Cien años de E=mc2

(Diario Información, 3 de junio de 2005)

Probablemente haya pocas teorías científicas tan célebres y a la vez tan desconocidas como la teoría de la relatividad de Einstein. Desde que en junio de 1905 se publicó el artículo ``Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento'' han aparecido miles de artículos y libros que intentan explicar (incluso algunos negar) las consecuencias teóricas y prácticas de la idea original de Einstein. Esto es algo sorprendente si pensamos que otras teorías de la física moderna, más elaboradas quizá y con repercusiones prácticas enormes, como la teoría cuántica (a la que debemos, por ejemplo, la existencia de los ordenadores o de internet) no han recibido tanta atención.

Aún así, pocas personas son capaces de explicar por qué es tan relevante el artículo del que ahora se cumplen cien años. A veces se comete el error de pensar que la teoría de la relatividad sostiene que ``todo es relativo'' cuando es más bien al contrario. ¿Por qué se llama, entonces, teoría de la relatividad? Sencillamente porque se refiere a los objetos en movimiento relativo (esto es, que se mueven unos respecto a otros) a los que clasifica en dos grandes grupos: objetos en movimiento uniforme y objetos acelerados.

En su trabajo, Einstein reflexionó sobre algunas asimetrías que hacían que las fórmulas de la teoría electromagnética (la que explica el funcionamiento de los partículas cargadas, los imanes, la electricidad, las ondas de radio, etc.) no fuesen idénticas para personas distintas si una se movía respecto a la otra y tuvo la audacia de reinterpretar el significado de estas fórmulas, en particular del concepto de simultaneidad.

¿Por qué le preocupaba a Einstein la asimetría de las ecuaciones del electromagnetismo? Porque creía que la explicación del mundo debe ser lo más sencilla posible y, como se suele decir en el mundo de la ciencia, las ecuaciones deben ser simétricas. La preferencia por la simetría no es un prejuicio exclusivo de los físicos. Los seres humanos pensamos que sólo los cambios requieren explicación: no nos llama la atención lo que permanece sino lo que cambia. Podemos, por ejemplo, pasar todos los días por delante de un edificio y ser incapaces de describirlo; sin embargo, a casi nadie le pasa desapercibido el día en que un solar ocupa el lugar donde estaba antes de ser derribado. No hay que buscar explicaciones muy complejas a este comportamiento: probablemente se trate de una ventaja evolutiva, ya que las amenazas para la supervivencia suelen estar asociadas a cambios en el paisaje.

Por ello, a Aristóteles no le preocupaba que los objetos estuvieran quietos, pues consideraba que la inmovilidad era su estado natural. En cambio, se sintió obligado a explicar por qué los cuerpos se mueven: así, la flecha debía ser empujada por el aire para proseguir su avance. Aunque en el siglo XVII Galileo ya postuló que el estado de movimiento uniforme es tan natural cómo el de inmovilidad y que no hay diferencia entre los objetos estáticos y los objetos en movimiento sino entre objetos en movimiento uniforme y objetos acelerados, la idea de Aristóteles ha seguido viva hasta nuestros días: hace apenas un siglo hubo quien afirmó que los viajes en coche no eran aconsejables porque el cuerpo humano no estaba preparado para moverse a tanta velocidad.

Sin embargo, si uno es aficionado a hacer malabarismos sabe que puede evitar la caída de los bolos exactamente igual en su casa que en un ascensor en movimiento (siempre que éste sea espacioso y se mueva sin acelerones). O que aunque la Tierra viaja a treinta kilómetros por segundo, esto no nos afecta. Esta idea de que no importa que nos movamos mientras no haya aceleración, es el principio de relatividad, conocido ya por Galileo.

La gran novedad de Einstein fue incorporar una segunda idea a este principio de relatividad: la luz viaja a una velocidad (en el vacío) que es la misma para todos los objetos en movimiento no acelerado. Gracias a esta idea, las ecuaciones del electromagnetismo se vuelven simétricas o, dicho de otra forma, son idénticas para todos los objetos no acelerados, aunque se muevan unos respecto a otros.

De esta idea se deducen algunas consecuencias muy llamativas que, en parte, explican la popularidad de la relatividad einsteiniana. La primera es que el tiempo debe transcurrir más lento para los objetos acelerados que para los no acelerados. Esto parece contradecir nuestra experiencia cotidiana en la que no observamos variaciones significativas. Lo que ocurre es que este efecto sólo es apreciable a velocidades comparables a la de luz. Incluso los 900 kilómetros por hora de un avión son sólo una millonésima parte de la velocidad de la luz por lo que la diferencia tras un viaje en avión será tan pequeña que no podría ser detectada con los relojes actuales.

La segunda es que podemos hablar del espacio-tiempo como una unidad. Estamos acostumbrados a que a preguntas del tipo ``¿A qué distancia está la estación?'' se nos responda ``A unos tres minutos''. Lo extraño de esta respuesta es que el minuto no es una unidad de distancia, sino de tiempo. Sin embargo, disponemos de una velocidad de referencia (en este caso el paso de un caminante) que nos permite intercambiar espacio y tiempo. Pues bien, la velocidad de la luz en el vacío es nuestro ``caminante universal'' que permite identificar ambos conceptos y referirnos al tiempo como la cuarta dimensión: arriba-abajo, derecha-izquierda, adelante-atrás y pasado-futuro no son más direcciones que nos ayudan a localizar un acontecimiento.

Otra consecuencia trascendental es que, de la misma forma que el tiempo puede interpretarse como una dimensión más, la masa de los objetos (la propiedad que determina su peso) puede considerarse una medida de su energía intrínseca. Este es el significado de una fórmula que es, sin duda, la más célebre de la física,

. Esta ecuación establece que un objeto pesará más si está caliente que si esta frío, aunque esta diferencia es tan pequeña que es inapreciable para una balanza normal. Y a la inversa, una minúscula variación de masa de un objeto producirá una enorme cantidad de energía. Esto explica la enorme energía que producen el sol y, en menor escala, los reactores nucleares.

Por tanto, algunas consecuencias de la teoría de la relatividad afectan a la manera en que entendemos el mundo y otras han tenido efectos enormes sobre el mundo en que vivimos. Una forma de acercarse al nuevo universo de implicaciones que abrió la teoría de Einstein es leer sus reflexiones originales. La Biblioteca Virtual Miguel de Cervantes ha editado una página con referencias que pueden consultarse gratuitamente en la dirección http://www.cervantesvirtual.com/relatividad. Allí se incluye información sobre la teoría de la relatividad especial, el año mundial de la física y una versión en castellano del artículo ``Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento''.