Más que materia en movimiento

Aunque la teoría de la relatividad especial de Einstein no representó una ruptura traumática con la física clásica, sí acabó con la visión mecánica del mundo, esa que todo lo reduce a materia en movimiento. Nuestra comprensión de la naturaleza proporcionada por la relatividad especial, junto con la mecánica cuántica, la teoría de la relatividad general y otros hallazgos, modelarán lentamente una nueva comprensión del universo que todavía está inacabada. La teoría de la invariancia fue la primera grieta seria (la hipótesis cuántica daría frutos posteriormente) en la cosmovisión newtoniana.

Ahora que hemos visto las conclusiones principales de la teoría especial, vamos a detenernos un momento para considerar qué supuso esa rotura y en qué aspectos influyó principalmente. Eso nos preparará para introducir a continuación el concepto de intervalo de espaciotiempo y, a partir de él, explorar la relatividad general.

La relatividad especial elimina dos ideas importantes implícitas en la visión mecánica del mundo: las de reposo y movimiento absolutos. Hasta Einstein, la mayoría de los físicos definían el reposo absoluto y el movimiento en términos del llamado éter, la materia que llenaba todo el espacio y que permitía la transmisión de la luz y de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Einstein simplemente ignora el éter como “superfluo”, ya que en su teoría solo se usaban los movimientos relativos.

Desde décadas antes del trabajo de Einstein, y posteriormente a este, se llevaron a cabo una gran cantidad de experimentos diferentes muy cuidadosos para detectar el éter; todos con resultado negativo. Uno de estos experimentos, sin duda el más famoso, fue una serie de ellos realizados en 1887 por Albert A. Michelson y Edward Morley basándose en un primer experimento de Michelson de 1881, repetidos en 1902 y 1905 y después otra vez en los años veinte por distintos investigadores, cada vez con mayores refinamientos. En este tipo de experimentos se pretende medir el “viento de éter” experimentado por la Tierra a medida que avanza a través del supuesto éter estacionario en su órbita alrededor del Sol.

Mesa óptica del experimento de Michelson-Morley. Fuente y más información: El viento del éter lumifero y el experimento de Michelson-Morley

Si existía el éter entonces debería causar un “viento de éter” sobre la superficie de la Tierra a lo largo de la dirección del movimiento. Como se creía que la luz era una onda que se movía a través del éter, algo así como las ondas de sonido a través del aire, debería verse afectada por este viento. En concreto, una onda luminosa que viajase contra el viento y vuelta debería emplear más tiempo para hacer un viaje de ida y vuelta que una onda que viajase exactamente la misma distancia en ángulo recto, es decir, atravesando el viento y vuelta. Comparando dos ondas en direcciones perpendiculares en un dispositivo muy ingenioso, Michelson y Morley no pudieron encontrar diferencias en los tiempos, dentro de los límites de precisión de su experimento; los experimentos posteriores se limitaron a reducir esos límites. A los pocos años de la teoría de Einstein, la mayoría de los físicos habían abandonado la noción de éter. Si no se puede detectar y no juega ningún papel en la teoría de Einstein, ¿para qué mantenerlo?

La pérdida del éter no solo descartó los conceptos de reposo y movimiento absolutos, sino que los científicos tuvieron que replantearse su comprensión de cómo funcionan las fuerzas, como la electricidad, el magnetismo y la gravedad. Se suponía que era el éter el que debía transmitir estas fuerzas. Pero Maxwell había desarrollado su teoría electromagnética matemáticamente, independientemente de cualquier modelo concreto de éter y, de repente no había éter al que recurrir. Entonces, ¿qué eran estos campos? Los científicos finalmente aceptaron la idea de que los campos electromagnético, gravitatorio o cualquier otro, son independientes de la materia.

Ahora en el universo había algo más que materia en movimiento. Ahora había materia, campos y movimiento, lo que significaba que no todo se puede reducir a las interacciones materiales y las leyes de Newton. Los campos no materiales también tenían que incluirse y ser capaces de transportar energía a través del espacio vacío en forma de rayos de luz. El universo de repente, en cuestión de muy pocos años, se había vuelto mucho más complejo que la materia y el movimiento de nuestro día a día.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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