El año milagroso
de Einstein
29 Septiembre 2023
El 26 de septiembre de 1905, el mundo de la física experimentó una revolución. Ese día, Albert Einstein publicó su cuarto artículo de una serie de cuatro trabajos que enviaría a lo largo de ese año al periódico científico Annalen der Physik. Cuatro trabajos en cuatro meses, de marzo a junio.
Esos cuatro artículos, especialmente el último, revolucionaron la ciencia. El primero explicaba cómo medir el tamaño de las moléculas en un líquido, el segundo proponía cómo determinar su movimiento, y el tercero describía cómo la luz viene en paquetes llamados fotones, la base de la física cuántica y la idea que le valió el Premio Nobel.
En el luminoso cuarto artículo, Einstein desveló la teoría de la relatividad especial, que hizo que los físicos se detuvieran y reconsideraran las fundamentales nociones de espacio y tiempo, arraigadas desde los inicios de la humanidad. Unos meses más tarde, casi como una ocurrencia tardía, Einstein señaló en un quinto artículo que la materia y la energía pueden ser intercambiables a nivel atómico, en concreto, E=mc2, la base científica de la energía nuclear y la ecuación matemática más famosa de la historia.
Veamos cómo fue todo.
Desafío a lo absoluto
Durante siglos, se creyó que el tiempo y el espacio eran absolutos. Es decir, si dos personas sincronizaban sus relojes y se separaban, se asumía que esos relojes marcarían el tiempo al mismo ritmo, sin importar lo que hicieran las personas con ellos. Sin embargo, con el advenimiento de la electromagnética en el siglo XIX, surgieron algunos problemas. Las ecuaciones de Maxwell, que describen cómo funcionan la electricidad y el magnetismo, no parecían coincidir con esta idea de tiempo y espacio absolutos.
Un experimento conocido como el experimento de Michelson-Morley intentó medir la velocidad relativa a la que se mueve la Tierra con respecto al éter, un medio hipotético a través del cual se creía que viajaba la luz. Sin embargo, los resultados mostraron que la velocidad de la luz siempre era constante, sin importar cómo se moviera el observador. Esto era completamente contraintuitivo.
Aquí entra Einstein.
El Universo según Einstein
Albert Einstein propuso que, en lugar de ajustar las ecuaciones de Maxwell para adaptarse a la noción de tiempo y espacio absoluto, deberíamos cambiar nuestra comprensión del tiempo y el espacio. Su postulado fue revolucionario: la velocidad de la luz es siempre constante para todos los observadores, sin importar su movimiento.
Esto lleva a conclusiones sorprendentes. Si te mueves a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se desacelera en relación a alguien que está en reposo. Es el famoso “dilatación del tiempo”. También, la longitud de los objetos parece contraerse en la dirección del movimiento. Esto se conoce como “contracción espacial”.
Pero Einstein no se detuvo ahí. Poco después de terminar su trabajo sobre la relatividad especial, se dio cuenta de que sus ecuaciones se aplicaban a algo más que el espacio y el tiempo. Desde el punto de vista de un observador inmóvil en relación con un objeto que se mueve muy deprisa (aproximándose a la velocidad de la luz), el objeto parece ganar masa. Y cuanto mayor fuera su velocidad (cuanta más energía se hubiera gastado para ponerlo en movimiento), mayor sería su masa aparente.
Con estas simples reflexiones, introdujo una de las ecuaciones más famosas del mundo: E=mc2, que nos dice que la energía (E) de un objeto es igual a su masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. Esta ecuación es la base de la energía nuclear. El poder de las bombas atómicas y la energía producida en los reactores nucleares se derivan directamente de esta relación.
Un oficinista reconfigurando el cosmos
El año estuvo lleno de acontecimientos emocionantes para un joven empleado de oficina de 26 años que, solo unas semanas antes, había defendido su tesis doctoral en la Universidad de Zúrich. Aunque Einstein continuaría en su puesto en la oficina de patentes hasta 1909, su trayectoria ya había tomado un giro irreversible. Solo un año después de concluir su trabajo sobre la relatividad, destacados científicos alemanes ya debatían sobre sus propuestas. En 1908, el físico Johann Jakob Laub viajó desde Würzburg hasta Berna con el propósito de aprender de Einstein. Le sorprendió descubrir que el renombrado científico todavía estuviera ocupado en una oficina de patentes, comentando que parecía una “ironía del destino”. Sin embargo, a Einstein no parecía importarle. Como mencionó a un amigo, su salario “considerable” cubría las necesidades de su esposa y su hijo Hans Albert, de 4 años, y su rutina diaria aún le permitía “ocho horas de ocio al día, además de los domingos”.
Tenía tiempo para todo. Porque el tiempo es relativo.
La serie de artículos de 1905 de Einstein, incluida su presentación de la relatividad especial, cambió para siempre el campo de la física. No sólo ofreció soluciones a problemas previamente desconcertantes, sino que abrió la puerta a una nueva forma de entender el universo. La relatividad especial no es solo una teoría abstracta. Tiene aplicaciones prácticas. Los satélites GPS, por ejemplo, deben tener en cuenta la dilatación del tiempo debido a sus altas velocidades en órbita. De lo contrario, las coordenadas que nos dan estarían fuera de lugar.
Se dice que, en muchos sentidos, el “año milagroso” de Einstein inauguró la era moderna con su sacudida a las verdades establecidas. En general, fue una época de gran agitación cultural y social. También en 1905, Sigmund Freud publicó su ensayo “Jokes and their Relation to the Unconscious” y un relato de uno de sus primeros psicoanálisis. Pablo Picasso pasa del periodo azul al periodo rosa, James Joyce termina su primer libro, Dubliners. Sin embargo, nadie se replanteó los supuestos universales con más profundidad que Einstein.
A más de un siglo de su publicación, la teoría de la relatividad especial sigue siendo una de las piedras angulares de la física moderna. Es un testimonio del genio de Einstein y de su capacidad para ver más allá de las convenciones y comprender las verdaderas leyes que rigen nuestro universo. Al celebrar el aniversario de su publicación, recordamos no solo a Einstein, sino también a la capacidad humana de innovar, cuestionar y descubrir.
“Su nombre es sinónimo de ciencia”, afirmó en una ocasión Brian Schwartz, físico del Graduate Center de la City University de Nueva York. “Si les pides a los niños que te muestren cómo es un científico, lo primero que dibujarán será un salvaje pelo blanco”, añadió. La peculiar personalidad de Einstein, su tendencia a desafiar lo establecido, su vasta creatividad y sus célebres declaraciones han solidificado su leyenda. Así, Einstein continúa adornando portadas de revistas y periódicos, ilustraciones, postales, tazas, gorras, camisetas, imanes y, según las cifras de Google, millones de sitios web.
Einstein reinventó la física. En otras palabras, reinventó la forma en que los seres humanos concebimos nuestro lugar en el universo.
