Ciencia / 27 de Noviembre de 2015

Qué consecuencias tuvo la Teoría de la Relatividad formulada por Einstein

Sus conceptos, influencia y vigencia. La revolución intelectual del siglo XX.

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Este 25 de noviembre se cumplieron nada menos que cien años desde el día en el que Albert Einstein se subió al palco de la Academia de Ciencia de Prusia y declaró que ya tenía las conclusiones de la exhaustiva investigación que había llevado a cabo para comprender mejor qué era y cómo actuaba la gravedad. Los estudios le demandaron una década, y la Teoría General de la Relatividad estaba a punto.
“Estoy exhausto, pero el éxito es glorioso”, comentó Einstein a sus allegados. El mes que antecedió a esa presentación histórica fue el más intenso, desde el punto de vista intelectual, el más repleto de ansiedad de toda su vida. La culminación fue el anuncio de una visión radicalmente nueva de las interacciones entre el espacio, el tiempo, la materia, la energía y la gravedad. Una teoría, la einsteniana, considerada como una de las mayores conquistas intelectuales de la Humanidad.
Paso a paso. Por aquella época, la excitación producida por la Teoría General de la Relatividad solo repercutió en un grupo de especialistas en física. Pero en los cien años que siguieron, la teoría de Einstein se convirtió en algo que le dio sentido a una amplia gama de temas esenciales, como el origen del Universo, la estructura de los agujeros negros y la unificación de las fuerzas de la naturaleza. La Teoría permitió la realización de avances concretos, como la búsqueda de planetas extra solares, la determinación de la masa de galaxias distantes y hasta el mismo desarrollo de sistemas de GPS para automóviles y sistemas balísticos.
Lo que fue visto hace un siglo como una descripción exótica de la gravedad se convirtió en un instrumento esencial de la ciencia.
Los esfuerzos en el sentido de la comprensión de la gravedad tuvieron inicio mucho antes de Einstein. En medio de la peste que se abatió sobre Europa entre 1665 y 1666, Isaac Newton dejó su puesto en la Universidad de Cambridge y se refugió en la casa de su familia en Lincolnshire. Durante sus horas de descanso concibió la idea de que todos los objetos, tanto en el cielo como en la Tierra, ejercen una fuerza de atracción sobre todos los demás, cuya intensidad dependía de su tamaño –su masa- y de la distancia que los separaba.
Estudiantes de todo el mundo conocen la versión matemática de la ley de Newton, que permitió la realización de mediciones muy precisas de los movimientos de todas las cosas, desde el de una piedra que cae hasta el de los planetas que giran sobre sus órbitas. Parecía que Newton tenía la palabra final respecto de la gravedad. Pero no fue así.
En 1905 Einstein formuló la Teoría de la Relatividad Especial, que enunciaba la famosa ley según la cual nada puede moverse con una velocidad que superara a la de la luz. Y allí reside la cuestión. Según la ley de Newton, si una persona sacude al Sol como una maraca cósmica, la gravedad hará que la Tierra comience a sacudirse también, en forma inmediata. O sea que la fórmula de Newton implica que la gravedad ejerce influencia de un lugar a otro de manera instantánea: no solo más velozmente que la de la luz, sino a una velocidad infinita.
Einstein no estaba de acuerdo con eso. Él estaba seguro de que en algún lugar habría una descripción más sofisticada de la gravedad en la cual esa influencia no se propagase con una velocidad superior a la de la luz. Y por eso, se dedicó a descubrirla. Einstein percibió que, para eso, necesitaba responder a una pregunta aparentemente fundamental: ¿Cómo funciona la gravedad? ¿Cómo ejerce el Sol su atracción gravitacional sobre la Tierra, estando a 150 millones de kilómetros de distancia?
Para las interacciones de la experiencia cotidiana, como abrir una puerta o correr una silla, el mecanismo es claro: hay un contacto directo entre la mano y el objeto que se está empujando. Pero la atracción del Sol sobre nuestro planeta se da a través del espacio. No hay contacto directo alguno. ¿Hay algún tipo de mano invisible que ejerza la acción de empujar la una hacia el otro?
El propio Newton percibió la importancia de esta pregunta y admitió que el hecho de no poder determinar cómo es que la gravedad ejerce una influencia significativa convertía a su teoría en una explicación incompleta. Así y todo, esa verificación permaneció durante doscientos años, apenas, como una nota a pie de página.
Rompecabezas. En el año 1907, Einstein comenzó a trabajar con ahínco en la resolución de ese problema. Un hallazgo fue crucial para que su teoría avanzara. Si no existe nada cerca del espacio que separa al Sol de la Tierra, entonces la mutua atracción gravitacional debe ser ejercida por el propio espacio… ¿pero cómo? La respuesta de Einstein suena misteriosa: dice que la materia, como el Sol y la Tierra, hace que el espacio se doble, y esa forma curvada es la que influye sobre el movimiento de los cuerpos que atraviesan el espacio.
Fácil de resumir en palabras, muy difícil de comprender. Para acercarse a esa comprensión, imaginemos una bola que se hace rodar por el suelo y que sigue una trayectoria rectilínea. También, imaginemos que el suelo tiene rugosidades consecuencia de una inundación. En este último caso, la bola no seguirá la misma trayectoria recta, porque se desviará hacia un lado y hacia el otro debido a los contornos arrugados de la madera.
Lo que sucede con el suelo sucede también en el espacio. Einstein imaginó que los contornos curvos del espacio producirían el mismo efecto que marca la trayectoria de una pelota de fútbol durante un tiro desde el arco, dándole al balón una trayectoria parabólica: así es como sería si la Tierra siguiese su órbita elíptica en torno del Sol.
Fue un salto espectacular. Hasta entonces, el espacio era un concepto abstracto, un vacío cósmico. Pero Einstein percibió que también el tiempo podía curvarse. Intuitivamente, todos nos imaginamos que los relojes marcan el tiempo del mismo modo, independientemente de dónde estén. Pero Einstein propuso que cuanto más cerca estuvieran los relojes de un cuerpo de masa grande, como la Tierra, tanto más lento pasaría el tiempo para ellos.
Esta idea tuvo una influencia inesperada sobre el paso del tiempo. Así como la curvatura del espacio puede modificar el movimiento espacial de un objeto, lo mismo pasa con la trayectoria del tiempo. La matemática de Einstein sugería que los objetos son atraídos hacia los lugares donde el tiempo es más lento.
Pero la reformulación radical del concepto de gravedad no alcanzó para que Einstein se sintiera victorioso. Todavía necesitaba desarrollar sus ideas en el contexto de un modelo matemático capaz de hacer previsiones y de describir con precisión la relación entre el espacio, el tiempo y la materia.
Hasta para Einstein ese fue un desafío monumental. En 1912, cuando luchaba para elaborar sus ecuaciones, le escribió a un amigo: “Nunca en mi vida enfrenté un tormento tan grande”. Un año después, cuando trabajaba en Zurich con su colega Marcel Grossmann, más especializado en las matemáticas, Einstein se acercó a la respuesta.
Trabajando con datos obtenidos a mediados del siglo XIX, que ofrecían un lenguaje geométrico adecuado para describir las formas curvas, Albert Einstein elaboró una formulación enteramente nueva y rigurosa de la gravedad en términos de geometría del espacio y del tiempo.
Pero la propuesta no se sostenía. Al investigar sus propias ecuaciones, Einstein cometió un error técnico que lo llevó a pensar que su propuesta no describía correctamente todos los tipos de movimiento. Durante dos largos años de frustración, trató de resolver el problema pero nada parecía funcionar.
Presentación. En el otoño de 1915, finalmente, halló la manera de corregir su error y se lanzó al esfuerzo final de presentar la Teoría de la Relatividad General. Salvo por un puñado de físicos, la Teoría de la Relatividad no fue aceptada de inmediato. Era demasiado radical, demasiado imaginativa, demasiado coreográfica, rompía con descripciones tan sagradas como las que describían al tiempo y al espacio. Los años que siguieron, las investigaciones y hallazgos hicieron de la teoría de Einstein una de las más importantes de todos los tiempos.

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