoría de la Relatividad, el Tiempo es una cuarta dimensión, igual que largo, ancho o volumen, ahora habla de siete dimensiones.
Poco a poco, Einstein se aisló de la comunidad científica y ésta a su vez se apartó de sus teorías. Sin embargo, luego de su muerte muchas de sus afirmaciones se cumplieron, y son la base de la física actual. La masa del Universo es mucho mayor de lo que se creía hace 50 años, y en parte ello se atribuye a un tipo de materia de la cual aun no sabemos prácticamente nada, salvo que está alli: por esa razón se le llama "Materia Oscura". Actualmente se cree que solo un 5% de la materia y energía es visible, aunque la mayor parte es un tipo de energía totalmete desconocida hasta el momento: la "Energía Oscura". En 1998 desscubrieron, por el movimiento de las supernovas mas alejadas del Universo (y por ende, mas jovenes) que la expansión no era uniforme, sino que se está acelerando.
La situacion actual de la fisica es una mezcla de emoción y frustración. En los ultimos 10 años hemos comprobado que del 95% del Universo no tenemos ni más leve idea. Tambien la existencia de "agujeros negros" (otra predicción de Einstein que se cumplió) abre todo un mundo desconocido aún. Todo eso nos abre un fascinante campo de exploración e investigación para desarrollar en los próximos años.
Un poco de Historia
El primero en dar una explicación cientíica y coherente del Universo fue sir Isaac Newton. Aunque la tradicion popular dice que le cayó una manzana en la cabeza, eso no es cierto. En sus "Principios matemáticos", Newton relata que "estaba meditando ensimismado bajo la sombra de un árbol, cuando de repente me distrajo la caida de una manzana..." No dijo nada que le cayera encima, pero le hizo pensar por qué caia. Dedujo entonces que la Tierra tenia una especie de atracción magnética: la Gravedad. Luego llegó a la conclusion que todos los objetos tenían gravedad, y ésta era proporcional a su masa: los más grandes atraen a los más chicos.
Asi, pues, creó un modelo de Universo en equilibrio estático, donde todos los objetos se mantienen en un delicado punto de aquilibrio entre si, unidos por la Gravedad, los planetas girando alrededor de las estrellas, los satelites alrededor de los planetas, etc. Newton reconocia que su teoria tenía algunos puntos débiles, por ejemplo, la Tierra debería moverse en línea recta, por inercia, pero dado que gira alrededor del Sol, debujo que estaría en un delicado equlibrio entre la fuerza centrífuga y la centrípeta. Sin embargo, bastaría la caida de un meteorito para desequilibrar todo el sistema solar. Newton reconoció que no estaba conforme con esa expicación, pero era la única coherente.
Tampoco explicaba otras cosas como la transmision de la luz a través del espacio. Para solucionar ello, Newton imaginó una sustancia invisible, intangible, llamada éter, que rellenaba el espacio vacío en forma homogenea. Durante los siglos siguientes los cientificos discutieron si la luz se transmitía como ondas o como partículas. Ambas hipotesis tenian sus puntos a favor y sus puntos en contra.
A fines del siglo XIX las teorias de Newton tambaleaban. La teoria cuántica daba una explicacion coherente al microcosmos (lo que es mas pequeño que un átomo), pero lo relativo al macrocosmos (el Universo) presentaba cada dia más errores e incoherencias. Pero una nueva teoria iba a dar una explicacion más razonable.
Relativamente fácil
La Teoría de la Relatividad no era algo tan nuevo ni revolucionario despues de todo. Ya había existido una teoria con ese nombre anteriormente, de Poincaré, pero no se atrevió a dar el paso final y romper con la física newtoniana. Einstein no contradijo el universo de Newton, al contrario, lo confirmó y le dió una nueva explicación.
Asi, por ejemplo, la gravedad no solo afecta a los objetos, sino que también curva la luz, el espacio y el tiempo. La Tierra se mueve en línea recta, por inercia, tal como intuyó Newton... pero el Sol tiene una masa mucho mayor y curva el espacio-tiempo a su alrededor. La Tierra parece girar alrededor del Sol, pero en realidad se mueve en linea recta, en un espacio-tiempo curvo.
¿Y como se transmite la luz en el vacio? ¿por ondas o particulas? Einstein lo resolvió salomónicamente: de ambas formas, a veces actua de una forma y a veces de otra, todo es relativo al observador. No hacia falta inventar el "eter", una sustancia imposible e indemostrable.
El Universo de Einstein es similar al de Newton en muchos aspectos: todos los objetos se encuentran en equilibrio, debido a la Gravedad, pero es un equilibrio dinámico, es decir, estan en movimiento, no fijos. Y más aun, el Universo se expande, lo cual indica que pudo tener un "punto cero" (el Big Bang). Las posteriores observaciones sirvieron para confirmar dicha hipotesis, como el descubrimiento del efecto Doppler (el corrimiento de espectro de luz de los objetos a medida que se le alejan).
Ahora bien, si la masa total de Universo es escasa, se expandirá indefinidamente hasta extinguirse, pero si la masa fuera mayor, se detendrá la expansión y caerá sobre sí mismo nuevamente. Ello lleva a suponer que puede haber un nuevo Big bang y que el Universo podría ser cíclico. La deteccion, hace algunos años, de un desvío de gran magnitud en la expansión del Universo, fomentó la teoría del Pluriverso, es decir, que para desviar la expansion del Universo se requiere un cuerpo con una masa al menos similar a la del Universo: otro Universo, diferente al nuestro, expandiéndose en dirección al nuestro.
Un sueño hecho realidad
La forma en que Einstein desarrolló su teoria es una de las facetas más interesantes. A diferencia de otras, era más una serie de deducciones lógicas, más que un desarrollo de cálculos físicos. Albert Einstein no era científico, al contrario, había perdido el examen de ingreso al Politecnico de Zurich y era considerado un estudiante pésimo, aunque posía una mente muy despierta. Luego de viajar por toda Italia como vagabundo y salir a recorrer el mundo, por medio del padre de un amigo, Marcel Grossman, consiguio un puesto de trabajo en la oficina de patentes de Berna. Se casó, tuvo dos hijos, y tenia una existencia muy normal. Pero eso iba a cambiar pronto.
Un dia, durante el desayuno, Albert observó que el azúcar de su té no se esparcía en forma homogenea en el fondo, ni en los bordes, sino que se acumulaba en el centro. Algo obvio ¿verdad? pues bien, escribió un artículo sobre el efecto termodinámico, y alentado por su esposa, que era física, lo envio a la revista "Anales de Física". Inesperadamente, se lo publicaron. Albert se entusiasmó, y a los pocos dias envio otro articulo, en el cual se preguntaba por qué la arena húmeda se mantiene armada, mientras que si está seca o demasiado mojada se desarma. Sugirió que las moléculas de agua servían de enlace a las moléculas de arena. Nuevamente, se lo publicaron. En otro articulo habló del efecto fotoeléctrico, por el cual recibió el Premio Nobel años despues.
Entusiasmado, Albert continuó enviando artículos. Una noche soñó que viajaba tan rápido como la luz, y al despertar escribió lo que había sentido, y sus razonamientos. Lo tituló "Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento" aunque pasó a la historia como "la Teoría de la Relatividad" y nuevamente, se lo publicaron. Pero esta vez, el impacto en la comunidad científica estalló como una bomba. Un simple articulo daba una explicación completa al Universo. Max Planck, máxima autoridad cientifica de la época, envió a uno de sus discípulos (tambien Premio Nobel, como él) a contratar a ese tal Einstein, "a cualquier precio". El Director de la Oficina de Patentes no podía creerlo: "¿Está usted seguro que lo busca a Einstein? es el joven que le abrió la puerta cuando entró..."
Einstein pasó de ser considerado un inútil a ser considerado un genio, y fue llevado a dictar cátedra en las principales Universidades del mundo, explicando su teoría a las maximas autoridades cientificas de su época. En el Politécnico de Zurich, donde no pudo ingresar como alumno, ingresó como catedrático. Pero su éxito le arruinaría su matrimonio. Algunos han sugerido que su esposa Mileva, que causalmente era física, fuera la verdadera autora de las teorias. Es casi seguro que además de alentarlo debió ayudarlo, pero es claro que la autoría es de Albert. No solo porque no es un tratado de fisica sino una serie de razonamientos y deducciones, como toda la obra posterior de Einstein, sino porque Mileva nunca escribió ningún articulo ni quiso tener ninguna relación con esas teorias, aun sabiendo la importancia de las mismas. Al divorciarse, Einstein le cedió todo el dinero del Premio Nobel, hecho que se sabia que tarde o temprano le darían.
Gran parte del éxito de la Teoria de la Relatividad fue una mezcla de suerte y de la personalidad de su autor. La version original de 1905 contenia muchos errores, especialmente en calculos matemáticos, y como la mayoría no lo entendió, pasó desapercibido. Si lo hubieran tomado más en serio, la habrian descartado por tener tantos errores. Dos años despues, realizó una edición ampliada y corregida. Entre los cambios, sugirió que no le gustaba una de las fórmulas de la versión inicial, que decia "Si un cuerpo genera energía, L, en la forma de radiación, su masa disminuye por L/c2", y por una cuestión estética, prefirió una ecuación más equilibrada: E=mc2
Pero eso tenia otras consecuencias: se puede extraer energía de la materia. Einstein sugirió que la materia era demasiado estable, pero que las sustancias radioactivas eran mas faciles de desintegrar, pues si se desintegra el núcleo crearía una reacción en cadena. Había nacido la energía nuclear.
En 1915, Einstein publica una versión mucho más amplia: la Teoría General de la Relatividad. Durante los años siguientes, la teoría cobró fama por ser enigmática, todos la elogiaban pero pocos la entendian. Y muchos cientificos creian que era pura farsa, un bonito discurso sin fundamenteo. Dada la rivalidad entre ingleses y alemanes, en 1919 sir Arthur Eddington decidió demostrar que era todo absurdo. Einstein habia sugerido que en un eclipse podría notarse la desviación de la luz provocada por la masa del sol, asi que realizó una prueba durante un eclipse. El resultado, sin embargo, confirmó que Einstein tenia razón: la gravedad del Sol podía desviar la luz. Eddington, muy pragmático, en lugar de admitir su fracaso, regresó a Londres dicendo: "la Teoria de la Relatividad es cierta... y yo lo demostré"
Dos años despues, recibe el Premio Nobel, por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico "...y otros aportes a la Física" pues el cientifico al que se encomendó la tarea de analizarla no la entendió. Hasta el dia de su muerte, Einstein trabajó en una teoría mucho más ambiciosa, la Teoría General del Campo Unificado. Dado que lo que ha trascendido es muy poco, ha sido objeto de toda clase de leyendas y especulaciones. Si en la Teoría de la Relatividad, el Tiempo es una cuarta dimensión, igual que largo, ancho o volumen, ahora habla de siete dimensiones.
Poco a poco, Einstein se aisló de la comunidad científica y ésta a su vez se apartó de sus teorías. Sin embargo, luego de su muerte muchas de sus afirmaciones se cumplieron, y son la base de la física actual. La masa del Universo es mucho mayor de lo que se creía hace 50 años, y en parte ello se atribuye a un tipo de materia de la cual aun no sabemos prácticamente nada, salvo que está alli: por esa razón se le llama "Materia Oscura". Actualmente se cree que solo un 5% de la materia y energía es visible, aunque la mayor parte es un tipo de energía totalmete desconocida hasta el momento: la "Energía Oscura". En 1998 desscubrieron, por el movimiento de las supernovas mas alejadas del Universo (y por ende, mas jovenes) que la expansión no era uniforme, sino que se está acelerando.
La situacion actual de la fisica es una mezcla de emoción y frustración. En los ultimos 10 años hemos comprobado que del 95% del Universo no tenemos ni más leve idea. Tambien la existencia de "agujeros negros" (otra predicción de Einstein que se cumplió) abre todo un mundo desconocido aún. Todo eso nos abre un fascinante campo de exploración e investigación para desarrollar en los próximos años.