100 años de relatividad

Albert Einstein mostró una curiosidad incurable desde pequeño. De niño disfrutaba con juegos que requerían gran concentración.  El preferido era una brújula que le regaló su padre. Observando el comportamiento de la aguja reflexionó sobre las fuerzas invisibles que gobiernan el mundo.  No fue un mal estudiante pero sí bastante indisciplinado. Gastaba su energía solo en aquello que le parecía interesante.

Durante los estudios superiores en la Escuela Politécnica de Zúrich, cuando ya imaginaba como sería alcanzar un rayo de luz, conoció a dos personas importantes en su futuro. A Mileva Maric, la única chica de su clase con la que mantenía profundas conversaciones sobre ciencia. Einstein se casó con ella y tuvo dos hijos pero este matrimonio acabaría enturbiando su vida personal.  En Zúrich también coincidió con Marcel Grossmann.  Además de un excelente colaborador científico, Grossman le consiguió a Einstein su primer empleo en la oficina de patentes de Berna, donde todo empezó.  Ese puesto le permitió pulir aspectos relacionados con la física teórica. «El secreto de Einstein fue que trabajaba solo. No estaba  en un ambiente académico sino en una oficina y pudo desarrollar sus pensamientos sin la influencia de otros científicos.  Para descubrir algo como el bosón de Higgs se necesitan muchas personas pero para proponer su existencia hay que pensar libre e individualmente», dice John Ellis, físico del CERN.

El estallido creativo llegó en Berna en 1905, el Annus Mirabilis (año milagroso). Einstein escribió cuatro revolucionarios artículos; sobre el efecto fotoeléctrico, por el cual ganaría el Nobel en 1921, la relación entre masa y energía plasmada en la ecuación E=mc2, la idea de que el espacio y el tiempo no son independientes sino que constituyen el tejido del universo y acerca de la velocidad  de la luz, insuperable y universal para todos los observadores, capaz de dilatar el tiempo y el espacio. Estos dos últimos puntos conforman su teoría especial de la relatividad.

Principio de equivalencia

Mientras ganaba notoriedad entre la comunidad científica Einstein buscaba completar su teoría sobre la relatividad. Una mañana de 1907 observando por la ventana de la oficina de patentes tuvo la que definió como la mejor idea de su vida. En uno de sus experimentos mentales imaginó que ocurriría si alguien se precipitase desde lo alto del edificio y concluyó que durante la caída el observador no experimentaría  ninguna fuerza y que, por tanto, el campo gravitatorio tiene una existencia relativa. Después visualizó una persona en el interior de un ascensor sin ventanas  y se preguntó qué pasaría si se soltase el cable que lo sujeta. 

El observador puede pensar que cae porque está sometido a un campo gravitatorio o porque está experimentando una aceleración pero será incapaz de distinguir la razón de su caída.  

Sobre estas ideas comenzó a trabajar con la gravedad, cuyas leyes no habían sido modificadas desde Newton, aunque Einstein sabía que había cosas de la gravitación del genio inglés que no cuadraban. «Newton dicía que a terra estaba ligada o sol pola forza da gravidade pero ¿qué sucedería se eliminásemos a estrela? Según Newton os planetas seguirían unha línea recta porque a gravidade desaparecería de xeito instantáneo.  

Einstein sabía que iso non era posible porque na relatividade especial establece un límite de velocidade para todo o universo, trescentos mil kilómetros por segundo, a da luz.  Se o sol explotase tardaríamos oito minutos en darnos conta  porque ese é o tempo que necesita  a luz para chegar ata nós», explica el gallego Xián Camaño, investigador en el Instituto Albert Einstein- Max Planck de Postdam.

Curvatura del espacio-tiempo

Desde la época de Galileo se conocía también que dos cuerpos en un espacio vacío, aunque tengan diferente peso, caen con la misma aceleración.  Así que Einstein añadió a sus pensamientos una pregunta ¿qué podría provocar ese efecto? «Después de mucho razonar propuso que cambia la geometría,  la relación que guardan los ángulos y las distancias en el espacio. Cuando no hay materia gobierna las reglas de Euclides que establece que dos paralelas nunca se cortan pero si se coloca una masa, como el Sol, se deforma el espacio y las trayectorias ya no son rectas sino curvas que generan órbitas que obligan a otros cuerpos, como los planetas, a girar a su alrededor», comenta Javier Mas, físico teórico de la Universidad de Santiago. Esta idea quedó muy bien explicada en una cita del físico estadounidense John  Wheeler «El espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse y la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse».  

Deflación de la luz

Tras plantear que un objeto se comporta igual bajo los efectos de la gravedad que cuando es acelerado, Einstein se preguntó qué ocurriría con la luz en un campo gravitatorio  y dedujo que debería curvarse. Esa  cuestión le llevó rápidamente a una pregunta ¿cuánto se curvaría un rayo de luz? Einstein lo calculó en torno a 1911, cuando trabajaba de profesor en Praga. «Era una predicción importante que había que contrastar con un experimento. Propuso que en un eclipse de sol, cuando la luna tapa al gran astro, sería posible observar las estrellas que están detrás y cuyos rayos de luz deberían curvarse a su paso por el astro. Como consecuencia habría una posición real y otra aparente de la estrella. Einstein predijo que la curvatura del rayo de luz sería 1,4 segundos de arco, un ángulo muy pequeño», dice  Javier Mas.

Eclipses por la paz

Einstein viajó a Berlín en 1913 para convertirse en miembro de la academia prusiana de ciencias. Sabía que su tesis del espacio curvado nunca sería aceptada sin pruebas. Así que decidió escribir una carta a la comunidad de astrónomos solicitando ayuda para validar su predicción mediante la observación de un eclipse solar. Nadie parecía dispuesto a colaborar con él pero finalmente accedió un alemán, Erwin Finlay-Freundlich, empleado del observatorio de Berlín. Freundlich  escribió al astrónomo estadounidense William Wallace Cambell, pionero en la fotografía de eclipses, invitándole a viajar a Crimea para asistir juntos al eclipse que tendría lugar el 21 de agosto de 1914. Cambell consciente de la importancia de la misión aceptó.  Pero cuando estaban preparando el campamento  para instalar el equipo de fotografía en territorio ruso se interpuso la Primera Guerra Mundial, que había estallado meses antes.  Un grupo de soldados  detuvo a Freundlich como prisionero  ya que Alemania había declarado la guerra a Rusia. Eso y las nubes impidieron tomar las imágenes.  Fue un duro revés para Einstein pero acabaría siendo un golpe de suerte porque  su primera predicción sobre la curvatura era errónea. Tras corregirla, el 25 de noviembre de 1915 presenta su teoría general de la relatividad a pesar de que faltaba la demostración.  La ayuda  acabaría llegando desde territorio hostil. Arthur Eddigton, el astrónomo real del observatorio de Greenwich, en Inglaterra, quería ser el primero en comprobar su predicción. «Tuvo mucho eco mediático porque Eddigton estaba al mando de un equipo de científicos con la tarea de destronar la teoría de un inglés, Newton, en favor de la de un alemán, una potencia enemiga», recuerda Javier.  Pero Einstein y Eddigton  eran pacifistas y aquella era una oportunidad para usar la ciencia como herramienta por la paz.

Eddigton lideró una expedición a África para fotografiar el eclipse del 29 de mayo de 1919. Aunque la meteorología amenazaba con estropear los planes, las nubes desaparecieron  en el momento oportuno y pudo tomar las imágenes. En noviembre presentó los resultados en la Real Sociedad de Astronomía de Londres. Observando el cuadro de Isaac Newton, que colgaba en la pared de la sala, pronunció un breve pero histórico discurso «lo siento señor Newton pero su universo ha cambiado» Había confirmado la predicción de Einstein. Al día siguiente todas las portadas de los medios de comunicación mencionaban a un alemán que había revolucionado la ciencia y modificado la imagen del mundo. Y así nacía el mito.

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