Albert Einstein: el cerebro que transformó la física (página 2)

La primera ley de Newton,
conocida como Ley de Inercia, afirma que todo objeto
persiste en un estado de
reposo, o de movimiento en
línea recta con rapidez constante, a menos que se apliquen
fuerzas que lo obliguen a cambiar dicho estado. Hablando
grosso modo, las cosas tienden a seguir haciendo lo que ya
están haciendo.

Lo que sucede a un cuerpo cuando sobre él actúa
una fuerza
está recogido en la segunda ley de Newton o Ley de
fuerza y aceleración. Afirma que la aceleración
que adquiere un objeto por efecto de una fuerza es directamente
proporcional a la magnitud de la fuerza resultante, tiene la
misma dirección que la fuerza resultante y es
inversamente proporcional a la masa del objeto. Esto es, un
cuerpo se acelerará, o cambiará se velocidad, a
un ritmo proporcional a la fuerza, la aceleración se
duplicará cuando la fuerza sea doble y a su vez
disminuirá cuando aumente la masa del cuerpo.

La tercera ley llamada de acción y
reacción, sostiene que a toda acción
corresponde una reacción igual y de sentido contrario.
Cuando caminamos, el pie empuja hacia abajo y el suelo hace lo
mismo con el pie en sentido contrario.

A partir de estas tres leyes se puede
determinar el movimiento de un cuerpo cuando sobre él
actúa una cierta fuerza. Pero hay más.

Newton descubrió una ley que describía la fuerza
de gravedad, ley que nos dice que todo cuerpo atrae a los
demás con una fuerza proporcional a la masa de cada uno de
ellos. O sea, la fuerza entre dos cuerpos se duplicará si
uno de ellos (digamos, el cuerpo 1) dobla su masa. Esto es lo que
razonablemente se esperaría, pues uno puede suponer al
nuevo cuerpo 1 formado por dos cuerpos, cada uno de ellos con la
masa original. Cada uno de estos cuerpos atraerá al cuerpo
2 con la fuerza original. Por lo tanto, la fuerza total entre 1 y
2 será exactamente el doble que la fuerza original. Se
puede ver así por qué los cuerpos caen con la misma
rapidez: un cuerpo que tenga doble peso, sufrirá una
fuerza de gravedad doble, pero así mismo tendrá una
doble masa. Según la segunda ley de Newton, estos dos
efectos se cancelarán y la aceleración será
la misma para ambos casos. (Hawking, S. Obra citada., pág.
35).

Newton no descubrió la gravedad, lo que
descubrió fue la universalidad de ésta. Podemos
describirla de manera más sencilla de esta manera: todo
objeto atrae a todos los demás objetos con una fuerza que,
para dos objetos cuales quiera, es directamente proporcional a la
masa de cada uno de ellos. Entre mayor sean sus masas, mayor
será la fuerza de atracción entre ellos. Newton
dedujo además que, la fuerza se reduce a medida que
aumenta el cuadrado de la distancia entre los objetos.

Demos ahora un vistazo rápido a las ideas de espacio y
tiempo
"absoluto" sostenidas por él, ideas que trataremos con
más detenimiento en el siguiente apartado.

Newton, como Aristóteles, creía que el tiempo era
absoluto, tal vez porque esta idea concordaba más con la
de un Dios con las mismas características. Pensaba que
existía la posibilidad de medir el intervalo de tiempo
entre dos secesos sin ambigüedad, intervalo que sería
igual para todos los que lo midieran, mientras contaran con un
buen reloj. Espacio y tiempo se encontraban totalmente separados,
eran "absolutos".

El espacio, según él, consistía en una
colección de puntos, cada uno desprovisto de estructura y
siendo uno de los constituyentes últimos del mundo
físico. Cada punto era eterno e inmutable; así, el
cambio
consistía en "ocupar" a veces un trozo de materia y a
veces otro.[2]

Afirma el físico norteamericano Paul Hewitt que, Newton
y otros investigadores pensaban que el espacio era una
extensión infinita en la cual existían todas las
cosas. Estamos en el espacio y nos movemos por él. Nunca
quedó claro si el universo
existía en el espacio o si el espacio existía
dentro del universo.
¿Hay espacio fuera del universo? ¿O sólo
existe dentro de éste? Estos interrogantes son extensibles
al tiempo: ¿Existe el universo en el tiempo, o bien el
tiempo sólo existe dentro de éste?
¿Existía el tiempo antes de que existiera el
universo? Si el universo deja de existir ¿Qué
será del tiempo? La respuesta dada por Hewitt es: El
universo no existe en una región determinada del espacio
infinito, y tampoco durante cierta época del tiempo.
Ambos, espacio y tiempo, existen dentro del
universo.[3]

Después de éste breve resumen referente a los
aportes realizados por Newton al edificio de la física
clásica, veremos cómo la estructura de éste,
en apariencia tan sólido, comienza a tambalearse a
principios del
siglo pasado gracias, en parte, a la nueva concepción del
universo presentada por Albert
Einstein.

2. LA NUEVA
FÍSICA: LA REVOLUCIÓN EINSTENIANA

Cuando hablamos de la Nueva Física, necesariamente nos
vienen a la cabeza nombres como Lorentz, Langevin, Richardson,
Compton, Dirac, Schrödinger, Heisenberg, Mme. Curie y muy
significativamente Max Planck, pionero de la teoría
cuántica y Albert Einstein, padre de la Teoría de
la Relatividad.

A principios del siglo XX, los problemas
tratados por los
dos últimos hicieron presentir que en la física
iban a soplar vientos revolucionarios. No había duda que
la física desde entonces no sería la misma.

Pocos avances en el pensamiento y
la investigación científica han
producido un cambio tan turbulento como el originado por la
teoría de la relatividad de Einstein. Pocas teorías
han sido objeto de tantos debates y discusiones como la que
ésta ha originado por más de cien años,
dando origen a polémicas y escritos populares, muchas
veces de carácter fantástico.

El filósofo argentino Mario Bunge
califica a Einstein como el "célebre desconocido" pues la
popularidad de su nombre es directamente proporcional al
desconocimiento de sus teorías. Del mismo modo, el
físico Von Laue afirmó en 1921 que la teoría
de la relatividad era tan admirada como maldecida, pero que entre
los dos bandos había algo en común: una
magnífica ignorancia del tema que discuten.

Aclaro entonces -sugestionado tal vez por las palabras de
Bunge y Von Laue- que no soy físico y mucho menos experto
en la teoría de la relatividad; soy un filósofo
interesado en cuestiones de tipo científico. Luego de
estas disculpas anticipadas, entremos en materia.

Dejemos que sea el mismo Einstein quien nos diga las primeras
palabras sobre su constructo teórico que conocemos como
teoría de la relatividad: Esta teoría no tiene un
origen especulativo, sino que debe por completo su origen al
deseo de hacer que la teoría física concuerde lo
mayor posible con los hechos observados. El abandono de ciertos
conceptos de espacio, tiempo y movimiento, que habían sido
considerados como fundamentales no se ha hecho de manera
arbitraria, sino que ha sido condicionado por hechos
observados… Uno de los rasgos esenciales de la
teoría de la relatividad -afirma Einstein- es el esfuerzo
que en ella se hace para descubrir las relaciones entre los
conceptos generales y los hechos empíricos de una manera
más precisa.[4]

Vemos entonces, lo significativo que era para Einstein el
hecho de que sus teorías fueran analizadas a la luz de los
sucesos observados. Para beneplácito suyo, no pasaron
muchos años después de formulada su teoría
para que la misma fuera puesta a prueba.

El 6 de noviembre de 1919, el elegante salón de
conferencias y sede de la antigua Real Sociedad de
Londres se hallaba lleno de asistentes. Se encontraban los
más destacados físicos y astrónomos de
Europa.
Escuchaban atentamente a sus colegas, el doctor Crommelin y al
profesor
Arthur Eddington quienes describían los resultados de sus
recientes investigaciones,
llevadas a cabo los últimos estudios de los hechos
observados en la costa brasilera y África
Occidental.

Crommelin y Eddington habían fotografiado ciertas
estrellas, normalmente visibles por la noche pero que
también eran visibles a la luz del día durante un
eclipse solar. Los detalles fotográficos parecían
claros, pero, según explicaron los dos ponentes, al
examinar las fotografías notaron que las estrellas no
estaban donde deberían estar, sino que al parecer se
habían colocado a un lado. Naturalmente esto no era
posible, pero la evidencia demostraba que había ocurrido.
¿Qué había sucedido?

Albert Einstein no se sorprendió de éstos
resultados. él había hecho predicciones de lo que
encontrarían antes de que fueran tomadas las
fotografías. Dijo que los rayos de luz provenientes de las
estrellas lejanas se inclinaban al pasar por el sol, hecho que
hacía pensar a los observadores que las estrellas se
habían movido. Einstein incluso había calculado en
qué medida se inclinaría la luz y, por tanto, hasta
dónde parecía que las estrellas habían
alterado su posición.

Afirmó que los rayos de luz provenientes de las
estrellas se inclinaban al pasar cerca del sol y eso fue lo que
efectivamente se observó. Fue un hecho sorprendente, pues
los científicos creían que los rayos de luz siempre
se movían en líneas rectas a través del
espacio, directamente desde la fuente hasta los ojos del
observador. En cambio, los rayos de luz pasan a través del
espacio (y el tiempo) y siguen la ruta más corta posible
entre dos puntos. ¿Por qué los rayos de luz
viajaban con una trayectoria curva? ¿Por qué se
inclinaban?

Si la luz, que debería viajar por las rutas más
cortas, seguía una trayectoria curva, era por que el
espacio mismo debía ser curvo. Esto fue algo
revolucionario. Es difícil de imaginar cómo algo
tan basto e informe como el
espacio podría ser corvo. Ello descalificaba las leyes
básicas de la física.

Anteriormente los científicos creían que el
espacio era plano. Creían que cada objeto ejercía
una fuerza conocida como gravedad, sobretodos los demás
objetos. Así, se pensaba que la gravedad del sol
"atraía" la tierra, que
era más pequeña, hacia él. Como resultado de
la fuerza de gravitación, la tierra se
veía "obligada" a orbitar el sol en línea
curva.

Pero según Einstein, ésta no era una
explicación satisfactoria de lo que ocurría. La
gravedad no causaba que la tierra se moviera a través del
espacio; en realidad, ésta giraba alrededor del sol de la
misma manera como los rayos curvos de luz, seguían una
trayectoria tan recta como fuera posible a través del
espacio curvo.

Con ello, se modificaron las creencias establecidas sobre la
gravedad y muchas otras leyes que se habían considerado
exactas. Einstein ya había notado inconsistencias en la
teoría newtoniana; en La relatividad y el problema del
espacio[5]
afirmó: una de las características de la
física newtoniana es su necesidad de adjudicar una
existencia independiente y real al espacio y al tiempo así
como a la materia, pues en sus leyes del movimiento aparece el
concepto de
aceleración. Según Einstein, en la teoría de
Newton, la palabra aceleración sólo puede denotar
"aceleración con respecto al espacio. Por consiguiente el
espacio newtoniano debe concebirse "en reposo" o, al menos, "no
acelerado", con el fin de que sea posible que la
aceleración que aparece en las leyes del movimiento es una
magnitud con algún significado.

Lo mismo ocurre con el tiempo que también está
relacionado con el concepto de aceleración. Newton mismo y
algunos de sus contemporáneos consideraban algo embarazoso
tener que atribuir una realidad física tanto al espacio
como a su estado dinámico, pero por entonces no
existía otra alternativa, si lo que se pretendía
era otorgar una significación clara a la mecánica.

Ernst Mach, señaló como insatisfactoria la
teoría newtoniana, pues si se considera el movimiento
desde un punto de vista puramente descriptivo y desde un punto de
vista causal, sólo existe un movimiento relativo de las
cosas, las unas con respecto a las otras. Pero la relación
que aparece en las ecuaciones del
movimiento de Newton es incomprensible si se parte del concepto
de movimiento relativo.[6]

Así, las ideas de Newton ya habían sido
duramente criticadas en el siglo XIX por el filósofo y
físico vienés Mach. Einstein sintió
poderosamente su influencia siendo su crítica
más aguda, pero cuando presentó sus resultados Mach
era muy viejo y no alcanzó a comprender la importancia del
trabajo de
aquél.

Como se sabe, Einstein sustituyó el espacio y el tiempo
por el espacio-tiempo. Esto se trata de un cambio importante para
nuestros intentos de conocer la estructura del mundo; veamos.

Cuando nos quedamos estáticos, sólo nos movemos
en el tiempo. Si nos movemos un poco, una parte de nuestro
desplazamiento se lleva a cabo en el espacio, pero la mayor parte
sigue ocurriendo en el tiempo. Si logramos viajar en el espacio a
la velocidad de la luz ¿qué ocurriría?

En este caso la respuesta es sorprendente. Todo nuestro
desplazamiento se llevaría a cabo en el espacio; no
avanzaríamos en el tiempo. Al movernos en el espacio
alteramos en cierta medida la rapidez con la que se avanza hacia
el futuro. Es lo que se conoce como la dilatación del
tiempo, un alargamiento de éste que con la idea de
rapidez que manejamos cotidianamente puede ser ínfimo,
pero que cuando la rapidez se aproxima a la de la luz tal
alargamiento se vuelve realmente significativo.

Esta idea está recogida en lo que se conoce como la
paradoja de los
gemelos[7]. La tesis
principal de ésta es que, cuanto más rápido
nos movemos, más lento transcurre el tiempo. Podemos
plantearla más o menos de esta manera: imaginemos a dos
gemelos que se encuentran en una estación X. Uno de ellos
aborda un vehículo que tiene la capacidad de alcanzar la
velocidad de la luz mientras el otro aguarda en la
estación. Cuando después de "un tiempo", el gemelo
que está en el vehículo regresa a la
estación, estará en la flor de la vida, con su
dentadura completa y cabello negro, mientras que el que se
quedó estará en la ancianidad con un pie en la
tumba. Los dos mellizos idénticos tendrán un
aspecto muy diferente de acuerdo a la teoría de la
relatividad.

En el año 1887, dos físicos norteamericanos,
Michelson y Morley realizaron un experimento para detectar
diferencias en la rapidez con que viaja la luz en direcciones
distintas. Creyeron que el movimiento de la tierra en su
órbita alrededor del sol causaría cambios en su
rapidez. Según ellos, debería ser mayor la
velocidad de la luz cuando avanzaba en la dirección del
movimiento de la tierra y menor cuando lo hacía en sentido
opuesto. Por medio de un interferómetro Michelson y
Morley encontraron que la rapidez de la luz era la misma en todas
direcciones.

Einstein sugería que los resultados obtenidos en este
experimento se podrían explicar, dadas las dos siguientes
conclusiones: el éter no existía (se creía
que la tierra se movía a través de él) y la
medida del tiempo dependía de la velocidad de quien la
realizaba, con relación a lo que medía. Lo
único constante era la velocidad de la luz. Todos los
observadores pueden medir la misma velocidad de ésta, sin
importar qué tan rápido se muevan.

Esto parece una imposibilidad lógica.
Es de sentido común que si vamos en un vehículo que
se mueve a 50 k/h y nos pasa uno que va a 100 k/h, su velocidad
relativa de nosotros será de 50 k/h. Pero si su velocidad
es la de la luz, su velocidad relativa respeto a
nosotros será la misma que su velocidad relativa respecto
a cualquier punto fijo en la tierra; de igual manera, sea cual
sea nuestra velocidad, siempre mediremos la suya como si
estuviéramos en reposo.

2. 1. Medición del
tiempo[8]

Pensemos que en un automóvil una persona se mueve
velozmente por una autopista. Al pasar rápidamente por un
punto X produce dos gestos en su rostro. Desde el punto de vista
de la persona que los provocó, podemos decir que ella
produjo cada gesto mientras permanecía exactamente en el
mismo lugar. Al fin y al cabo estuvo sentada pacíficamente
en su silla durante todo el transcurso. Pero ¿qué
decir de alguien que estaba en el punto X mientras la persona que
iba en el vehículo produjo los dos gestos? Este
vería el primer gesto cuando el vehículo estuviera
a su mismo nivel y, luego, un instante más tarde, el otro
gesto cuando el automóvil se hubiese movido unos metros.
Desde su punto de vista, los gestos habrían ocurrido en
dos lugares separados, distantes varios metros.

Entonces, ¿cómo medimos dónde se produjo
el segundo gesto? ¿Hizo la persona que estaba en el
vehículo dos gestos mientras estaba sentada en el mismo
lugar, o hizo cada gesto en puntos diferentes?
¿Quién sabe "verdaderamente" la posición en
el espacio del movimiento gestual de la cara de la persona que
está en el vehículo? ¿Ella misma o la que se
encontraba en el punto X y la vio pasar.

Según Einstein, el problema radica en el proceso de la
visión. Si pudiésemos ver instantáneamente,
no sería ninguna dificultad saber dónde se produjo
el segundo gesto. Pero sólo es posible ver con la ayuda de
los rayos de luz, que viajan extremadamente rápido.
Cualquier teoría que describiese dónde ocurren las
cosas debe incluir observadores. El llamado "espacio absoluto" no
existe.

2.2. Midiendo el
tiempo[9]

Pensemos ahora en un tren largo y lento. El mismo está
ocupado por pocos pasajeros que se encuentran en el centro de
éste. Sobre el tren caen simultáneamente dos
rayos, uno en la parte delantera y el otro en la parte trasera.
Los pasajeros que están en el centro del largo tren
afirman que los dos rayos cayeron al mismo tiempo, pues eso fue
lo que escucharon.

Una persona que se encontraba delante del tren, esperando para
abordarlo afirma, comprensiblemente, que el rayo de la parte
delantera cayó primero que el otro. Así nuevamente
¿cuál de las dos versiones es la correcta? De
acuerdo con lo que escucharon, describieron los mismos rayos como
ocurridos en distintos momentos. Se deduce entonces que la
teoría de Newton sobre el "tiempo absoluto", que sostiene
que podemos medir el tiempo exacto de cualquier acontecimiento,
debe ser inconsistente.

3.
CONCLUSIÓN

La teoría de la relatividad cambió la
comprensión de las personas sobre el universo. Osó
desafiar las creencias establecidas y se erigió como una
teoría que da respuestas a los interrogantes que tanto han
intrigado a las antiguas y nuevas generaciones.

Los descubrimientos de Einstein no son fáciles de
entender. El autor de este escrito se presenta, modestamente,
como un "iniciado". Sin embargo, debemos abandonar para siempre
la idea de concebir a Einstein como el sumo sacerdote del
conocimiento,
como ya lo recomendó su amigo Leopold Infeld; debemos
rechazar el prejuicio
nocivo de quienes afirman que para el hombre
común es imposible la comprensión de sus ideas.
¿Cómo decir que Einstein fue una de las personas
que más influyó en el siglo pasado si sólo
unos pocos "elegidos" pueden entenderlo?

La absorción por parte de la teoría einsteniana
de las ideas de Newton no puede interpretarse como el triunfo del
vencedor sobre el "vencido enemigo". La historia de las ciencias nos
ha enseñado que es más importante que exista una
manera de probar que una hipótesis es errónea que
probar que es correcta. Así como Einstein tuvo que "pedir
perdón" a Newton por su osadía, es muy probable que
alguien más pida perdón a Einstein por derrocar su
teoría. ésa es la dinámica del avance de las ciencias.

Las ideas de Einstein constituyeron una verdadera revolución; ofreció una eficaz
clarificación de conceptos y una inesperada
resolución de dificultades y contradicciones. Ciertamente,
éstas desafiaron los conceptos tradicionales que
gobernaban el pensamiento y el estudio de la física, de
donde viene su carácter revolucionario. Einstein es, entre
los demás científicos, el que comparativamente nos
ha ofrecido una sorprendente nueva visión del mundo

BIBLIOGRAFÍA

·        
EINSTEIN, Albert; El significado de la relatividad,
editorial Planeta-Agostini, Bogotá, 1986.

·        
­­­­­­­­­­________________
Sobre la teoría de la relatividad, ediciones Sarpe,
Madrid,
1983.

·        
HAWKING, Stephen; Historia del tiempo. Del big bang a los
agujeros negros, editorial Crítica, Barcelona,
1988.

·        
HEWITT, Paul; Física conceptual, editorial Pearson,
México,
1999.

·        
HOFFANN, Banesh; Einstein, editorial Salvat, Barcelona,
1985.

·        
INFELD, Leopold; Einstein, editorial Lautaro, Argentina,
1961.

·        
RUSSELL, Bertrand; El conocimiento humano, ediciones
Orbis, Barcelona, 1983.

·        
TAYLOR, John;
La nueva física, ediciones Alianza, Madrid,
1971.

Autor:

Oscar David Caicedo M.

Grupo de Investigación Holosapiens.

BIOGRAFÍA DEL AUTOR:

Oscar David Caicedo Machacón, nació en
Manatí (Atlántico) – Colombia. Es
Filósofo egresado de la Universidad del
Atlántico (Barranquilla). Miembro del Grupo de
Investigación HOLOSAPIENS, Reconocido y Categorizado por
el Instituto Colombiano para el Desarrollo de
la Ciencia y
la Tecnología "Colciencias". Becario como
"Joven Investigador e Innovador 2008" por Colciencias. Autor del
artículo "Karl Popper en
la filosofía liberal del Doctor Carlos Gaviria
Díaz" entre otros.

Barranquilla – Colombia. Noviembre de 2008.

NOTAS

[1] Véase TAYLOR, John;
La nueva física, ediciones Alianza, Madrid, 1971,
pág. 27. Además HAWKING, Stephen; Historia del
tiempo. Del big bang a los agujeros negros, editorial
Crítica, Barcelona, 1988, págs. 34, 35.

[2] RUSSELL, Bertrand; El
conocimiento humano, ediciones Orbis, Barcelona, 1983,
pág. 287.

[3] HEWITT, Paul;
Física conceptual, editorial Pearson,
México, 1999, pág. 213.

[4] Conferencia
pronunciada por Einstein en el King`s College de Londres en 1921;
editada en EINSTEIN, Albert; Sobre la teoría de la
relatividad, ediciones Sarpe, Madrid, 1983, pág.
54.

[5] Editado en Sobre la
relatividad. Op. cit., pág. 171.

[6] Op. cit., pág.
56.

[7] Véase especialmente
INFELD, Leopold; Einstein, editorial Lautaro, Argentina,
1961, pág. 60.

[8] Cfr. La estructura del
espacio según la teoría general de la
relatividad en  EINSTEIN, Albert; El significado de
la relatividad, editorial Planeta-Agostini, Bogotá,
1986, pág. 46.

[9] Cfr. Sobre el concepto de
tiempo en la física en EINSTEIN, A; El significado
de la relatividad. Op. cit., pág. 14.