25 Nov 2015 - 4:13 p. m.

Los cien años de la teoría que reinventó el universo

Este miércoles se conmemora el primer centenario desde que Albert Einstein formuló su Teoría de la Relatividad General.

Daniel Manrique Castaño, especial para El Espectador, Escuela de Astronomía de Cali

"Como amigo con más experiencia que tú, debo recomendarte que no lleves estos planes adelante, en primer lugar porque no tendrás éxito, e incluso si lo tienes, porque nadie te creerá", Max Planck a Albert Einstein.
 
El 25 de noviembre de 1915, en algún lugar de Alemania, una máquina de imprenta tallaba el Meeting Reports de la Academia Prusiana de Ciencias. Entre las páginas 844 y 847 de este compilado de papel amarillento se encontraba un enigmático texto bajo el título en alemán Feldgleichungen der Gravitation —Las ecuaciones de campo de la gravedad—.
 
Las fórmulas matemáticas que allí se presentaban eran el producto de las extrañas ideas de un desconocido físico alemán que no usaba medias y que debido a su “incompetencia” tuvo que tomar un discreto puesto en la oficina de patentes en Berna, Suiza. Irónicamente, hoy este “incompetente” es conocido por todos, Albert Einstein (1879-1955).  
 
Doscientos años antes, Isaac Newton había publicado una ecuación de la gravedad que describía cómo se movían las balas de cañón y los planetas. Sin embargo, con sus nuevas ecuaciones Einstein no sólo postuló nuevas leyes de la física, sino que reinventó el universo, el espacio y el tiempo.
 
El universo de Einstein empezó en 1905, ‘el año milagroso’, cuando publicó tres importantes artículos, entre ellos, “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, mejor conocido como la teoría de la relatividad especial, que describe el comportamiento de los cuerpos cuando se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.
 
Esta teoría postula que la máxima velocidad que puede alcanzar un cuerpo es 300.000 Km/s, la velocidad de la luz (c). Esto es suficiente para darle ocho vueltas al planeta Tierra en un segundo. No obstante, su famosa ecuación E=mc^2, nos propone una igualdad entre la energía y la masa, lo que indica que entre más energía/velocidad tenga un cuerpo, más aumenta su masa. Quienes salen a trotar para bajar de peso pueden estar tranquilos; el aumento de su masa es imperceptible a velocidades tan bajas, mientras que la quema de calorías es significativa. Sin embargo, si corriera a velocidades cercanas a c, su peso podría ser de algunos millones de toneladas.
 
Este fenómeno tiene una consecuencia importante para la física: solo los cuerpos sin masa, como el fotón —la partícula que transmite la luz—, pueden moverse a c, mientras que uno masivo necesitará una energía infinita para hacerlo, algo imposible desde las leyes de la física conocidas. Por esta razón, quienes imaginan la forma de realizar viajes inter-estelares tripulados, no piensan en motores que impulsarán una gigantesca nave por el espacio, sino en unos que modificarán el espacio para “traer” el destino hacia la nave, como la propulsión Warp propuesta por el físico mexicano Miguel Alcubierre en 1994. ¿Recuerda usted aquella emocionante frase del Capitán Kirk al mando del Enterprise? Señor Zulu, ¡a velocidad WARP! 
 
En segundo lugar, la teoría de la relatividad especial postula que el espacio y el tiempo no son entidades separadas, sino una única estructura de cuatro dimensiones. Es fácil constatar que las tres dimensiones de espacio —anchura, longitud y altura— no son independientes, sino intercambiables entre sí. La altura de un cubo se puede convertir en su anchura si éste se rota, un hecho que no sorprende a nadie. Pero el empleado de la oficina de patentes descubrió que también se puede intercambiar el tiempo por el espacio a través de la velocidad. Esto quiere decir que entre más rápido se mueva un cuerpo por las dimensiones de espacio, más lento pasará el tiempo. Para alguien que hipotéticamente se mueva a c, el reloj se detiene.  
 
Aunque los efectos de la relatividad especial pueden parecerle ajenos o de ciencia ficción, debe saber que para los satélites que proveen su señal de celular y GPS el tiempo pasa un poco más lento debido a que orbitan a grandes velocidades alrededor de la Tierra, de manera que los ingenieros aeroespaciales deben programar su re-sincronización para que la información sobre su posición actual sea verídica. 
 
En 1915, después de varios años de arrojar hojas de papel a la basura, Einstein halló la forma de combinar los fenómenos de la relatividad especial, con la misteriosa fuerza de gravedad, cuya naturaleza había quedado inconclusa para Newton. En “Las ecuaciones de campo de la gravedad” Einstein postuló: La gravedad no es una fuerza como comúnmente se imagina, es un efecto creado por la deformación del espacio-tiempo en presencia de masa. 
 
Su smartphone cae al piso casi todas las semanas porque la Tierra deforma esta región de espacio-tiempo. Si usted toma una sábana por las cuatro puntas, y ubica un objeto pesado en el centro, verá como la sábana se deforma, y todos los objetos que se ubiquen en los extremos caerán hacía el objeto del centro. Esta imagen, a primera vista sencilla, es algo que ninguna mente iluminada había pensado en cientos de años de ciencia, y es lo que se denomina la teoría de la relatividad general.
 
Una idea tan sorprendente necesitaba también de pruebas radicales. Y la más importante de ellas tuvo lugar en 1919, cuando el astrónomo británico Arthur Eddington se dio a la tarea de medir si la luz de las estrellas se curvaba —producto de la deformación del espacio-tiempo— cuando el Sol pasaba por delante de ellas durante un eclipse de Sol. El resultado fue contundente y presentado por los titulares del New York Times el 6 y 7 de noviembre de 1919 “La teoría de Einstein triunfa” y “Revolución en ciencia – Nueva teoría sobre el universo, ideas newtonianas derrocadas”. Desde entonces, la relatividad general es el pilar de la cosmología, una ciencia del siglo XXI que versa sobre el origen y evolución del universo, y las propiedades del espacio-tiempo. 
 
Paradójicamente, estos cambios fueron tan profundos que ni el mismo Einstein creyó por completo en las consecuencias de su teoría. El matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote jesuita Georges Lemaître, descubrieron que las ecuaciones de la relatividad general llevaban a un universo con una evolución dinámica, es decir, uno que se expande o se contrae con el tiempo, un paradigma que estaba en contradicción con la idea de universo estático y eterno de Einstein. 
 
Sin embargo, entre 1929 y 1931 el astrónomo estadounidense Edwin Hubble observó que las demás galaxias que pueblan el universo se alejan de la Vía Láctea, nuestra galaxia. En otras palabras, que el universo está en expansión. Posteriormente, Einstein fue al observatorio de Monte Wilson para echar una mirada por el telescopio que expandió los límites de su propio universo. 
 
A partir de este hecho, Lemaître realizó el siguiente razonamiento: si el universo se expande, ayer era más pequeño que hoy, y si nos remontamos lo suficiente, veremos cómo todo debió estar concentrado en un solo punto inimaginablemente pequeño, caliente y denso; un “átomo primigenio” que dio origen a un universo que ha evolucionado durante 13.700 millones de años. Esto es lo que hoy conocemos como la teoría del Big Bang. 
 
La relatividad general ha superado cada una de las pruebas científicas a las que se ha sometido, pero el legado de Einstein va más allá de aplicaciones prácticas como el GPS, los celulares, las bombas atómicas o los computadores. El universo relativista es un pincel de la mente humana que anima nuestras más extrañas fantasías sobre el cosmos, y nos hace pensar en agujeros negros, visitar otros mundos, viajar a la velocidad de la luz, o ir atrás en el tiempo. 
 
El magnífico y extraño universo que vimos en la película Interestelar (2014), se cocinó durante años en la mente del que fue alguna vez un solitario y callado joven, cuyo profesor de griego le dijo: “Nunca llegarás a nada”. Alguien que durante el día pensaba en ascensores cayendo, gemelos viajando por el espacio, o personas cabalgando sobre un rayo de luz. ¿Nos depara algo más la relatividad? Es una pregunta difícil de responder, pero 100 años después, Einstein nos ha llevado por una extraordinaria aventura a través del espacio-tiempo, una aventura del pensamiento que parece no tener fin.
 
 
 

Comparte: