ALBERT EINSTEIN: EL UNIVERSO EN UNA MENTE

 

Acaso el único científico equiparable a Isaac Newton en cuanto a su genialidad y productividad científica, así como en la enorme magnitud e influencia de sus descubrimientos en el pensamiento humano fue el físico teórico alemán Albert Einstein (1879-1955), quien se convirtió en sinónimo de genio, en el científico más célebre de todos los tiempos, declarado el “hombre del siglo” por la revista Time. Einstein fue el arquitecto tras las más dos grandes teorías físicas del siglo XX, ambas aún repetidamente corroboradas por múltiples y elaborados experimentos y observaciones.  No solo creó él solo la teoría de la relatividad –especial y general– que es la mejor teoría disponible sobre el universo a gran escala, aquel de las estrellas, las galaxias y los cúmulos de galaxias, gobernados por la fuerza de la gravedad, sino que también contribuyó, con otros, a la creación de la mecánica cuántica, que es la mejor teoría disponible sobre la materia y la energía –que además Einstein demostró ser intercambiables– a su nivel fundamental, es decir, a las escalas más pequeñas que conocemos, aquellas de los átomos, las partículas subatómicas y las fuerzas que las gobiernan, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares. 

Einstein, al igual que Newton, fue muy precoz intelectualmente. Nunca olvidaría el momento de su infancia en que su padre le mostró una brújula y comprendió que había una fuerza oculta que hacía que la aguja apuntara en una dirección. Ya en su adolescencia se empezó a preguntar cosas como qué vería un observador si viajara a la velocidad de la luz, y en el laboratorio de su mente trataba de entender las consecuencias físicas de los fenómenos a través de sus famosos experimentos mentales o gedankenexperimente. Pero nunca fue un estudiante convencional y siempre fue un rebelde, en el sentido de que se resistía a la autoridad y a la educación tradicional y prefería, por ejemplo, estudiar por su propia cuenta la nueva física, que en aquel entonces era el electromagnetismo de Maxwell y que no le enseñaban en la universidad, en lugar de la trillada física Newtoniana que impartían sus convencionales profesores. Pero, como él mismo observó, por su desprecio a la autoridad el destino lo convirtió irónicamente en una autoridad. 

Al no poder conseguir un empleo académico, y trabajando en la Oficina de Patentes de Berna, en Suiza, donde su tarea era evaluar nuevos inventos, el joven Einstein aprovechaba su tiempo libre deleitándose en sus vuelos especulativos y experimentos mentales, acompañados no obstante del rigor del razonamiento matemático. En 1905, su “año maravilloso”, Einstein escribió varios artículos que cambiarían la física en diferentes maneras: su explicación del movimiento aleatorio de las moléculas en líquidos que confirmaba la existencia de los átomos, su descripción del comportamiento corpuscular de la luz, según la cual la luz está hecha de partículas que hoy llamamos fotones, su demostración de la equivalencia entre la masa y la energía que sería la base de la Era Atómica con sus horrores y beneficios, y nada menos que una nueva teoría del movimiento y del espacio y el tiempo, unificados en espacio-tiempo, que hoy conocemos como relatividad especial. 

Sustituyendo los conceptos Newtonianos de espacio y tiempo independientes y absolutos por la idea de un espacio-tiempo unificado y relativo, es decir dependiente del movimiento del observador, Einstein postuló que tanto las leyes de la física como la velocidad de la luz son las mismas para cualquier observador , independientemente de su estado de movimiento. En otras palabras, no importa si se esté en reposo en la superficie de la Tierra o viajando por el espacio interestelar a una velocidad próxima a la de la luz, las leyes físicas y la velocidad de la luz que se midan son las mismas, mas no las mediciones que se hagan de tiempo y longitud. Cuando ambos observadores, situados en sistemas de referencia diferentes, comparan sus respectivas mediciones, surgen las diferencias. El espacio y el tiempo no son los mismos para personas que se mueven a velocidades diferentes, y Einstein hizo predicciones precisas sobre estas mediciones. Para el observador que se mueve a alta velocidad respecto a la Tierra, el tiempo transcurrirá más lentamente y su longitud se acortará en la dirección del movimiento, pero él no notará estos efectos, sino quien lo observase desde el sistema de referencia en reposo, en este caso la Tierra, si pudiera comparar sus relojes y reglas con el viajero interestelar. Esto implicaría que si de dos personas de la misma edad, por ejemplo dos gemelos, una se quedara en la Tierra y otra se lanzara a dicho viaje, y compararan relojes a su regreso, el primero habrá envejecido considerablemente o muerto, mientras el segundo apenas habrá envejecido. Así, no hay tal cosa como un reloj y una regla universal como pensaba Newton, sino que las mediciones de espacio y tiempo dependen del movimiento de quienes los miden. Por paradójicos, extraños y absurdos que parezcan estos efectos, se han medido con gran precisión en experimentos cada vez más precisos, como por ejemplo comparando las lecturas de relojes de muy alta precisión en satélites con respecto a otros en la Tierra o la duración de partículas subatómicas aceleradas a altas velocidades en aceleradores de partículas.

Luego de la relatividad especial, que no incluye los efectos de la gravedad, Einstein trabajó arduamente durante otra década en una teoría más general que la incluyera (relatividad general), motivado por lo que él llamó el pensamiento más feliz de su vida: la equivalencia del movimiento acelerado en un entorno libre de gravedad (por ejemplo en el espacio interestelar) y el reposo en un campo gravitatorio (por ejemplo en la superficie de la Tierra). A partir de esta teoría, Einstein desarrolló una nueva concepción de la gravedad, no ya como fuerza atractiva como la había concebido Newton, sino como la consecuencia de la distorsión geométrica del espacio-tiempo por la masa y la energía de los objetos que en este tejido se encuentran inmersos. Debido a esta distorsión, la luz de otros objetos que pasa cerca de cualquier masa considerable se desvía o curva, y este efecto ha sido también repetidamente observado, aunque aún sigamos sin saber qué es exactamente la gravedad.

Aunque para los propósitos prácticos de nuestras vidas cotidianas sigamos utilizando la física de Newton, la física de Einstein constituye una extensión de la primera a los dominios en los que imperan las altas velocidades, masas y energías. No es, pues, que Einstein haya refutado a Newton, sino que complementó y extendió sus logros, además de proporcionar descripciones alternativas, y más precisas aún, del espacio, el tiempo y la gravedad. Además, la relatividad general representó el inicio teórico de la cosmología científica, del estudio del universo como una ciencia de alta precisión, aunada por supuesto a la vertiente observacional fundada poco después por Edwin Hubble con su descubrimiento de la expansión del universo, que el mismo Einstein estuvo cerca de hacer teóricamente pero que por consideraciones estéticas se le escapó (Einstein creía que el universo era estático y no cambiaba con el tiempo, así que cuando descubrió en sus ecuaciones que el universo podría expandirse o contraerse, introdujo un término matemático, la constante cosmológica, para contrarrestar ese efecto, y luego cuando Hubble descubrió a partir de observaciones que el universo de hecho se expande, Einstein llamó este el peor error de su vida). 

Einstein pasó los últimos años de su vida, ya exiliado para siempre de su natal Alemania gracias a los Nazis, en el Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, dedicado febrilmente a la búsqueda de una teoría que unificara la gravedad con el electromagnetismo y a sus elaboradas objeciones al indeterminismo y otras implicaciones más extrañas como el entrelazamiento o acción instantánea a distancia de la mecánica cuántica, teoría que él también contribuyó a crear. Hoy el sueño de Einstein de esa teoría unificada sigue siendo compartido por muchos físicos teóricos que tratan de armonizar matemáticamente la relatividad general con la mecánica cuántica, el macrocosmos con el microcosmos. A pesar de las exóticas predicciones de su gran teoría que han sido verificadas, como la expansión del universo, los agujeros negros, las lentes gravitacionales y las ondas gravitacionales, Einstein se mostró escéptico ante algunas de ellas y él mismo fue su peor crítico. No obstante, un siglo después, las dos grandes teorías que contribuyó a crear no solo siguen vigentes e invictas, sino que los cada vez más refinados experimentos y observaciones siguen confirmando la validez de las ideas forjadas en el laboratorio mental del genio de Ulm.

Por Juan Diego Serrano