Un siglo de la Teorí­a de la Relatividad

Y hace 100 años, el espacio se curvó

En 1916 se publicaba la Teorí­a General de la Relatividad, y la Fí­sica daba un salto epistemológico, curvando el espacio y el tiempo.

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21-03-2016
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"Quiero averiguar los pensamientos de Dios de un modo matemático", dijo una vez un Albert Einstein empeñado en hallar una ecuación lo más concentrada posible que contuviera los profundos secretos del Universo. El Cosmos -insistí­a Einstein desde una firme posición materialista- se rige por leyes objetivas y universales que el hombre puede conocer si se esfuerza en desentrañarlas.
 Einstein explicó la gravedad, estableciendo que el espacio-tiempo no es plano, sino curvo. La presencia de grandes masas de materia curva el tejido tetradimensional.
Einstein explicó la gravedad, estableciendo que el espacio-tiempo no es plano, sino curvo. La presencia de grandes masas de materia curva el tejido tetradimensional.
"Quiero averiguar los pensamientos de Dios de un modo matemático", dijo una vez un Albert Einstein empeñado en hallar una ecuación lo más concentrada posible que contuviera los profundos secretos del Universo. El Cosmos -insistí­a Einstein desde una firme posición materialista- se rige por leyes objetivas y universales que el hombre puede conocer si se esfuerza en desentrañarlas.

En 1905 Albert Einstein era un perfecto desconocido, un alumno aparentemente mediocre salido de la escuela de física de Zúrich y que no había conseguido colocarse en ninguna institución de enseñanza o investigación. Pero desde su rutinario trabajo en una oficina de patentes en Berna, Albert Einstein reflexionaba sobre los grandes problemas de la Física de su época. En aquel año, ahora llamado 'Annus Mirábilis', publica varios visionarios artículos: en el primero de ellos, trata el efecto fotoeléctrico, apoyando tanto la idea de los "cuantos de luz” como la concepción dual (onda-corpúsculo) de la luz, a la vez una partícula (fotón) y como una onda, haciendo una contribución comparativamente valiosa al nacimiento de la física cuántica, lo que le valdría muchos años después (1921) el Premio Nobel. En otro artículo del mismo año, ante las concepciones empirocriticistas que negaban la existencia de los átomos, Einstein toma una firme posición materialista y demuestra matemáticamente cómo el movimiento browniano, aparentemente caótico, de la partículas de polvo en el aire, se podía explicar por el choque de los átomos contra ellas. "La materia le dice al espacio cómo curvarse, el espacio le dice a la materia cómo moverse" 

 

Pero estas contribuciones a la física teórica -ya merecedoras en sí mismos de un lugar destacado en la Historia de la Ciencia, se verían eclipsados por otro gran artículo, que contenía la ecuación más famosa de todos los tiempos: E=mc2. La teoría de la relatividad especial había nacido. En ella Einstein postula concepciones completamente revolucionarias para la física.


Einstein razona que dada la invariancia de la velocidad de la luz (c) respecto a cualquier sistema de referencia,  lo que es relativo es el tiempo y el espacio. Si c es una constante cósmica, es el tiempo (considerado históricamente como absoluto y uniforme) el que se realentiza cuando viajamos a velocidades cercanas a la luz. El espacio y el tiempo son uno y lo mismo (un par de contrarios), una malla tetradimensional flexible: el espacio-tiempo. El movimiento de la materia en el espacio-tiempo es constante: si un objeto se mueve muy deprisa en el espacio (a velocidades cercanas a la luz) lo hace muy despacio en el tiempo, y viceversa.


Otra conclusión es la equivalencia de la masa y la energía: la energía puede transformarse en materia, y la materia en energía, son otro par de contrarios. La materia contiene una enorme cantidad de energía, y la energía condensada puede formar materia.


Pero tampoco existe el espacio-tiempo desligado de la materia-energía, sino completamente ligados.  No puede concebirse el espacio-tiempo al margen de la materia y la energía, no existen “al margen de” o “antes de”, sino que forman también una unidad dialéctica. Ahora sabemos que en el 'Big-Bang' se originaron simultáneamente materia y energía, espacio y tiempo.


Con esta revolucionaria concepción del tiempo y el espacio, de la materia y la energía, firmemente materialista y revolucionariamente dialéctica, Einstein no sólo sentaba las bases para comprender el motor de fusión de las estrellas o poder desarrollar la energía nuclear, sino sobretodo para comprender la geometría misma del Universo.


Las concepciones que presentaba Eistein eran tan radicalmente rompedoras que la comunidad científica las acogió con la más desoladora incomprensión y silencio. Tuvieron que pasar meses hasta que sus artículos cayeron en manos de Max Planck, uno de los padres de la física cuántica,  que reconoció el valor de las teorías del 'outsider' Einstein y lo promocionó en los círculos científicos.


Pero, por radicales que eran las concepciones que presentaba -un verdadero salto epistemológico-, estaban limitadas a una premisa concreta: los fenómenos físicos que ocurrirían cuando un cuerpo se desplazara en el espacio a una velocidad constante cercana a la de la luz. Pero en el Universo la materia estaba sometida a todo tipo de aceleraciones, sobretodo a causa de la más poderosa y omnipresente de las fuerzas cósmicas: la gravedad.


En su infatigable búsqueda de las leyes del Cosmos era necesario trascender del caso particular al general, y explicar la gravedad. Ese fué el viaje científico que llevó a Einstein desde la Teoría de la Relatividad Especial (1905) a la Teoría de la Relatividad General (1916).


Para ello, Einstein tuvo que contradecir al genio que fundó la física moderna, Isaac Newton, que aunque había definido matemáticamente la gravedad -permitiendo a la humanidad comprender los movimientos de los astros- nunca pudo explicar por qué se producía. "La gravedad es la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. El espacio -curvado por la Tierra- empuja nuestros cuerpos hacia abajo" 

 

Einstein se atrevió a explicar la gravedad, estableciendo que el espacio-tiempo no es plano, sino curvo. La presencia de grandes masas de materia curva el espacio-tiempo, y su alrededor se mueve en función de las curvaturas provocadas en el tejido tetradimensional. Quizá la mejor síntesis de su concepción la diera el inglés John Weeler, cuando dijo “La materia y la energía le dicen al espacio-tiempo cómo curvarse, el espacio-tiempo le dice a la materia-energía cómo moverse”.


En realidad no existe “la atracción gravitacional” entre nosotros y la Tierra, sino que la gravedad es la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Nuestro planeta curva el espacio-tiempo entre nosotros y el suelo, y el espacio curvado empuja nuestros cuerpos hacia abajo.


Einstein publicó su Teoría General de la Relatividad hace ahora 100 años, en 1916. Pero de nuevo, sus conclusiones chocaban tan radicalemente con la física tradicional que -aunque una buena parte de la élite científica ya lo había acogido como un joven y brillante teórico- los más empiristas le exigían pruebas experimentales que demostraran la validez de su Relatividad o que la condenaran al infierno de las especulaciones.


Las pruebas experimentales tuvieron que esperar varios años, hasta 1919 y la llegada de un eclipse. La gravedad curva el espacio-tiempo, curvando incluso la trayectoria de la luz. ¿Pero dónde encontrar un campo gravitatorio tan potente como para torcer un rayo de luz?: en el Sol. Pidió ayuda a los astrónomos para que le ayudaran a observar el la luz de las estrellas distantes tras el Sol durante un eclipse total. Y finalmente, tras años de contratiempos, consiguió la prueba: tras la corona solar, la luz estelar aparecía deformada, como al pasar por una lente, desviándose 1,75 segundos, exactamente lo que habían predicho los cálculos de Einstein.


Súbitamente, Albert Einstein saltó al estrellato mundial, no sólo entre la comunidad científica sino ante el gran público. "Un científico revoluciona la ciencia tras obtener la observación de un eclipse", tituló en portada el New York Times. "Una nueva teoría del mundo. Las ideas de Newton han sido derrocadas" dijo el London Times.


La prueba del eclipse se repitió en 1922, y fue precisamente el astrónomo norteamericano Campbell, uno de los mayores detractores de Einstein, el que la realizó con mayor precisión, captando como la luz de hasta 94 estrellas se curvaba de acuerdo a las predicciones de las ecuaciones relativistas. “Usted tenía razón”, le dijo emocionado al propio Einstein. Un siglo después, las ondas gravitacionales del choque de dos agujeros negros remotos le han vuelto a decir lo mismo a uno de los mayores genios de la ciencia de toda la Historia.

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