Especial para Comunidades
No importa tanto que una Teoría Física sea más o menos exacta, lo importante es que sea bella.
Albert Einstein.
En 1905, su annus mirábilis, Albert Einstein, cuando tenía 26 años, escribía una serie de artículos en la revista alemana Anales de la Física que remodelarían la Física. En uno de ellos analizaba el efecto fotoeléctrico. Éste fenómeno físico no podía ser explicado con la única teoría existente en esa época sobre la naturaleza de la luz, que era la ondulatoria. El citado efecto consiste en iluminar con luz –en determinadas condiciones- una placa metálica con lo que se obtiene electricidad.
Einstein saca del cajón del escritorio un trabajo presentado en 1900 por Max Planck –la teoría de los cuantos- y con ella explica el citado proceso físico. Con la dilucidación le regala a la humani-dad su primer legado: la teoría corpuscular de la luz. Ahora la luz también es revelada por la flamante teoría. Los corpúsculos son partículas o fotones que llegan billones por segundo, desde el sol, a la cabeza de un alfiler para que podamos verla. Dieciséis años más tarde le otorgarían el Nobel por este trabajo.
En junio de ese mismo año presenta otro artículo titulado: “SOBRE ELECTRODINÁMICA DE LOS CUERPOS EN MOVIMIENTO”. Había nacido la TEORÍA DE LA RELATIVIDAD RESTRINGIDA O ESPECIAL, nombre que se debe a Max Planck, que así rebautizaba al im-presionante documento de Einstein. A éste le agradaba, en cambio, el nombre de Teoría de los Invariantes.
Para mejor comprender la misma es pertinente ubicarse en el mundo de la física a comienzos del siglo XX. Unos años antes dos físicos americanos -Michelson y Morley- habían comprobado en un experimento revolucionario que la luz viaja a velocidad constante en cualquier dirección. El valor es más que conocido: 300.000 km/s en el vacío.
Hasta entonces todos los físicos seguían la hipótesis sustentada, entre otros, por Maxwell, que la luz para trasladarse necesitaba un medio -igual que el sonido- que suponían era el “éter lu-minífero”. El experimento citado echaba por la borda la idea del éter por lo que la física a-frontaba problemas no explicables.
Un joven de 16 años iba a destrabar la situación. A esa edad el adolescente Einstein se había planteado una inquietud que desembocaría en la Teoría de la Relatividad. La pregunta que se hizo era: “¿qué pasaría si viajo a la velocidad de la luz?”.
Después de diez años resuelve el intríngulis. Para Einstein el éter no existe. Recurre para in-sertar su nueva teoría física al experimento antedicho y al “Principio de la Relatividad”, des-cubierto por Galileo. Un ejemplo de éste aclarará ideas. Al viajar en un avión se dan tres situa-ciones: el despegue, el vuelo en sí, y el aterrizaje. Al despegar la nave la misma se acelera. Una vez que llega a su altura de vuelo, por ejemplo 9000 m, vuela a velocidad constante. Por último al aterrizar debe desacelerarse. En la instancia de despegue y aterrizaje, como su velocidad es variable, el pasajero tiene conciencia de que está volando. Mientras vuela a velocidad constante – y ello ocurre durante el transcurso del viaje- no sabe que lo está haciendo a menos que busque puntos de referencia. (De día las nubes o la visión de la Tierra, de noche las estrellas). Esto le permitirá anoticiarse de que la máquina se mueve. Es decir a “velocidad constante y en línea recta” no se percibe el desplazamiento a menos que se tengan elementos fijos de observación. De la misma manera se explica que se pueda jugar al billar en un barco, si éste no está sometido a sacudidas (aceleraciones y desaceleraciones) o que al arrojar una pelota de tenis en el mismo barco hacia arriba, ella retorna hacia nuestras manos en la medida que la velocidad de la em-barcación no se altere.
Con las dos armas citadas Einstein establece las dos premisas que son el fundamento de la Teoría de la Relatividad Especial.
1- El principio universal de la relatividad. Dicho de una forma sencilla, implica que las leyes de la mecánica sirven también para la óptica y la electrodinámica. Por ello el nombre de universal. Es decir las leyes de todos los fenómenos físicos- no solamente los mecánicos como lo establecía Galileo- se cumplen en todos los casos en que la velocidad no se altera.
2- La independencia de la velocidad de la luz. Establece que ésta en el vacío es independiente de la velocidad del elemento emisor y del observador. (Cuando se prende una linterna en un tren, la luz de la misma viaja a 300.000 km/s con prescindencia de que el tren esté detenido o se desplace.)
La teoría genera consecuencias que escapan al sentido común humano.
Para mejor entenderlas corresponde recurrir a comparar las ideas de Newton de la física clásica con las ideas de Einstein de su física relativista.
1°) Según Newton la velocidad de la luz era relativa. Einstein establece que la velocidad es absoluta. El valor de “c” de 300.000 km/s en el vacío –número finito e inamovible- le da la razón en forma incuestionable.
¡Esta constancia de “c” es la que fija el orden del universo. De lo contrario éste sería un caos!
Tampoco puede haber transmisión instantánea de la misma pues ello implicaría una velocidad infinita, hecho que es imposible. El siguiente ejemplo lo desvirtuará. La velocidad lumínica es la mayor que existe. No obstante ello la onda luminosa –o los fotones einstenianos- demandan un tiempo en moverse de un lugar a otro. Cuando percibimos la luz solar en la puesta del planeta, éste ya desapareció de nuestra vista, está oculto. Lo que vemos es la luz que de él proviene y que partió del mismo hace ocho minutos. Éste es el tiempo que tarda en llegar a la Tierra. (El valor surge de dividir 150 millones de km que es la distancia que nos separa del sol por 300.000 km/s y se obtienen 500 segundos, que equivalen a ocho minutos). Como se aprecia la luz no se transmite en forma instantánea. Otra vez Einstein es el dueño de la verdad.
2°) Newton dice: el tiempo es absoluto. Einstein demuestra que el mismo es relativo. Mediante una simplísima ecuación relativista, en la que aparece la velocidad de la luz, se demuestra que a medida que aumenta la velocidad de un móvil el tiempo comienza a transcurrir en forma más lenta. En el límite, al llegar a la velocidad de la luz, el tiempo se detiene por completo. Algún poeta podría sugerir que la velocidad de la luz al producir la paralización del tiempo genera el mismo efecto que hacer el amor…
El hecho es casi no-observable a velocidades como las que se manejan en la Tierra, pero a ve-locidades cercanas a la de la luz el fenómeno es el mencionado.
La llamada paradoja de los gemelos aclarará el concepto. La citada paradoja consiste en lo si-guiente:
Supóngase que dos gemelos – Pedro y Juan- nacieron en 1900. Mientras Pedro se queda en la Tierra, Juan emprenderá un viaje en un cohete que “viajará al 80 porciento de la velocidad de la luz”, es decir a 240.000 km/s. Después de 30 años, “medidos en el reloj del cohete”, al ver el alma-naque en el mismo Juan observa que está en 1930. En ese mismo instante Pedro ve el almanaque en nuestro planeta y advierte que éste señala el año 1950. Para Pedro han pasado 50 años desde que Juan se fue en el cohete, mientras que para Juan han transcurrido 30. Su propio hermano gemelo, Juan, es “menor que él”.
¿Por qué ocurrió esto? Por lo arriba expresado, que a medida que aumenta la velocidad el tiempo transcurre más lentamente. El tiempo se “ralentiza”al crecer la velocidad. Es decir ¡los relojes en movimiento atrasan!
Esta paradoja ha generado frases populares: “viajando de prisa se vive despacio”.
Como se ve el tiempo varía según las condiciones de medición. Es decir ¡El tiempo es relativo! Einstein tiene razón.
Esta paradoja todavía hoy se está discutiendo. Nada menos que Henri Bergson le impugnó algunos ejemplos de la Relatividad a Einstein, pero el filósofo salió mal parado. Confundió el “tiempo filosófico” con el “tiempo físico”.
Otro ejemplo, éste dado por el mismo Einstein en una de sus frecuentes conferencias, es que la marcha de los relojes en sistemas diferentes afecta al hombre, en cuanto a que el corazón marcha con ritmo periódico. Situado en un sistema en movimiento marcaría menos pulsaciones que las que marcaba en reposo pero para observadores situados en “el sistema en reposo”. En cambio, para el propio observador que estaba en el “sistema en movimiento” su ritmo cardíaco no se habría alterado. Seguiría teniendo las mismas pulsaciones. El corazón humano se comporta como un auténtico reloj einsteniano.
¡Después de fallecer Einstein se hicieron experiencias con relojes atómicos y se comprobó la tesis del sabio!
El ejemplo citado demuestra que al menos en “forma matemática es factible el viaje al futuro viajando a velocidades relativistas”.
Si Juan regresara a la Tierra se encontraría que en el Planeta se ha avanzado veinte años. Si la velocidad aumentara el salto sería mayor y podría llegar a conocer a sus nietos. Cierto es que tendríamos que explicar detalles técnicos que escapan al alcance de este artículo. ¡Y esto no es ciencia ficción sino ciencia!
3°) Newton dice: El espacio es absoluto. Einstein expresa: el espacio es relativo.
De la misma forma que el tiempo se va reduciendo a medida que aumenta la velocidad, mediante una sencilla ecuación se puede demostrar también que las longitudes se reducen cuando el movimiento se hace más rápido.
Si el gemelo Juan, del ejemplo de la Paradoja, llevara una varilla, que medida en reposo fuera de un metro, en su cohete al viajar al 80% de la velocidad de la luz vería a la varilla de 60 cm.
Un segundo ejemplo es: una varilla desplazándose en un tren en movimiento aparece más corta para observadores ubicados en la vía. También una varilla en la vía la ven más corta observado-res ubicados en el tren. Otra vez Einstein es el dueño de la verdad.
4°) Newton establece que la masa es “constante”. Para Einstein es “variable”.
Con una simple ecuación relativista –en la que no falta la velocidad de la luz- la teoría eins-teniana demuestra que a medida que aumenta la velocidad del móvil la masa empieza a crecer. Como en los ejemplos anteriores a velocidades reducidas el crecimiento de la masa es mínimo. Pero a medida que se acerca a los 300.000 km/s el incremento se hace notorio. Al llegar al valor citado la masa se hace infinita. Como se ve la masa es variable. ¡Einstein vuelve a opacar al genio inglés!
De paso debe remarcarse que es imposible llegar a la velocidad de la luz puesto que es necesario tener energía infinita, lo que demanda una fuerza también infinita, hecho que es quimérico. ¡Sólo el fotón –que es luz- puede viajar a la velocidad de la luz! ¡Ningún elemento puede trasladarse a 300.000 km por segundo! En experiencias efectuadas en Aceleradores de Partículas se ha logrado disparar electrones al 99,99999999… porciento de la velocidad de la luz. ¡Nunca se llegó a “c”! La experiencia confirma lo predicho por el genio…
En forma análoga… cuando se navega tampoco se puede llegar al horizonte. ¡Siempre resulta inalcanzable!
5°) La ley de adición de velocidades.
Según Galileo y Newton –volviendo al ejemplo de la linterna en el tren- con éste en movimiento, la luz emitida por la linterna viajaría a la velocidad del tren más la propia velocidad de la luz. Esto no ocurre. ¡La luz siempre viaja a 300.000 km por segundo, con prescindencia del movi-miento del tren, apunte la lámpara hacia adelante o hacia atrás!
Otro ejemplo es el siguiente: Si un tren marcha a 50 km/h y un pasajero camina en el mismo a 5 km/h, en la dirección del tren, de acuerdo a Galileo y Newton el pasajero se desplaza a 55 km/h. (equivalente a los 110 km/h del ejemplo de más arriba).
Pero la velocidad del pasajero “medida desde el andén” es distinta, debido a que las distancias y los tiempos “medidos desde el mismo” son diferentes a las comprobaciones “desde el interior del tren”. Por ello Einstein agrega un término correctivo en el que aparece la velocidad de la luz. A pequeñas velocidades se pueden seguir sumando velocidades, pero a velocidades relativistas sumarlas a la usanza galileana-newtoniana produce groseros errores. Con impecable sencillez Einstein demuestra su nueva Ley de Adición de velocidades. ¡Si algún profesor de Física enseñara a sumar hoy velocidades con el concepto clásico anterior no duraría un minuto en su cargo!
¡La luz, reina y señora del universo, es la única que tiene y goza de un estatuto especial!
6°) Como consecuencia de la teoría Einstein sacude los cimientos de la ciencia… y de la humanidad. La Relatividad genera la ecuación más impresionante que se haya concebido en la física: E= mc2. La energía (E) es equivalente a la masa (m) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. (c). A partir de ella se establece que una pequeña cantidad de materia alma-cena una enorme cantidad de energía. Un hombre de 75 kg tiene una masa cuya energía equi-valente es suficiente para dar luz a una ciudad de 5000 habitantes durante una semana.
La fórmula expresa –entre otros fenómenos- la transformación que sufren las estrellas en el proceso de generación de energía. Nuestra diosa estrella –el sol- lleva encendida unos 5000 millones de años. Menos del uno porciento de su masa fue convertida en energía, gracias a la cual vivimos en la Tierra. Dentro de otros 5000 millones, al agotar su combustible dejará de iluminarnos y enviar energía… con lo que se puede vislumbrar que pasará con la vida en nuestro planeta…
Todas las consecuencias de la Relatividad descriptas no son meras abstracciones de la Física Teórica. De poco servirían si no hubieran sido ratificadas en forma experimental. Se pueden enumerar cada uno de los ensayos que así la han confirmado. Bastaría como ejemplo manifestar que la bomba de Hiroshima es una prueba trágica y dramática, pero real, de la algebraica joya einsteniana. Como contrapartida, por suerte, están las aportaciones que la fórmula ha efectuado al progreso de la humanidad…. Ejemplo de ello son las plantas de energía nuclear.
La centenaria revolución relativista es mucho más, entonces, que una mera transformación en el reino de las ideas.
EPÍLOGO
La famosa ecuación E= mc2 ya forma parte de la cultura popular. Einstein, con dos letras, E y m, y “c” que es un número, estaba regalándole a la humanidad la más maravillosa y revolucionaria interpretación de la equivalencia existente entre materia y energía.
La Teoría de la Relatividad General, de 1915 –a la que me referiré en un futuro trabajo- ha sido conceptuada como “una de las más grandes proezas, tal vez la mayor de todas, en la historia del pensamiento humano”. Así la calificó el premio Nobel de física Sir Joseph Thomson.
También ella puede ser resumida por la siguiente ecuación:
GUV = 8π.TUV
GUV describe la geometría del espacio-tiempo. TUV representa la distribución de materia y e-nergía. En cuanto a π es nuestro viejo conocido de la escuela primaria.
Otra vez, con dos variables ( por cierto que ambas muy complejas ) y una constante, Einstein sin-tetiza nada más ni nada menos que una de las dos hazañas científicas más importantes de la física del siglo XX., hija absoluta de él. Para generarla el sabio no tuvo computadoras, ni laboratorio, ni aceleradores de partículas, ni colaboradores. ¡La concibió con su cerebro único y privilegiado! La otra proeza es la Teoría Cuántica, hija también de él, compartida ésta con otros genios.
La humanidad supo generar grandes talentos, en todas las disciplinas, que forman parte del empíreo de ella misma.
En el Parnaso de la Física y por mencionarlos en forma cronológica allí están… Aristóteles, Copérnico, Képler, Galileo, Newton, Maxwell, Planck, Bohr, Heisenberg y Hawking.
En ese cúmulo de hombres que han enaltecido la ciencia, proyectándolos hacia la cúspide de la civilización, aparece en la cumbre de las cumbres Albert Einstein.
samisverdlik@aol.com
|
|
|
|
|
|
|
|
