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domingo, 11 de noviembre de 2012

Crónicas Antrópicas 45 - "E=mc2".

(Nota de las Crónicas Antrópicas: Por limitaciones de Blogger, no se puede colocar el título como debería ser: con el numeral "2" como superíndice para ser leído como "al cuadrado" y no "dos").


Ya hemos comentado que la mecánica newtoniana tuvo la gran virtud de explicar con un puñado de leyes simples y comunes, tanto la mecánica celeste como la mecánica terrestre, que muchos hasta el minuto concebían como separadas, y si las concebían unidas, no entendían el punto de unión. Pero las ideas newtonianas tenían un torpedo bajo la línea de flotación: para que funcionaran, se requería un espacio y tiempo absolutos, independientes de los objetos. En realidad, ya Galileo Galilei había reparado en que la posición o movimiento de un cuerpo sólo puede ser medido en relación a otro, aunque ese otro fuera la Tierra misma: ya Galileo Galilei era, en cierta medida, un relativista. En muchos sentidos, las leyes del movimiento de Newton eran derivaciones de este principio de Galileo, incluyendo la idea de que toda fuerza genera una reacción igual, pero en sentido contrario... Pero en el siglo XIX, los científicos se encontraron con el problema de cómo la luz se propaga en el vacío, y para ello debieron postular la existencia de un éter ocupando todo el universo, y que haría las veces de espacio y tiempo absolutos. Lo único que parecía restar, era medir la velocidad de la Tierra respecto del éter, en lo que se llamó el experimento Michelson-Morley. Y aquí sucedió el desastre. Según los resultados del experimento, la velocidad de la luz era siempre constante viajara en la dirección que viajara: no podía existir un éter que opusiera alguna clase de resistencia de roce a la Tierra. ¿Qué había fallado?


La intuición genial que tuvo Albert Einstein, fue preguntarse qué sucedería si él mismo se montara en un rayo de luz. Su respuesta fue que cualquier alteración en su propio espacio y tiempo pasaría desapercibido porque el rayo de luz sería su punto de referencia: sería el universo entero el que cambiaría. De allí, Einstein desarrolló las ecuaciones por las cuales determinó que un objeto propulsado a velocidades que sean una fracción apreciable de la propia de la luz, deberían experimentar alteraciones en su masa, y también en su propio espacio y tiempo. De ahí salieron el concepto de "contracción del espacio" y "dilatación del tiempo": Einstein enseñó que ambos fenómenos eran las dos caras de una misma moneda, sólo que se presentarían como uno u otro dependiendo del punto de vista del observador. Dicho de manera más sencilla: el movimiento de los cuerpos y su medida son relativos al observador mismo.


La gran revolución einsteniana consistió en probar que la materia y la energía están íntimamente ligados al espacio y al tiempo: estos dos últimos no pueden existir sin los anteriores, ya que sin materia o energía no hay como medir el espacio y el tiempo. A su vez, Einstein determinó que la materia y la energía son en realidad dos aspectos de la misma cosa; algo después, este principio se vería reforzado por el hallazgo de que una partícula puede comportarse al mismo tiempo como una onda. Esta equivalencia de la masa y la energía es la famosa ecuación E=mc2 (leído como "la energía es igual a la masa, multiplicada esta última por la velocidad de la luz elevada al cuadrado"). A su vez, Einstein probó que el espacio puede transformarse en tiempo y viceversa: en realidad, a las tres dimensiones del espacio (largo, alto y ancho) que se utilizan como medios de referencia, cabe agregar una cuarta, que es el tiempo.


Estas ideas son enormemente contraintuitivas, y costó mucho que se hicieran conocidas más allá de la comunidad científica. Insignes mentes como Bertrand Russell se dieron a la tarea de divulgarlas, en libros de divulgación como "El ABC de la relatividad". Pero mientras tanto, un nuevo género literario estaba naciendo: la Ciencia Ficción. Un escritor británico llamado Herbert George Wells, en "La máquina del tiempo", había anticipado la idea de que el tiempo es la cuarta dimensión. Pero en el intertanto, era necesario probar que la relatividad no sólo era un conjunto de matemáticas extrañas, sino una realidad. Una de las predicciones de la Teoría de la Relatividad, era que la masa del Sol era capaz de desviar la trayectoria de la luz. Esto fue probado durante un eclipse de sol en 1916: en el borde del Sol se midió cómo una estrella había cambiado ligeramente de posición. Por supuesto que la estrella no se había movido: era la luz lanzada desde la misma la que se había torcido al pasar cerca del Sol, y los observadores terrestres, al asumir la luz viajando en línea recta, veían la estrella como si estuviera lanzando la luz desde una posición diferente. Esto fue otro golpe de la teoría relativista: la gravedad ya no era una fuerza como la concebía Netwon, sino que era una propiedad del espacio y tiempo, o mejor dicho, las huellas que la masa dejaba en la red del espacio y tiempo.


Pero el mundo de la Física experimentaría un enorme problema: la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica no eran fácilmente reconciliables. Aunque le enmendaba la plana a Newton, las ideas de Einstein seguían basándose en el principio de causalidad, aunque ahora entendido de una manera muy diferente: puede que el espacio y el tiempo se midan de otra manera, pero sigue habiendo una correlación de eventos que pueden ser llamados causas unos de otros. En el caso de la Mecánica Cuántica, en cambio, en particular después de enunciarse el principio de incertidumbre, la causalidad parecía desterrada para siempre: cuando mucho, los científicos del mundo subatómico podían hablar de probabilidades, pero no de causas fijas y concretas. La lucha por encontrar una teoría unificada del universo, que resuelva las brechas entre ambas tesis, es la guerra científica más colosal de todos los tiempos, y es una que al momento de escribir esto, un siglo después de la Mecánica Relativista y la Mecánica Cuántica, aún sigue sin resolverse.

Próxima entrega: "El nuevo universo relativista".

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