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Reportaje:

Einstein 1905 :todo cambió

El año genial de un genio: 1905. El 'annus mirabilis'. Albert Einstein formuló su teoría de la relatividad especial, alumbró su célebre ecuación E = mc2 y aclaró los fundamentos de la mecánica cuántica, de rabiosa actualidad 100 años después. Sin ellas no habría llegado ni la televisión, ni el láser, ni Internet.

Albert Einstein creía en el valor de los experimentos mentales. Hagamos uno. Retrasemos el reloj un siglo e imaginemos que, en 1905, Einstein hubiera sido un empleado modélico de la oficina de patentes de Berna, concentrado en el examen minucioso de las solicitudes, inmune a la distracción. Y ahora echemos un vistazo al salón de nuestra casa. ¿Ponemos el telediario? No podemos, porque la tele ha desaparecido. Para convertir la electricidad en imágenes hay que entender el efecto fotoeléctrico, y eso no es posible sin una de las teorías revolucionarias que Einstein desarrolló en 1905 robándole tiempo al trabajo en la oficina. Habrá que buscar otro modo de informarse, quizá un periódico. Pero las rápidas técnicas de fotocomposición que se usan para editar los libros y los diarios también se basan en esa teoría, luego el periódico no habrá llegado a tiempo y el libro será demasiado caro. Probemos con Internet. Pero ¿dónde demonios está el ordenador? No existe. Las tripas de los ordenadores y las calculadoras se basan en una física del estado sólido que nadie ha podido desarrollar sin las contribuciones esenciales que Einstein hizo en 1905 a las mecánicas cuántica y estadística. Tampoco se ha podido inventar el láser, y, por tanto, no hay discos compactos ni códigos de barras. Nos queda la radio. En concreto, una de esas radios del tamaño de un aparador, porque en nuestro mundo imaginario nadie ha podido inventar el transistor.

Aquél fue el annus mirabilis de Albert Einstein, el momento milagroso en que un empleado de patentes de 26 años cambió para siempre la física y el mundo.

El joven genio tardaría aún tres lustros en hacerse famoso entre el gran público. Eso llegó en 1919, cuando la prestigiosa academia de ciencias británica, la Royal Society, anunció la confirmación experimental de una de sus asombrosas teorías. Pero Einstein, aclamado a partir de entonces como la mayor inteligencia creativa del mundo, nunca llegó a comprender la razón de su popularidad. El historiador de la ciencia Gerald Holton, de la Universidad de Harvard, desempolvó hace unos años la siguiente anécdota. Cuando Einstein visitó por primera vez el Reino Unido, en 1921, el entonces arzobispo de Canterbury, Randall Davidson, removió Roma con Santiago para acercarse a él y preguntarle qué implicaciones tendría para la religión su teoría de la relatividad. "Ninguna", respondió el físico de inmediato. "La relatividad es una cuestión puramente científica y no tiene nada que ver con la religión".

Su actitud evasiva fue la misma con los filósofos positivistas, que veían la relatividad como la demostración definitiva de sus tesis; con los antropólogos, que le reclamaban como aval del relativismo cultural, e incluso con los científicos, que le ensalzaban como el líder de la más profunda revolución que las ciencias físicas habían experimentado desde Copérnico. Einstein se consideraba un continuista y no veía la revolución por ningún lado. Si Charles Chaplin perdió una vez un concurso de charlots, Einstein ni siquiera se vio capaz de presentarse al concurso de la revista Scientific American para explicar de forma comprensible la teoría de la relatividad. Las implicaciones culturales de su ciencia le dejaban frío, y su popularidad entre el público sólo pareció interesarle como fenómeno "psicopatológico", por utilizar su propio adjetivo. De haber llegado a escucharla, sin duda habría desaprobado la impresionante frase pronunciada hace unas cuantas décadas por Sara Montiel: "Como dijo Einstein, todo es relativo". Einstein, por supuesto, nunca dijo nada semejante.

Muchos de los equívocos sobre la teoría de la relatividad, incluido el de Sara Montiel, se deben a su nombre precisamente. Porque esa célebre teoría no introduce elementos de relatividad en la física, sino que los elimina. Veamos por qué.

Al igual que Newton, su predecesor en el cargo de creador de mundos, Einstein siempre estuvo fascinado por la naturaleza de la luz. En 1896, cuando tenía 17 años, concibió el primero de sus famosos experimentos mentales sobre este problema. La luz, decía la física de su tiempo, era una onda que se propagaba por el espacio a una velocidad fija. Pero entonces, ¿qué ocurriría si una persona corriera tan deprisa que lograra alcanzar esa onda de luz? La persona, se respondió el joven Einstein, vería una onda de luz que está quieta, como parece estar quieto un tren que se mueve en paralelo al nuestro. Pero la forma en que se propaga la luz, y, por tanto, su velocidad, es un componente estructural básico de la realidad, una ley fundamental de nuestro universo. ¿Cómo se traga entonces que una onda de luz pueda estar quieta?

Las leyes de la física, tal y como ha-bía mostrado Galileo, son las mismas vistas desde tierra firme, desde un barco o desde cualquier otro marco de referencia que se mueva a una velocidad constante. Si la velocidad de la luz es una propiedad fundamental de la naturaleza, debería seguir pareciendo la misma aunque el observador se moviera tan rápido como ella. Bien, esto era una paradoja. Y las paradojas suelen señalar el camino hacia los grandes saltos conceptuales. Cuando dos hechos ciertos no encajan a la vez en nuestro esquema del mundo es preciso sustituir el esquema por uno más amplio que sea capaz de acogerlos sin contradicciones. El mejor cerebro del planeta (sin saber aún que lo era) se había puesto en marcha.

La idea clave sobre la relatividad -es decir, sobre la paradoja de la luz detenida- le sobrevino a Einstein durante una conversación casual con su colega de la oficina de patentes Michele Besso. La velocidad de un objeto es la distancia que ha recorrido dividida por el tiempo que ha tardado en recorrerla. Supongamos que el objeto es un cohete que va a la Luna. Para medir el tiempo que tarda ponemos el cronómetro cuando el cohete despega y lo paramos cuando aluniza. Pero ¿cuándo aluniza? No lo sabemos. Lo único que sabemos es cuándo le vemos alunizar desde la Tierra, y para eso la luz del cohete tiene que viajar de vuelta a nuestro planeta. Si en vez de quedarnos en la Tierra nos montáramos en el cohete con nuestro cronómetro, mediríamos un tiempo diferente.

Faltaba aún mucho trabajo matemático por hacer, pero fue este destello repentino el que resolvió la paradoja que le había atrapado nueve años antes. La velocidad de la luz, como buena ley fundamental, es siempre la misma. Si el observador corre tanto que se pone a su nivel, no la ve detenerse, sino moverse a la misma velocidad de siempre. Y la razón, por increíble que parezca, es que para ese observador lo que se ha detenido no es la luz, sino el tiempo. La luz recorre muy poca distancia respecto a él, pero el tiempo apenas pasa: una distancia muy pequeña dividida por un tiempo muy corto da la misma velocidad de siempre, la velocidad de la luz, que es una constante fundamental.

La expresión matemática de esta idea, desarrollada por Einstein durante las seis semanas siguientes, es de una complejidad frustrante para los profanos; pero la idea en sí misma, como hemos visto, es una intuición repentina sobre la verdadera naturaleza del tiempo. De hecho, el historiador John Stachel, de la Universidad de Boston, ha reunido evidencias de que el principal empujón intelectual que permitió a Einstein cuestionar lo que a todo el mundo le había parecido siempre incuestionable -que el tiempo pasa igual para cualquiera- no fue una lectura científica, sino filosófica: el Tratado de la naturaleza humana, de David Hume, donde el gran pensador británico sostenía que el tiempo y el espacio no debían verse como entidades autosuficientes, sino como "la forma en que un objeto existe".

Y el propio Einstein dejó escrito: "A veces me pregunto cómo pude ser yo quien desarrollara la teoría de la relatividad. Creo que la razón es que un adulto nunca se para a pensar en problemas de espacio y tiempo, cosas en las que ya pensó cuando era niño. Pero mi desarrollo intelectual estuvo retardado, y como resultado de ello empecé a preguntarme sobre el espacio y el tiempo cuando ya había crecido". También afirmó en otro momento: "Una nueva idea llega de repente y de forma intuitiva. No se llega a ella a través de conclusiones lógicas conscientes. Pero, pensando en ella después, siempre puedes descubrir las razones que te han conducido inconscientemente a tu intuición, y encontrarás una manera lógica de justificarla. La intuición no es más que el resultado de la experiencia intelectual previa". Como otros grandes creadores, Einstein se asombraba de la facilidad con que hallaba sus ideas.

En cualquier caso, y para zanjar las interpretaciones de tipo Sara Montiel, hay que recordar que la teoría de la relatividad no establece que "todo es relativo", sino que nada importante lo es: las leyes físicas, incluida la velocidad de la luz, son las mismas en cualquier marco de referencia.

Esta teoría de 1905 se llama relatividad especial para distinguirla de la relatividad general, una teoría de la gravitación formulada por Einstein 11 años después. La relatividad especial es el marco adecuado para tratar con velocidades muy altas, que son las regiones de la realidad en las que el tiempo se dilata y las ecuaciones de Newton ya no valen. Pero una de sus derivaciones inesperadas, también descubierta por Einstein en su annus mirabilis de 1905, fue la célebre ecuación E = mc2, tal vez la única fórmula matemática que se ha ganado el estatus de icono del siglo XX. Significa que la masa (m) y la energía (E) son dos caras de la misma moneda, y que una ínfima cantidad de masa puede convertirse en una gran cantidad de energía al multiplicarse por el cuadrado de la velocidad de la luz (c), que es un número enorme.

Las consecuencias de esta ecuación para la historia del siglo XX son de una trascendencia indiscutible. La demostración de que 100 gramos de materia pueden producir la misma energía que la combustión de varios millones de litros de gasolina no es sólo una pieza esencial de conocimiento. También es una fuente de inspiración para los amantes de la energía. Y para los amantes de las explosiones. A finales de los años treinta, con el mundo cayendo en picado hacia el mayor conflicto armado de su historia, la élite de la física ya estaba en condiciones de convertir la ecuación de Einstein en una bomba con un poder destructivo sin precedentes. Algunos miembros de esa élite habían tenido que salir pitando de la Alemania nazi y trabajaban por entonces en Estados Unidos. Pero otros físicos de primera línea seguían en Alemania. Demasiado riesgo.

El 12 de julio de 1939, Leo Szilard, un brillante físico húngaro emigrado a Estados Unidos, se acercó a Long Island (Nueva York), donde Einstein estaba pasando unos días de vacaciones. Szilard le explicó los últimos avances sobre la fisión del uranio y las reacciones en cadena y le hizo una petición insólita: que escribiera a la reina madre de Bélgica para advertirla del peligro de que las grandes reservas de uranio del Congo Belga cayeran en manos de los nazis. Einstein aceptó y se olvidó del asunto. Pero, sólo unos días después, Szilard le contó su preocupación al economista Alexander Sachs, un asesor del presidente Franklin Roosevelt. Y el economista dio el salto conceptual que no habían dado los físicos. No bastaba con evitar que el uranio cayera en manos de los nazis. Si la bomba era factible, EE UU debía construirla. Y Einstein debía olvidarse de la reina madre y escribir directamente al presidente Roosevelt. Así se hizo. El efecto de la carta no fue inmediato, porque el Proyecto Manhattan, para construir la bomba, no arrancó en firme hasta dos años después, con la guerra ya bien avanzada. Pero es obvio que Einstein comprendió bien las preocupaciones de Szilard, porque un pacifista convencido como él no hubiera firmado esa carta de otro modo.

Su repugnancia por el militarismo alemán ya se había gestado en los albores de la I Guerra Mundial, hacia 1914, cuando se mudó con su familia a Berlín para trabajar en la Academia Prusiana de las Ciencias. Con la guerra ya en marcha llegó incluso a repartir propaganda pacifista por Berlín. Su ingenuidad le hizo creer que las aventuras militares alemanas se habían acabado para siempre con la firma del armisticio que puso fin al conflicto en 1918. Pero pronto la derecha alemana, que ya le había puesto en el punto de mira por su actitud antibelicista, terminó de odiarle cuando empezó a apoyar públicamente el movimiento sionista. En 1921 recibió el Nobel, y durante la siguiente década, mientras su fama y prestigio se agigantaban, se fue encontrando cada vez más incómodo en su país natal. En 1933, cuando Hitler subió al poder, Einstein renunció a su ciudadanía alemana y aceptó una plaza en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (EE UU), donde seguiría el resto de su vida.

La teoría de la relatividad y la ecuación E = mc2 son sólo dos de las revoluciones que Einstein imprimió a la física en 1905, pero la cosecha del annus mirabilis no acabó ahí, ni mucho menos. En 1905, nadie podía comprender el llamado efecto fotoeléctrico, por el que ciertos sólidos generan una corriente eléctrica -emiten electrones- cuando reciben un rayo de luz. Einstein logró explicar matemáticamente el fenómeno, pero sólo a costa de proponer que la luz no era simplemente una onda, como establecía la física de la época, sino que también estaba compuesta de partículas discretas, o cuantos. Así, un cuanto de luz (un fotón) con la suficiente energía podía golpear a un átomo del material sólido y arrancarle un electrón.

La idea de que las radiaciones como la luz podían dividirse a veces en paquetes discretos, o cuantos, ya había sido propuesta cinco años antes (en 1900) por uno de los físicos más influyentes de la época, el también alemán Max Planck. Pero Planck era un científico conservador -o un revolucionario reticente, como le describen algunos historiadores- y nunca acabó de aceptar las implicaciones más profundas de su propia idea. Einstein vio más allá. No era que la luz se organizara en cuantos, o fotones, bajo ciertas condiciones: es que consistía en ellos.

La contribución radical de Einstein fue esencial en la génesis y la aceptación de la física cuántica, la gran teoría actual del mundo microscópico. Y ello no sólo a pesar de Planck, sino también del propio Einstein, cuya firme creencia en un universo diseñado en todo detalle -el físico dijo creer en "el Dios de Spinoza, que se revela en la armonía de todo lo que existe"- le hizo aborrecer la teoría cuántica que se iba imponiendo cada vez con más éxito, una física donde las certezas habían sido sustituidas por meras probabilidades. "Dios no juega a los dados", fue su famosa reacción de rechazo. El científico que había aportado varios elementos cruciales para el nacimiento de la nueva física de lo microscópico se vio incapaz de aceptar las consecuencias de su propia revolución.

¿Qué hizo Einstein en las últimas décadas de su vida? El Nobel de Física Murray Gell-Mann se ha quejado de que las fotos más reproducidas del gran científico -greñas blancas, piel cuarteada, lengua burlesca- pertenecen a esta etapa tardía en la que apenas hizo aportaciones relevantes, en lugar de retratar al joven oficinista de 1905 que asombró al mundo con el poder creativo de su mente. Einstein pasó sus últimos 30 años, primero en Alemania y después en EE UU, buscando una teoría unificada, un solo sistema de ecuaciones del que pudieran derivarse la gravitación y el electromagnetismo. Y es cierto que no lo consiguió. Pero muchos físicos contemporáneos ya no creen que estuviera perdiendo el tiempo, ni la cabeza. La gran unificación a la que Einstein sacrificó sus últimos 30 años ha vuelto a la agenda de la física. Uno de los principales objetivos es ahora unificar la relatividad general -una teoría de la gravitación- con la mecánica cuántica. El annus mirabilis de Einstein ha cumplido un siglo, pero su programa para entender el cosmos sigue vivo.

* Este artículo apareció en la edición impresa del Domingo, 23 de enero de 2005