¿Qué está detrás de la ecuación más famosa de Einstein: E=mc2?
Salvador Hernández Vélez
La semana pasada escribí sobre el “Libro de las matemáticas”, de A. Pickover, y varios lectores me enviaron preguntas, una de ellas: ¿qué significa E = mc2? Trataré de explicar en esta colaboración la fórmula de Einstein. Para ello recurriré al libro “¿Por qué E = mc2? ¿y por qué debería importarnos?” de Brian Cox y Jeff Forshaw. Cox es un físico teórico en la Universidad de Manchester, Inglaterra que trabaja con el acelerador y colisionador de partículas en Ginebra y Forshaw, es profesor de física teórica en la misma universidad, especializado en física de partículas elementales. Ambos científicos se adentran en la ciencia del siglo XXI para tratar de explicarnos por qué esta ecuación contiene la estructura misma de la naturaleza.
Hasta ahora el modelo del espacio y del tiempo de Einstein es el que mejor representa a la naturaleza, al mundo macroscópico y al microscópico, el que mejor explica cómo brillan las estrellas, el que revela el fundamento profundo del funcionamiento de los motores y generadores eléctricos. Einstein desarrolló su física teórica en una pequeña oficina de patentes; hoy está soportada en una enorme cantidad de evidencias experimentales. Pero no debemos de perder de vista que en la ciencia no existen verdades universales. Lo único que podemos afirmar es que, hasta hoy, la teoría de Einstein funciona.
En el libro los autores nos llevan por un recorrido muy ingenioso para evitar las matemáticas lo más posible, para ver cómo Einstein llegó a la ecuación E = mc2, esto es, cómo llegó a la conclusión que la energía es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. Lo que E = mc2 dice es que la energía y la masa son intercambiables. Esta fórmula es la base para entender el funcionamiento del universo. ¿Por qué la energía nuclear es mucho más eficiente que la del carbón y la del petróleo? ¿Qué es la masa? Ello nos lleva en cierta medida a entender el mundo de la física de partículas: electrones, protones, antielectrones (positrones), neutrones, quarks up, quarks down, deuterones, etcétera.
La mayoría de los fenómenos cotidianos pueden explicarse completamente mediante cuatro fuerzas: las electromagnéticas, las de la gravedad, la fuerza nuclear débil que hace que el Sol arda; pero, aparte de eso, apenas se deja sentir en la vida cotidiana de la Tierra y la fuerza nuclear fuerte que mantiene los núcleos atómicos intactos, pero apenas se extiende más allá del núcleo, por lo que su enorme densidad no llega a nuestro mundo macroscópico.
De las cuatro fuerzas, el electromagnetismo es el fenómeno cotidiano por antonomasia, del que todos tenemos una idea intuitiva, mientras que la fuerza débil permanece oculta en el turbio mundo subatómico. El camino hacia la teoría de la relatividad general partió de una observación sencilla: todas las cosas caen hacia el suelo con la misma aceleración, Galileo fue el primero en darlo, por cierto. Einstein partió de una pregunta sencilla: ¿qué significa el hecho de que la velocidad de la luz fuese la misma para todos los observadores? El experimento se acabó realizando en la Luna, en 1971, por el comandante del Apolo 15, David Scott, que dejó caer una pluma y un martillo y observó cómo llegaban al suelo al mismo tiempo. Este experimento fue posible hacerlo en la superficie lunar por el alto vacío existente en ella.
La primera gran prueba de la nueva teoría de Einstein se hizo en 1919. Fue producto de las observaciones de Arthur Eddington, Frank Dyson y Charles Davidson durante el eclipse del 29 de mayo de 1919, en el que determinaron la desviación de la luz por el campo gravitatorio solar. Hoy en día, la teoría de Einstein se ha comprobado con gran precisión gracias a unos de los objetos más extraordinarios del universo: las estrellas de neutrones giratorias llamadas púlsares. Estos objetos maravillosos y útiles fueron descubiertos accidentalmente en 1967 por Jocelyn Bell Burnell y Tony Hewish. Esto permitió hacer observaciones detalladas para confirmar la teoría de Einstein.
Einstein no fue un ser sobrenatural, fue tan solo un gran científico que hizo lo que hacen los científicos: se tomó en serio las cosas sencillas y llevó hasta el fin sus consecuencias lógicas. Solo partió de una idea muy sencilla, que la velocidad de un haz de luz debe ser la misma para cualquiera en el universo.
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