Por Paula Pedraza – Columnista de divulgación científica del programa Amanece Que No Es Poco – Radio Del Plata (101.3).
Pero la historia no comienza en 1915, sino diez años antes. En 1905, Albert Einstein –con sólo veintiséis años de edad- publicó un artículo en los Anales de la Física titulado “Electrodimánica de los cuerpos en movimiento”. Ese artículo contenía un apartado titulado: “Teoría Especial de la Relatividad”.
Para intentar ver de qué se trata, planteemos la siguiente situación: supongamos que estamos parados a la vera de las vías del tren en el preciso momento en que pasa un tren. Dentro de él hay dos personas: hay un guarda sentado y una persona que camina por el tren en el sentido en que el tren avanza. Desde la perspectiva del guarda, el tren no se mueve y la velocidad de la persona que camina es justamente esa, su velocidad. Pero para nosotros -que lo vemos pasar- el tren y el guarda van a la misma velocidad. Pero la persona que camina en el tren va a una velocidad mayor que resulta de la suma de la velocidad del tren y la velocidad a la que esa persona camina. Es decir, que la velocidad de un objeto es relativa a la posición desde la cual se observa el movimiento.
Hasta acá todo parece funcionar sin problemas. Pero Einstein, empezó a ampliar estas ideas. Y se planteó una situación similar, pero con un tren que viaja a una velocidad cercana a la de la luz (300.000 km/seg).
Hagamos acá un paréntesis para detenernos un poco en el contexto histórico y científico de la época. Eran fines del siglo XIX y principios del siglo XX, y había grandes discusiones en la física. La estrella del momento era la Teoría Electromagnética de Maxwell. Esta teoría había podido comprobar -entre otras cosas- que la luz era una onda electromagnética en vez de estar formada por partículas, como pensaba Newton entre muchos otros científicos anteriores. Pero esta idea tenía algunas inconsistencias y en ese camino fue que en 1887 los científicos Michelson y Morley se propusieron medir la velocidad de la luz con un experimento que resultó crucial. Además de medir su velocidad, descubrieron que la velocidad de la luz era siempre constante y además era la máxima velocidad posible en el universo, es decir que no podía ser superada.
Teniendo en cuenta estas ideas, volvamos al problema de Einstein: nuestro tren que se mueve a velocidades cercanas a la de la luz. Ahora bien, como esa es la máxima velocidad posible en el universo. La pregunta es: para nosotros que vemos pasar el tren: ¿a qué velocidad viaja la persona que camina en el tren? Ya no es posible sumarlas, ya que –como encontraron Michelson y Morley -no es posible superar la velocidad de la luz.
Pero entonces en ese “cóctel” de Velocidad, Espacio y Tiempo, algo tenía que variar para explicar la paradoja que se producía con la persona que viajaba en el tren. Y lo que pensó Einstein fue que una solución posible era que el tiempo y el espacio también fueran relativos, es decir que –como la velocidad- dependían de la posición en que se estudiara un fenómeno.
Para desarrollar estas ideas, Einstein usó las ecuaciones de Lorentz. Hendrik Lorentz era un físico holandés que había trabajado con el matemático Henri Poincaré en unas expresiones matemáticas destinadas a ajustar las ecuaciones de la Teoría Electromagnética de Maxwell. En ese momento, el trabajo de Lorentz era considerado sólo una curiosidad matemática, pero sin implicancias físicas. Y cuando Einstein aplica estas fórmulas al ejemplo del tren, todo empieza a cerrar. Pero esto implica dos cuestiones fundamentales: que cuando viajamos a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se vuelve más lento -se dilata-, y las longitudes se acortan, dependiendo de la posición del observador. Es decir, son relativas.
Volviendo al ejemplo del tren: la longitud del tren medida por el observador en tierra será menor que la longitud medida por el guarda. Por otra parte, cuando lleguen a la estación, el reloj del guarda se habrá atrasado respecto al del observador, y habrá pasado para el guarda menos tiempo.
Otra cuestión fundamental que planteó Einstein fue la relación entre masa y energía. Sabemos que un cuerpo que se desplaza tiene una energía cinética asociada a la velocidad a la que viaja. Cuanto mayor es la velocidad, mayor es la energía. Pero ¿qué energía tendrá un cuerpo que viaja a la velocidad de la luz? La respuesta a esta pregunta está en su célebre ecuación: E=mc2. Esta expresión determina que la energía que se puede obtener de un cuerpo es proporcional a la masa, es decir a la cantidad de materia, y que es imposible viajar a la velocidad de la luz, pues se requería una energía infinita.
Hasta acá era una teoría audaz que empezó a captar la atención de distintos investigadores de la época, pero Einstein -quién siendo muy joven había manifestado que “quería encontrar la forma en que Dios se expresaba con ecuaciones matemáticas”- empezó a encontrar un inconveniente en su propio planteo: sólo servía para sistemas que se movían a velocidad constante, es decir, sin aceleración. Y esto resultaba muy artificial, ya que en la naturaleza todo estaba acelerado. Entonces empezó a pensar en los sistemas acelerados; pero eso implicaba un problema mayor: meterse con la gravedad. Un concepto que dominaba el universo de la física desde su enunciación en 1687, cuando Newton escribió sus célebres tratados donde describe a la gravedad como una fuerza que mantiene unida al universo.
De estas preocupaciones surge la Teoría General de la Relatividad. La esencia de la teoría de Einstein es que la masa de un cuerpo deforma el espacio-tiempo -concebido como una unidad- a su alrededor. En ausencia de masa, el espacio-tiempo es plano y una partícula se mueve en línea recta porque nada influye sobre su trayectoria, pero en presencia de una masa gravitante, el espacio-tiempo se curva y una partícula se mueve a lo largo de una curva que llamada geodésica. De acuerdo, con esta interpretación de la gravedad, un planeta gira alrededor del Sol porque sigue una trayectoria geodésica en el espacio-tiempo deformado por la masa solar. Es decir que en realidad, el Sol no ejerce una fuerza de atracción sobre la Tierra, sino que el espacio-tiempo se curva alrededor del Sol, impulsando a la Tierra contra él.
Estas afirmaciones, de gran impacto en el mundo científico, pudieron probarse recién en 1919 cuando durante un eclipse total de Sol que pudo fotografiarse cómo la luz emitida por una estrella lejana se curvaba al pasar al lado del Sol.
Cien años después del nacimiento de una teoría que cambió para siempre nuestra forma de entender el tiempo y el espacio, podemos afirmar que abrió definitivamente la puerta a otros investigadores como Fridman, Hubble y Hawking para plantear teorías que pudieran interpretar aún más y mejor el funcionamiento de nuestro universo.
Por otra parte, desde el uso de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS, por su sigla en inglés) que se ajustan de acuerdo a las ecuaciones de Relatividad para evitar el desfasaje temporal entre los satélites y la tierra y lograr así una ubicación más exacta; pasando por los desarrollos en materia de energía atómica –incluyendo la construcción de armas atómicas, son algunas de las formas en que esta teoría se implican cotidianamente en nuestras vidas.
Paula Pedraza – @paulapedrazanqn