Héctor Rago
La primera vez que se supo que la luz no viaja instantáneamente fue en 1676 cuando el astrónomo danés Olaf Roemer le estimó una velocidad cercana a 220.000 Km/seg. Con los años la velocidad de luz habría de ser el centro de una conmoción profunda en la física. ¿Por qué la velocidad de la luz tiene el privilegio de ser inalcanzable? ¿Qué ocurrió en la historia para que esta velocidad adquiriera el status de constante universal?
De eso trata nuestro podcast – post, Einstein y la velocidad de la luz.
A mediados del siglo XIX James Clerk Maxwell encontró que las leyes de la electricidad y el magnetismo predecían la existencia de ondas electromagnéticas, que viajaban a una velocidad determinada por constantes experimentales. Esta velocidad resultó ser la velocidad de la luz. La conclusión era inevitable: la luz es una onda electromagnética que se propaga a unos 300.000 Km/seg, en el vacío. El electromagnetismo en su propia estructura tenía encriptada una velocidad privilegiada, la de la luz. En el sistema de Newton en cambio, no aparece ninguna velocidad especial. La velocidad de un cuerpo no es una propiedad intrínseca, depende de quién la mida: es relativa. Los físicos de la época se preguntaron respecto a cuál sistema de referencia la velocidad de la luz era 300.000 Km/seg, e inventaron al éter, un presunto medio cuyas vibraciones eran la luz, así como las vibraciones del aire son el sonido. Sin embargo, puesto que la velocidad de la luz es tan grande, el éter debía ser muy rígido, pero esta rigidez no parecía afectar el movimiento de los astros en el cielo. Además, los experimentos para tratar de detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, fracasaban. Una teoría que contenga una velocidad privilegiada; y otra, en la que las velocidades sean irrelevantes, son incompatibles. Ambas teorías diferían escandalosamente en la manera como concebían las nociones de tiempo y espacio. Por eso el conflicto tenía como epicentro a la velocidad de la luz. Todo permitía vislumbrar que la solución del conflicto habría de representar una revolución en la física…y la solución vino en 1905 de la mano de un joven de 26 años, que pronto sería ampliamente conocido. Albert Einstein, que así se llamaba el joven, propuso una teoría en la que el valor de la velocidad de la luz no depende de la velocidad entre la fuente de luz y el observador. Es por tanto una constante universal: y es la única velocidad que no es relativa. La misma velocidad para todos.
Einstein tuvo que modificar las
leyes newtonianas para hacerlas compatibles con la existencia de esta velocidad
intransgredible. La relatividad especial había nacido.
Quiero ser muy claro: el sistema newtoniano es simple, intuitivo, coherente,
con capacidad predictiva, pero…falla como descripción válida de la realidad a
altas velocidades, porque sus leyes permiten velocidades arbitrariamente grandes,
y así no funciona el universo. La buena noticia es que cuando las velocidades
involucradas son pequeñas comparadas con la velocidad de la luz, la relatividad
coincide con la teoría newtoniana: la relatividad le circunscribió los límites
de validez a las leyes de Newton. Y a altas velocidades, el fluir del tiempo se
hace más lento y las longitudes se acortan; el tiempo y el espacio absolutos de
Newton fueron bajado de su pedestal y entendimos que tiempo y espacio son relativos.
Y aprendimos que la velocidad de la luz es absoluta.
– Eyyy, pero eso es totalmente contra intuitivo– vociferarán nuestros lectores con toda razón. Ocurre que nuestra intuición no está diseñada por la evolución para concebir, fenómenos tan alejados de la experiencia cotidiana, nuestra intuición es básicamente newtoniana. Entonces los fenómenos nos lucen extraños y paradójicos.Pero a la realidad no le importa nuestro sentido común. Ni a las leyes de la física tampoco. Y debemos formular las leyes, así violen nuestra provinciana intuición.
La comunidad científica comprendió rápidamente que la relatividad de Einstein era la teoría correcta y los experimentos han corroborado su validez y sus predicciones cientos de miles de veces hasta el sol de hoy.
Y un nuevo lenguaje se apoderó de la física: materia-energía, espaciotiempo, cuadrivectores. Sin la relatividad no entenderíamos por qué brillan las estrellas ni por qué por más que aceleremos los protones en el poderosísimo acelerador LHC, nunca lograremos que se muevan a la velocidad de la luz. Tampoco entenderíamos la antimateria ni las partículas elementales. Las ecuaciones de Maxwell estaban gritando que la velocidad de la luz era una constante universal y ni Maxwell ni sus contemporáneos lo advirtieron. El electromagnetismo de Maxwell fue la primera teoría relativista, hecha aún antes de que Einstein naciera. Las teorías saben más que sus creadores. Nunca sospechó James Clerk Maxwell, profundo admirador de Newton y sus nociones de tiempo absoluto y espacio absoluto, que sus ecuaciones contenían el germen que habría de destruir el sistema newtoniano.
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En la musicalización del podcast se usó:
Light and Matter, de la compositora finlandesa Kaija Saariaho (1952), para trío de piano, violín y cello.
