La realidad cumple cien a?os

Por qu¨¦ estamos celebrando el A?o Mundial de la F¨ªsica? El hecho de que se cumplan 50 a?os del fallecimiento de Albert Einstein (1879-1955) ser¨ªa una excusa suficiente, pero los caprichos del calendario han ofrecido una justificaci¨®n mucho m¨¢s luminosa: hace exactamente un siglo que el joven Einstein, en los ratos libres que le dejaba su trabajo en la oficina de patentes de Berna, estableci¨® los fundamentos de la f¨ªsica contempor¨¢nea en una asombrosa serie de art¨ªculos cient¨ªficos que fulminaron nuestros m¨¢s arraigados conceptos sobre el tiempo, el espacio, la materia, la energ¨ªa y la naturaleza de la luz.

La ciencia es esclava de la dictadura de los datos, pero no siempre parte de ellos. Einstein construy¨® su revoluci¨®n desde arriba, reflexionando con una profundidad y creatividad sin precedentes sobre las paradojas de la f¨ªsica de su tiempo. Las confirmaciones experimentales vinieron despu¨¦s, y elevaron a Einstein a la categor¨ªa de h¨¦roe intelectual del siglo XX, pero el concepto de realidad que imagin¨® el gran f¨ªsico jud¨ªo en 1905 resultaba incre¨ªble incluso para los m¨¢s avanzados de sus colegas de la ¨¦poca. Todos ellos conoc¨ªan los mismos experimentos que Einstein, de modo que es obvio que los datos no bastaban.

Einstein construy¨® su revoluci¨®n desde arriba

Todo el mundo sabe que la luz viaja a 300.000 kil¨®metros por segundo. Lo que poca gente sabe es que esa cifra no es s¨®lo un viejo dato experimental, sino que tambi¨¦n se desprende de las puras ecuaciones del electromagnetismo descubiertas por el gran f¨ªsico escoc¨¦s James Clerk Maxwell en los a?os sesenta del siglo XIX. Esa espectacular coincidencia entre la teor¨ªa y la pr¨¢ctica demostr¨® dos cosas: que la luz es una onda electromagn¨¦tica y que su velocidad es una propiedad fundamental de la naturaleza. Las ecuaciones de Maxwell ni siquiera necesitaban que se les dijera con respecto a qu¨¦ hab¨ªa que medir la velocidad de la luz. Daban 300.000 kil¨®metros por segundo y punto.

En 1896, cuando ten¨ªa 17 a?os, Einstein concibi¨® el primero de sus famosos experimentos mentales. ?Qu¨¦ ocurrir¨ªa si una persona corriera tanto que lograra alcanzar a una onda de luz? La persona deber¨ªa ver que la onda est¨¢ quieta, como parece quieto el tren de al lado cuando se mueve a la misma velocidad que el nuestro. Pero si la velocidad de la luz es una ley fundamental de la naturaleza, hasta el punto de que se desprende de las ecuaciones de Maxwell sin que importe qui¨¦n la mide, ?c¨®mo puede estar quieta?

Tiempo detenido. Nueve a?os

despu¨¦s, en su annus mirabilis de 1905, Einstein tuvo el coraje intelectual de proponer la ¨²nica respuesta posible, por extra?a que pareciera. La velocidad no es m¨¢s que el espacio que un objeto recorre partido por el tiempo que tarda en recorrerlo. Si la velocidad de la luz sigue siendo 300.000 kil¨®metros por segundo para una persona que corre casi tan deprisa como ella, la explicaci¨®n s¨®lo puede ser que el espacio y el tiempo han cambiado. La luz casi no recorre distancia respecto a ese veloz observador, pero el tiempo casi se ha detenido. Una distancia muy peque?a dividida por un tiempo muy corto sigue dando 300.000 kil¨®metros por segundo. Esta idea, junto a su formulaci¨®n matem¨¢tica precisa, es la teor¨ªa de la relatividad especial, uno de los pilares de la f¨ªsica contempor¨¢nea.

Las ecuaciones de Einstein, adem¨¢s, no implican ninguna diferencia esencial entre el espacio y el tiempo. El espacio tiene las tres dimensiones familiares (los tres ejes de coordenadas de la geometr¨ªa convencional), y el tiempo es otra dimensi¨®n m¨¢s. Vivimos en un espaciotiempo de cuatro dimensiones. Un objeto quieto viaja s¨®lo por la dimensi¨®n del tiempo. A medida que su velocidad va aumentando, el objeto dedica cada vez m¨¢s parte de su movimiento a desplazarse tambi¨¦n por las dimensiones del espacio. A la velocidad de la luz, s¨®lo se desplaza por el espacio: el tiempo se ha detenido para ¨¦l. Por eso nada puede viajar m¨¢s r¨¢pido que la luz. Eso ser¨ªa un viaje al pasado.

Una de las consecuencias inesperadas de la teor¨ªa de la relatividad especial fue la ecuaci¨®n E=mc2, tambi¨¦n descubierta por Einstein en 1905. Significa que una peque?a cantidad de materia (m) puede convertirse en una gran cantidad de energ¨ªa (E) al multiplicarse por el cuadrado de la velocidad de la luz, que es un n¨²mero enorme. La bomba at¨®mica y la energ¨ªa nuclear son una consecuencia directa de esta c¨¦lebre f¨®rmula.

El otro gran pilar de la f¨ªsica

contempor¨¢nea es la mec¨¢nica cu¨¢ntica, la ciencia de las part¨ªculas subat¨®micas. Es otro mundo ajeno a la intuici¨®n en el que las certezas se sustituyen por meras probabilidades, y en el que una part¨ªcula puede estar en dos sitios a la vez. Einstein nunca logr¨® aceptar estos aparentes absurdos, y durante su madurez dedic¨® grandes esfuerzos a intentar refutarlos. Y, sin embargo, ¨¦l mismo fue uno de los descubridores de ese laberinto.

Fue Einstein, y tambi¨¦n en 1905, quien logr¨® explicar matem¨¢ticamente el efecto fotoel¨¦ctrico, por el que ciertos s¨®lidos generan una corriente el¨¦ctrica -es decir, emiten electrones- cuando reciben un rayo de luz. Pero para ello tuvo que postular que la luz no era s¨®lo una onda electromagn¨¦tica, sino que tambi¨¦n, de alg¨²n modo, estaba hecha de part¨ªculas (cuantos de luz, o fotones). As¨ª, un fot¨®n pod¨ªa golpear al s¨®lido y arrancarle un electr¨®n con las caracter¨ªsticas observadas en los experimentos.

Las celebraciones del A?o Mundial de la F¨ªsica se extienden por todo el planeta. La mejor forma de conocerlas es consultar las webs physics2005.org (internacional) y fisica2005.org (Espa?a, v¨¦ase la lista de abajo). Pero no deber¨ªan acabar con el a?o. Einstein escribi¨® en sus ¨²ltimos a?os: "Toda nuestra ciencia, una vez contrastada con la realidad, es primitiva e infantil, y pese a ello es la cosa m¨¢s preciosa que tenemos".