Este mes se cumple un siglo del acto final de nacimiento de la Teoría de la Relatividad, la presentación de la misma en la Academia Prusiana de las Ciencias de las Ecuaciones de Campo de Einstein que formaban el corpus de la teoría.
Fue en noviembre de 1915 cuando Albert Einstein presentó en público las ecuaciones que formaban el esqueleto de la Teoría de la Relatividad General, la parte más importante de su visión global del Universo y que completaban la formulación de la teoría de la relatividad especial que había arrancado en 1905, diez años antes. En 1907 vio que no era suficiente y decidió trabajar, trabajar y trabajar. El resultado apareció ocho años después ante la Academia Prusiana de las Ciencias, a finales del mes de noviembre. Después de la publicación en papel llegó el turno de la defensa, y por eso explicó las Ecuaciones de Campo de Einstein, nombre dado al núcleo de la teoría y que explican cómo la densidad de la materia y la energía determinan la geometría del espacio-tiempo. En 1916 Karl Scharzschild encontró la primera solución exacta a las ecuaciones y daba así un paso fundamental para que en 1917 el propio Einstein abriera el relativismo en Física con la aplicación de su teoría a todo el universo, por lo que añadió más ecuaciones para completarla.
El resultado fue el nacimiento, en un plazo de unos quince años en suma, del principal asidero al que se ha agarrado la ciencia moderna para explicar el universo. Una teoría que, hasta ahora, acumula decenas de experimentos que la corroboran y validan (especialmente el experimento de Eddington en 1919 aprovechando un eclipse solar que permitía predecir la desviación de la luz estelar por el Sol), intentos fallidos en sentido contrario y una expansión que va mucho más allá de la ciencia, convertida incluso en un símbolo de la cultura popular. Ya nada fue igual después; en la posguerra, especialmente durante los años 60 y 70, la relatividad general sirvió de base para toda una larga lista de nuevos conceptos, desarrollos y teorías acopladas que iban más allá y se aprovechaban del legado de Einstein para revolucionar la física. La que fuera teoría marginal y peculiar, recibida con división de opiniones pero con expectación pasó a ser la vara de medir todo; Einstein se convertía casi en un hombre santo laico y el mundo, sin saberlo, cambiaba para no ser el mismo jamás. Hasta aquí el relato histórico que se celebra. Pero vayamos un poco más allá.
Fotografía de Einstein dando clase, manuscrito original (tachones incluidos) de la teoría y la versión editada y reunida por Alianza Editorial de la Teoría de la Relatividad
En Física una teoría o funciona o no funciona. También puede darse el caso de que funcione para uno de los dos niveles de estudios: macro, esto es, el Universo en su dimensión colosal de galaxias, estrellas y agujeros negros; y micro (cuántico), que estudia lo más pequeño, el submundo atómico que a fin de cuentas es lo que somos y nos conforma, sea cual sea nuestra fe, creencias o ideología. La Física lleva mucho tiempo buscando la famosa Teoría Unificada que encadene ambos niveles en uno solo y no tengamos que recurrir a diferentes teorías para explicarlos. Pero esa es otra historia… Lo que importa es que la teoría que lo cambió todo, para siempre, y que confirmó con la contrastación empírica y experimental sus aseveraciones, cumple cien años. No vamos a cometer el error de intentar explicarla, y podríamos, en nuestra limitación de conocimientos, cometer un error. Así que mejor lo olvidamos y nos centramos en cuestiones generales, divulgativas, pedagógicas casi, y sobre todo, festivas: hay que celebrar la teoría, su origen, aplicaciones y reivindicar que el verdadero conocimiento no nace del miedo que incuba la religión, sino del valor por saltar adelante y querer conocer cara a cara los mecanismos del universo.
La génesis teórica
Fue en el citado 1915, mientras Europa y buena parte del mundo se lanzaba a una guerra fratricida que dejaría una herida todavía sin cicatrizar realmente, cuando un antiguo funcionario de patentes en Suiza, judeoalemán y lleno de aristas psicológicas llamado Albert Einstein, formuló la Teoría de la Relatividad General. Como indicamos antes en 1905 ya había avanzado una parte, pero no era completa. La base es que la los sucesos físicos y su localización en el espacio y el tiempo son relativos al estado de movimiento del observador, de tal manera que volumen y tiempo de un suceso es variable, esto es, que si hubiera más observadores situados en diferentes lugares del espacio-tiempo darían como resultado distintas conclusiones. A partir de hay se generan muchas otras ramas teóricas, como las ondas gravitacionales que la próxima misión LISA Pathfinder de la ESA va a buscar comprobar. Todo se enfundó además en un discurso racional que pasa por ser uno de los más eficientes, bellos y estructuralmente impolutos que existe. Más cerca casi de la filosofía que de la pura física. Einstein le dio un toque poético casi zen a sus ideas.
La Teoría de la Relatividad incluye dos vertientes: la relatividad especial (1905) y la relatividad general (1915). Su objetivo era pasar al siguiente nivel saltando la brecha abierta entre la mecánica heredada de Newton y el electromagnetismo. La Especial aborda la física del movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias, y unifica el electromagnetismo con una nueva visión. Mientras, la General, diez años después (y que ponía el colofón), reemplaza la gravedad newtoniana. Ambas se coordinan, ya que la general se reduce a la especial cuando no hay campos gravitatorios. El texto original, que vio la luz en 2010, apenas son 46 páginas donde texto y fórmulas se disputan el espacio. Y todo redactado a mano. Fue un salto sin red. Einstein se la jugó: en la idea original, que fue pura intuición cargada de imaginación y filosofía integradora, había que dar un salto de fe no religiosa y apostar por una nueva visión. Era eso o seguir empantanados en las incongruencias arrastradas durante décadas.
No sólo fue de fe, también de campo: es lo que se llama “salto conceptual”, o cambio de concepto. Einstein lo describió así en primera persona: “Estaba sentado en la oficina de patentes de Berna, en 1907, cuando, de repente, me vino una idea: una persona en caída libre no sentirá su propio peso. Quedé sorprendido. Esa sencilla idea me causó una profunda impresión y me impulsó hacia una teoría de la gravitación”. Hace no mucho el periodista Javier Sampedro tiró de genialidad ajena para explicarlo todo en un una frase del físico John Wheeler: “La materia le dice al espacio cómo curvarse, el espacio le dice a la materia cómo moverse”. Esto es, la gravedad, la fuerza determinante en el nivel macro, es en realidad como un mar de ondulaciones en el tejido del espacio y el tiempo. Y a partir de ahí, una profunda disección y estructura matemática capaz de generar migrañas, pero fundamental.
Aplicaciones de la Teoría de la Relatividad
La Teoría de la Relatividad, en sus dos niveles, Especial y General, tiene muchas aplicaciones prácticas, las cuales, además, han servido de justificación de la propia teoría. Además ha superado todas las pruebas a las que ha sido sometida, incluso con tecnología que Einstein no podía ni imaginar a principios del siglo XX. La teoría también ha tenido aplicaciones prácticas, en el comportamiento de la materia a niveles atómicos en la energía nuclear y en los programas de investigación con aceleradores de partículas, donde los postulados de dilatación del tiempo y contracción del espacio se usan diariamente.
Pero hay un sitio donde tiene una aplicación vital que usamos todos, a diario. Y sin Einstein no se podría haber hecho. Encienda el móvil; busque el localizador en Google Maps o en otra aplicación semejante: ¿le dice dónde está usted en tiempo real? Pues dele las gracias a Albert. El sistema GPS sería imposible sin tener en cuenta los preceptos de Einstein; para que la constelación de satélites funcione deben llevar abordo relojes atómicos que se conectan para que nosotros podamos saber dónde estamos con mensajes cruzados a esos satélites. Estos relojes son tan avanzados que consideran el efecto de dilatación temporal de la teoría de la relatividad para funcionar y ser precisos. De no hacerlo las desviaciones podrían ser hasta de casi 11 km.