Un siglo de la mano de Albert Einstein

• La teoría de la relatividad general cumple 100 años
• Einstein ofreció con ella una explicación al fenómeno de la gravedad
• Culminó así la revolución iniciada en 1905 con su relatividad especial

Analogía bidimensional de la deformación del espacio-tiempo tetradimensional por acción de la materia-energía.

El 25 de noviembre de 1915, en la sede de la Academia Prusiana de las Ciencias en Berlín, un tal Albert Einstein presentaba un artículo que conmovía los cimientos de la física. Su lectura terminaba con esta frase: "Así pues, la teoría general de la relatividad como edificio lógico ha sido finalmente completada”. La relatividad especial ya había sido formulada por él mismo diez años antes, en 1905: casi nadie la había entendido. Cien años después, relatividad especial y general siguen siendo unas desconocidas para la mayor parte de los congéneres de Einstein.

Albert Einstein.

¿Qué es la relatividad especial?

El tiempo es una dimensión más en la teoría de la relatividad especial, una dimensión inextricablemente unida en el tejido del espacio-tiempo a las otras tres espaciales (altura, anchura y profundidad) que nos son tan familiares. Tiempo y espacio son relativos, puesto que dependen del estado del observador: el tiempo (o espacio) medido por un observador A no es el mismo que el medido por un observador B si éstos se mueven a distintas velocidades. No hay pues un reloj (o metro) universal sino distintos relojes (o metros), ninguno de ellos más válido que otro.

Solo es absoluta la velocidad de la luz (casi 300.000 km por segundo en el vacío): nada puede viajar más rápido que ella dentro del espacio-tiempo. Conforme vas acelerando, el tiempo se dilata (tu reloj va más lento que si fueras a menor velocidad o estuvieras en reposo, aunque tu percepción del tiempo sea la misma en cualquier caso), pero este efecto solo es apreciable a velocidades elevadísimas: a bordo de un avión a reacción, o incluso de un cohete, es completamente insignificante. De hecho, no pasa el tiempo para un rayo de luz que surca el espacio vacío (aunque lleve viajando desde casi el Big Bang).

El tiempo también se ralentiza en las proximidades de un agujero negro, al curvarse enormemente el espacio-tiempo como veremos más adelante. Igualmente, el espacio se contrae a velocidades próximas a la absoluta: si viéramos pasar una nave con esa rapidez, la observaríamos tremendamente achatada (aunque dentro de ella sus moradores no percibirían nada raro). Todo depende, por tanto, del marco de referencia en que se halle el observador.

“El hecho de que nosotros no estemos ahora en noviembre de 1915 no significa que noviembre de 1915 no esté ahí. “

Que el tiempo sea una dimensión equiparable a las espaciales tiene una implicación desconcertante: pasado, presente y futuro nunca han dejado de estar ahí desde siempre. Para entenderlo, el hecho de que nosotros no estemos ahora en noviembre de 1915 no significa que noviembre de 1915 no esté ahí. Lo mismo puede afirmarse si cambiamos noviembre de 1915 por Berlín, algo que -a diferencia de lo anterior- no parece atentar contra nuestro sentido común. El paso del tiempo es solo un producto de nuestra consciencia (¿verdad que nadie diría que la altura, la anchura o la profundidad pasan o se van?).

Otra implicación de la relatividad especial es la celebérrima fórmula E = m x c2(donde c es la velocidad de la luz), que significa que la energía (E) y la masa (m) son intercambiables. O sea, que la materia es una manifestación de la energía (que, como sabemos, siempre se conserva). La energía puede transformarse en materia (es lo que ocurrió en los primeros instantes del Universo, al terminar su fase de expansión inflacionaria, y lo que pasa actualmente en un acelerador de partículas como el CERN) y la materia puede transformarse en energía (es lo que ocurre al estallar una bomba atómica o al desintegrarse naturalmente un núcleo radiactivo de uranio).

¿Qué es la relatividad general?

La ya centenaria teoría de la relatividad general es en el fondo una teoría de la gravedad que explica la aparente atracción a gran escala (teorizada por Newton) entre objetos masivos como el Sol, la Tierra, la Luna, las galaxias... Si nos imaginamos el espacio-tiempo como una enorme sábana tensa con objetos pesados sobre él, podríamos decir que la materia-energía comba el espacio-tiempo, que a su vez dice a la materia-energía cómo ha de moverse por él. Esto significa que la gravedad es simplemente una expresión de la geometría del Universo: los cuerpos no se atraen por efecto de alguna fuerza misteriosa que los lleva a juntarse, sino que se limitan a seguir el camino marcado por la sábana combada del espacio-tiempo (dentro del Sistema Solar, los planetas caen en órbitas por estar cerca de la hondonada del Sol; la Luna, a su vez, cae en órbita hacia la Tierra por estar cerca de la hondonada terrestre). La analogía bidimensional de la sábana es solo una útil aproximación para entender la gravedad, ya que lo que realmente se comba es el espacio-tiempo tetradimensional (por desgracia, nuestro cerebro no es capaz de concebir espacios con más de tres dimensiones).

“La gravedad es simplemente una expresión de la geometría del Universo. “

Einstein introdujo en las ecuaciones de la relatividad general la llamada constante cosmológica, para que sus matemáticas casaran con un Universo que creía estático. Hubble probó posteriormente que el Cosmos se estaba expandiendo y el científico nacido en la ciudad alemana de Ulm hubo de reconocer que la constante cosmológica había sido uno de sus grandes errores. Lo que no podía intuir es que su ñapa matemática sería reinterpretada posteriormente como energía de vacío o posible energía oscura: una misteriosa fuerza repulsiva, de la que apenas sabemos nada, que permea todo el Universo y es responsable de su expansión.

La teoría de la relatividad

Incómodo con la mecánica cuántica, en pos de una teoría del todo

En los últimos años de su vida, la obsesión de Einstein fue la búsqueda de una teoría unificada que explicase todas las fuerzas del Universo (la electromagnética, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la gravitatoria). No lo consiguió. Siempre estuvo muy incómodo con la incertidumbre introducida por la mecánica cuántica, que no ofrece certezas sino probabilidades: consideraba que "Dios no juega a los dados". Pensaba que la mecánica cuántica era incompleta, que había variables ocultas que no contemplaba, cuyo conocimiento permitiría arrumbar las probabilidades para volver a las luminosas certezas. Además, para él el mundo existía -era real- con independencia de que fuese observado o no (de acuerdo a la interpretación de Copenhague, esgrimida por Niels Bohr, la Luna no existiría cuando nadie la estuviese contemplando).

“Einstein siempre estuvo muy incómodo con la incertidumbre introducida por la mecánica cuántica. “

Junto a sus colegas Podolski y Rosen, apuntó en 1935 en la conocida como paradoja EPR (Einstein-Podolski-Rosen) que la única explicación del entrelazamiento cuántico (fenómeno merced al cual la interacción con una partícula afecta instantáneamente a otra ligada a ella, da igual la distancia a la que se encuentren) que permitía eludir una hipotética "acción fantasmal a distancia" -considerada por ellos ilógica- era que las dos partículas entrelazadas compartiesen una programación oculta. Con ello pretendían poner en evidencia la incompletitud de la mecánica cuántica. El teorema de Bell, formulado en 1964 y confirmado empíricamente en 1981, desmentiría la existencia de variables ocultas locales (no así de las no locales, en las que la información de una partícula a otra se transmitiría instantáneamente -más rápido que la luz, por tanto-, como parece ocurrir con el entrelazamiento cuántico). Nuevamente, Einstein se había equivocado. Podemos perdonárselo.