El 25 de noviembre de 1915, el físico presentó la formulación definitiva de su pensamiento. Algunos interrogantes y sus respuestas para comprenderlo.
1. ¿Qué conmemoramos exactamente este 25 de noviembre de 2015?
Se
cumplen justo 100 años del día en que Albert Einstein explicó en una
conferencia ante la Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín, las
ecuaciones definitivas de su teoría general de la relatividad. Tras casi
una década de tortuosos intentos de compatibilizar la fuerza
gravitatoria con su teoría especial de la relatividad (1905), y con el
matemático David Hilbert pisándole los talones, por fin dio forma
precisa y definitiva a la que se considera una de las cimas
intelectuales de la humanidad. Su presentación se publicó aquel mismo
día, 25 de noviembre de 1915, en las actas (Proceedings o
Sitzungsberichte) de la academia.
2. ¿Einstein presentó ese mismo día la ecuación que hoy se conoce?
En realidad es un sistema de diez ecuaciones, pero
se pueden escribir de manera unificada, utilizando una sola vez el signo
“=”, y resumirlas en una sola: Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν. En la forma
original en la que la escribió Einstein en su artículo, la notación (por
ejemplo usaba índices latinos en lugar de griegos) y la distribución de
los términos era ligeramente distinta, pero aún así, es totalmente
equivalente a esta.
3. ¿Y qué significa Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν en un lenguaje que todos podamos comprender?
En
lenguaje común, la nueva ecuación de Einstein relaciona dos aspectos:
curvatura del espacio-tiempo ↔ Masa (energía). Por ponerlo en contexto,
anteriormente la teoría de la gravedad de Newton, el mayor éxito de la
revolución científica del siglo XVII, aportaba dos leyes que podemos
visualizar así:
Masa → Gravedad; y
Fuerza de gravedad → Movimiento de cuerpos masivos,
donde “→” podemos leerlo como “crea”.
Es
decir, una masa –por ejemplo, la Tierra– crea un campo gravitatorio,
que a su vez ejerce una fuerza que controla el movimiento de otras
masas, como una manzana o la Luna. Con la aportación de Einstein, la
teoría de Newton se veía ahora desbancada por otra que la incluía como
una aproximación solo válida para masas y velocidades relativamente
pequeñas. Pero la teoría de Einstein era mucho más que un refinamiento
de la de Newton: cambiaba completamente el concepto de qué es y cómo
actúa la gravedad.
4. ¿Qué diferencias hay entre la visión clásica del mundo de Newton y la relativista de Einstein?
Hay
dos esenciales. Por una parte, en la formulación de Einstein desaparece
la noción de gravedad, que ha sido sustituida por algo más misterioso y
sugerente: la curvatura del espacio-tiempo. Y, por otra, unifica en una
sola ecuación las dos leyes básicas de la teoría newtoniana. Es decir,
ambas “→” quedan aunadas en una sola “↔”. Sin duda alguna, la
eliminación de la gravedad como una fuerza ‘real’ y su interpretación
como un ‘efecto aparente’ de la curvatura del espacio-tiempo es el
elemento más revolucionario de la teoría. De esta manera, Einstein
explicaba con una simplicidad pasmosa la observación de Galileo de que,
en ausencia de fricción, todos los cuerpos caen al mismo ritmo: los
objetos se mueven en un mismo espacio-tiempo que, al estar curvado,
produce la impresión de movimiento bajo una fuerza que actúe sobre
ellos.
5. ¿Podemos visualizar el concepto de la curvatura del espacio-tiempo?
Es
habitual representar sus efectos como el movimiento de canicas en una
cama elástica deformada por el peso de una masa mayor. Aunque
ilustrativa, esta analogía no consigue transmitir el hecho esencial de
que la curvatura del espacio-tiempo apenas afecta las direcciones
espaciales de la cama elástica, sino que se produce mayoritariamente en
la dirección del tiempo. La teoría es demasiado rica y sutil como para
dejarse capturar completamente por analogías e imágenes simplificadas.
6. Entonces, ¿no hay forma de representar con una imagen sencilla la teoría de la relatividad?
Habría
que utilizar distintas imágenes para ilustrar diferentes aspectos de la
teoría, pero no hay una que lo capture todo correctamente. Lo de la
cama elástica está bien, pero tiene limitaciones serias. Por ejemplo, no
sirve para ilustrar ni medianamente bien lo que es un agujero negro, y
da lugar a confusiones: ¿Cómo es que decimos que la curvatura es tan
pequeña que no la notamos habitualmente y, sin embargo, es
suficientemente grande como para que un proyectil, o la Luna, sigan una
trayectoria curva en lugar de recta? Habría que explayarse mucho para
explicar que nos movemos mucho más en el tiempo que en el espacio, y lo
que eso conlleva.
7. ¿Qué relaciona la relatividad general con los agujeros negros?
Todo
comienza en aquel mismo año 1915. En una carta fechada el 22 de
diciembre, ¡nada menos que desde el frente de guerra ruso!, el astrónomo
alemán Karl Schwarzschild comunicaba a un –imaginamos– atónito Einstein
que había encontrado una solución extremadamente simple a sus
ecuaciones. En concreto, para el caso de la curvatura (o gravedad) que
crean los cuerpos masivos como el Sol, la Tierra, las estrellas y de
unos objetos que ninguno de los dos vivirían para reconocer: los
agujeros negros. Son pozos insondables y absolutos, más fantásticos que
la más delirante creación de la imaginación humana.
8. ¿Einstein creyó en los agujeros negros?
La
predicción de la existencia de los agujeros negros que implicaba la
teoría fue tan radical –aún más que la expansión del universo– que ni
siquiera Einstein fue capaz de entenderla. Fue uno de sus principales
errores. Solo se aceptó después, tras un largo y arduo proceso
completado en los años 60, dando así un magnífico ejemplo de que las
mejores teorías de la física son a menudo ‘más listas’ que sus propios
creadores. Hoy en día sabemos que los agujeros negros son reales.
Recientemente en la película Interstellar hemos podido ver una de las
mejores representaciones de lo que las ecuaciones de Einstein pueden
llegar a contener.
9. ¿Por qué los agujeros negros también ‘enfrentan’ a la relatividad y la física cuántica?
Imagina
que se te cae tu móvil o tableta a un agujero negro. ¿Hay alguna
posibilidad, por muy remota que sea, de que recuperemos la información
que había en ellos? La teoría de Einstein nos dice que no: cuando algo
ha cruzado el horizonte del agujero negro, ya no es posible recibir
ninguna señal suya. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que la
información nunca se puede perder: se puede embrollar muchísimo (como
sucede si quemamos la tableta), pero en principio siempre ha de ser
posible extraerla de nuevo. Esta contradicción entre ambas teorías se
conoce como la paradoja de la pérdida de información en los agujeros
negros. Esperamos que los esfuerzos en intentar resolver esta cuestión
nos ayuden a entender cómo unificar ambas teorías.
10. ¿Tiene alguna aplicación práctica la relatividad general?
Si
todavía alguien no está suficientemente impresionado por la nueva
visión del mundo que la teoría de Einstein proporciona, y pide una
utilidad práctica, basta con que se deje guiar por un navegador GPS. Si
este no tuviese en cuenta el efecto, pequeñísimo pero medible, que la
curvatura del espacio-tiempo tiene sobre la señal que el aparato recibe
de los satélites, nuestros coches acabarían en pocos minutos en la
carretera equivocada. Así que la próxima vez que su navegador le diga
“ha llegado a su destino” y no se encuentre en el fondo de un barranco o
empotrado contra un muro, piense por un instante que eso de la
curvatura del espacio-tiempo debe de tener algo de cierto. Agradezca a
Einstein los años de intenso trabajo que dedicó a entenderlo, y celebre
su culminación en una teoría tan magnífica.
Tomado de:
El Espectador
Imagen de Plutón captada por la sonda New Horizons. / NASA
Para
sorpresa de los científicos, se ha descubierto que el sistema linfático
también actúa en el cerebro. / Jonathan Kipnis and Antoine Louveau
.
El experimento para demostrar la conexión de las partículas se realizó
con dos electrones en el interior de pequeños diamantes. / ICFO
.
Reconstrucción de Homo naledi por el paleoartista John Gurche, que pasó
más de 700 horas para recrear la cabeza a partir de los escáneres de
los huesos. / Mark Thiessen/National Geographic
El esqueleto del hombre de Kennewick y una reconstrucción de su rostro / Brittney Tatchell, Smithsonian Institution
