Un antiguo regalo

Por Marcia Henríquez Bustamante

A fines de 1915, mientras Europa entregaba sus jóvenes a una nefasta guerra, Albert Einstein dio a conocer una teoría para el universo: la Teoría de la Relatividad General.

El mundo de la física venía alborotado. Mientras Einstein se ocupaba del Universo, brotaba la Mecánica Cuántica. La cuántica estudia partículas menores que un átomo.  El siglo XX se acortaba la pollera.  Venía brígido.

Einstein partió con dos premisas:

1) Las leyes de la Física son las mismas para dos observadores que no aceleran, es decir,  no hay observadores privilegiados.

Ojo, en la vida cotidiana, a las personas conscientes de las cosas que les pasan, y las analizan demasiado, se les llama “enrollados”. En Física se llaman observadores.

2) La velocidad de la luz en el vacío es constante y es la máxima velocidad que puede alcanzarse. Después de un siglo aún no se prueba lo contrario.

Einstein realizó puros experimentos pensados.  Hizo viajar en sendas naves a dos observadores imaginados. Uno/a viajaba a velocidades cercanas a la de la luz y otro/a, a bajas velocidades. Debían observarse mutuamente e informar sus observaciones. A poco andar los/as observadores advierten que los sucesos les ocurren desfasados. Lo simultáneo se vuelve relativo. Y como no hay observador privilegiado, ambos tienen razón. Cada cual vive en su propio tiempo.

Según los experimentos y cálculos de Einstein, el espacio y el tiempo tienen una relación casi afectiva. Están comprometidos. Si al espacio le pasan cosas, al tiempo también. A velocidad cercana a la de la luz, la distancia se hace más corta y el tiempo se vuelve leeento. Llevado al límite, si se viaja a la velocidad de la luz, el espacio desaparece y su compromiso es tan inquebrantable, que el tiempo sin el espacio no sabe qué hacer. Deja de transcurrir. Se detiene.

 De allí en adelante no se habló más del espacio y el tiempo separados, sino del espacio-tiempo.

En esta primera parte, Einstein no hallaba el modo de incorporar la aceleración en su teoría. A la vez, estaba incómodo con la fuerza de gravedad. Trecientos años antes de Einstein, el genio fue Newton, y él nos enseñó a entender la gravedad como una fuerza que surgía a causa de la masa de los cuerpos.  Newton lo expresó en su famosa ley de gravitación universal.

Como la canción de Arjona, “vamos aclarando el panorama”, porque de esa ley, de esa fórmula, olvidada, querida, admirada, odiada, adopte usía la palabra que calce con su emoción.

¡De esa ley renegaba Einstein!

La F del lado izquierdo, no es de farándula, sino de fuerza. Según Newton, los cuerpos sienten una fuerza que los atrae y que depende de sus propias masas (por eso m1 y m2). ¿Va captando? La física es sensual, tiene una estrecha relación con los cuerpos. En la fórmula, bajo raya de fracción, aparece una d elevada al cuadrado.  Le daré opciones para el significado de la d:

  1. Deuda (que elevada al cuadrado es bancarrota)
  2. Duda (que elevada al cuadrado son celos)
  3. Delirio (que al cuadrado es poesía)
  4. Distancia (eeeeh)

Mi intuición dice que acertó y eligió la letra d. Según la ley de Newton, la fuerza con que los cuerpos se atraen, disminuye cuando la distancia aumenta. Quizá Newton dedujo esta ley después de alejarse de un gran amor. También a él le tocó vivir una pandemia.

Ahora debo darle un dato friki. En física, la letra t minúscula suele usarse para el tiempo. Pero la ley de la gravitación universal no tiene ninguna letra más. No aparece el tiempo. Es decir, asume que la atracción no solo es a distancia, sino instantánea.

Por este camino fue que Einstein le encontró una pifia.

En 1900 ya se sabía que la luz del sol demora ocho minutos en llegar a la tierra. Einstein razonaba que, si el sol llegase a desaparecer, por ejemplo, porque alguien lo robó, ocho minutos después la tierra quedaría a oscuras. Así mismo, ocho minutos tardaría en percibirse la falta de la gravedad del sol. ¿Por qué? Porque ni siquiera la copucha de que se robaron el sol, puede correr más rápido que la luz. Todos veían que la fórmula de Newton era fantástica (y lo es, permite calcular la trayectoria de los planetas y enviar naves al espacio de ida y vuelta), pero si hacemos caso a la ley de gravitación universal de Newton, el efecto de la desaparición del sol se percibiría en la tierra en forma instantánea. Eso no es posible y Einstein se dio cuenta, pero no sabía cómo solucionarlo.

Un día se le ocurrió la que llamó “la idea más feliz de mi vida”. Hizo un experimento pensado en que un cuerpo dentro de una caja cae desde una gran altura. Este experimento lo hemos visto por la tele, pero no tenemos plata para realizarlo. (Ver foto). Einstein se dio cuenta que, en caída libre, aunque vayan acelerados, los cuerpos sienten que flotan. Entendió que no existe una fuerza que los atrae. Dedujo que la aceleración uniforme, es equivalente al campo gravitatorio uniforme. Por eso cuando cae al vacío una pluma tarda lo mismo que una piedra. Los dos objetos adquieren la misma aceleración, ya que no hay una fuerza que atraiga más a una que a la otra.  Como Einstein ya sabía que tiempo y espacio están comprometidos, el resto de su trabajo lo dedicó a deducir el efecto de la gravedad (desde entonces equivalente a aceleración) sobre el espacio-tiempo.

Tuvo que aprender unas matemáticas complicadísimas, que inventó un científico italiano a fines del 1900. Tras diez años de trabajo presentó al mundo la Relatividad General. El desarrollo de su teoría demostraba que la gravedad no es una fuerza, sino para sorpresa de todos, una geometría.

Concluyó que el espacio-tiempo es como un tejido flexible y que la masa de los cuerpos, determina la forma de ese tejido. Los planetas no giran en torno al sol como respuesta a una mutua fuerza gravitacional. Ellos siguen las órbitas que el sol propone, después de haber deformado con su sola presencia, con su masa, el espacio-tiempo a su alrededor.  

La teoría de Einstein superó sus propias expectativas. Llevado al límite, si la masa es excesiva, el espacio tiempo se curva tanto que se hace ovillo, como sucede en los agujeros negros.  Pero en su tiempo, Einstein no lo creyó posible. La teoría resultó más grande que el genio. No sé a usted, pero a mí eso me agrada. De cualquier modo, el legado que Einstein hizo a la humanidad, un mes antes de la navidad de 1915, sigue siendo un regalo genial ¿no le parece?

Isaac Newton, muy serio. 

A bajas velocidades las leyes de Newton siguen siendo válidas, y no tiene sentido complicarse con la Relatividad.

Albert Einstein, revoltoso.

El desarrollo de la teoría lo llevó a establecer que la masa y la energía son equivalentes, de ahí la famosa formula E=mc2

En caída libre, los cuerpos sienten que flota. Einstein nunca vio una foto como esta. Él lo imaginó.

2 comentarios en “Un antiguo regalo”

  1. María Luz Peña Rojas

    Genial y simple forma de enseñar la teoría de la Relatividad.
    Felicitaciones a la Dra. Marcia Henrriquez por su trabajo de divulgación científica.

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