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El eclipse que iluminó la ciencia

Guillermo Guevara Pardo, Bogotá, noviembre 1 de 2015

Hace 100 años, un 25 de noviembre, Albert Einstein exponía ante la Academia Prusiana de Ciencias su teoría general de la relatividad. En junio de 1905 había dado a conocer la teoría especial de la relatividad que contempla dos postulados básicos: las leyes de la física son válidas en cualquier marco de referencia y, la luz se mueve siempre en el vacío a la misma velocidad (300.000 Km/seg) sin importar el estado de movimiento del cuerpo emisor. Con la teoría general Einstein explicaba el fenómeno de la gravedad de manera diferente a como lo había hecho Newton. Poco tiempo después la publicaba en las prestigiosas páginas de Annalen der Physik, revista que se edita desde 1799.

En 1922 Einstein rememoraba la forma como llegó a forjar en su mente fuera de serie, tan maravillosa estructura científica: “Mi primer pensamiento acerca de la teoría general de la relatividad fue concebido dos años después, en 1907. La idea se me ocurrió de repente […] me di cuenta de que todas las leyes naturales excepto la ley de la gravedad se podían discutir dentro del marco de la teoría especial de la relatividad. Quería encontrar la razón de esto, pero no me resultó fácil conseguir este objetivo […] El avance fundamental vino de repente un día. Estaba sentado en una silla en mi oficina de patentes en Berna. De repente, me fulminó un pensamiento: si un hombre cae libremente, no sentiría su peso. Me quedé sobrecogido. Este sencillo experimento mental me causó gran impresión. Esto me condujo a la teoría de la gravedad”. Para llegar a esta cumbre de la ciencia Einstein se encaramó sobre los hombros de gigantes que lo antecedieron: Galileo Galilei, Isaac Newton, James Maxwell, Hermann Minkowsky, Carl Friedrich Gauss, Bernhard Riemann, George FitzGerald, Hendrik Lorentz entre otros. Algunos de ellos vislumbraron rasgos de la teoría de la relatividad, pero fue el nacido en Ulm en 1879 quien alcanzó a ver más lejos, el que materializó las novísimas ideas. La consolidación de esta nueva forma de pensar el mundo no fue un acto de generación espontánea, fue el resultado natural del proceso de evolución de los fundamentos físicos que antes trazaron Newton y Maxwell.

Con la teoría general de la relatividad el espacio y el tiempo, sin quedar despojados de su realidad, adquirían el carácter dinámico del que carecían en la mecánica de Newton, dejaban de ser el telón de fondo absoluto e inerte de la infinita variedad de fenómenos que suceden en el cosmos. La nueva forma de concebir al espacio y al tiempo como una unidad, no significa que quedaran invalidadas las leyes del movimiento descubiertas siglos atrás por sir Isaac Newton; no había una contradicción irreconciliable entre las dos teorías para explicar la gravitación, las diferencias fundamentales estaban en los principios: “La nueva teoría de la gravitación, en lo que se refiere a principios, se diferencia considerablemente de la de Newton. Pero sus resultados prácticos concuerdan tan de cerca con los de la teoría de Newton, que es difícil hallar criterios de diferenciación accesibles a la experiencia”, puntualizaba Einstein. Espacio y tiempo quedaban afectados por la presencia de la materia y la gravedad se convertía en una propiedad intrínseca de la curvatura del continuo espacio-temporal. El físico John Wheeler lo resumió de manera magnífica: “La materia le dice al espacio cómo curvarse y el espacio a la materia cómo moverse”. Por ejemplo, en la teoría newtoniana, en ausencia de la atracción gravitatoria de la Tierra la Luna se movería en línea recta. No lo hace porque el globo terráqueo ejerce una fuerza de atracción (una acción a distancia) sobre la pálida Selene que la obliga a girar alrededor del planeta; según Einstein, la masa de la Tierra hace que espacio y tiempo se deformen, se curven, y la Luna se moverá alrededor de la Tierra siguiendo la curvatura espacial trazando, no una línea recta, sino una de naturaleza geodésica.

Un primer triunfo de la nueva teoría einsteiniana se obtuvo cuando explicó mucho mejor que la mecánica newtoniana, un movimiento particular del planeta Mercurio alrededor del Sol: desde 1859 se sabía que el primer planeta del sistema solar no se mueve exactamente como lo predice la mecánica clásica. Einstein encontró la explicación cuantitativa correcta y su resultado estaba en un acuerdo casi perfecto con el observado. Pero se necesitaba más. Una predicción de la nueva teoría planteaba que un rayo de luz tiene que doblarse cuando pasa cerca de un cuerpo de gran masa. Había que buscar la prueba experimental y el libro de la naturaleza brindó la oportunidad con el eclipse total de sol del 29 de marzo de 1919. La venerable Royal Society organizó dos expediciones que intentarían demostrar si era cierto que la gravedad afecta la trayectoria de un rayo de luz que pasa cerca del Sol; una de las misiones fue al Brasil y la otra a la isla del Príncipe en el golfo de Guinea. El día señalado la Luna se interpuso frente al disco solar, el cielo se oscureció, brillaron en el firmamento algunas estrellas, los equipos tomaron las fotografías correspondientes y Arthur Eddington, el científico más importante en ese entonces del imperio británico, concluyó sin lugar a ninguna duda que las desviaciones de los rayos de luz predichas por la teoría no eran construcciones mentales, sino hechos absolutamente reales. De aquí en adelante todo reto experimental al que ha sido sometida la relatividad general lo ha superado con creces, demostrándose que la teoría es verdadera, que explica y refleja adecuadamente lo que sucede en el mundo físico. Una aplicación técnica tan común hoy en día como son los GPS, respalda la validez de la teoría.

¿Qué falta? Que aparezca otra mente tan brillante, o más, que la de Einstein que sea capaz de desarrollar una teoría que conjunte la mecánica cuántica y la relatividad, es decir, una teoría cuántica de la gravedad que enlace para siempre las majestuosidades del átomo y de la galaxia.

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