Sería difícil exagerar cuán resiliente es la teoría de la relatividad
general. En su historia de más de cien años ha logrado predecir cosas
mucho más allá de la capacidad para realizar experimentos de la década
de 1910, y sigue aguantando cada nueva prueba que los científicos le
arrojan.
Esta vez, un grupo de investigadores le dio la vuelta a
un experimento típico. A menudo, los científicos miran cuánto dobla un
objeto el tejido del espacio en sí para determinar su masa. Un nuevo
experimento invierte esa idea, utilizando una masa ya calculada para ver
si las predicciones de la relatividad general se mantienen. Spoiler:
se mantienen. Pero, curiosamente, el hallazgo podría meter en problemas
a los físicos que esperaban resolver otros misterios del universo.
Que
la masa puede deformar la forma del espacio en sí es una parte
fundamental de la relatividad general. Los científicos lo han observado
repetidas veces al estudiar cómo los objetos pesados en el espacio,
como los cúmulos de galaxias, deforman la luz que pasa a su alrededor.
Detectaron esto por primera vez durante un eclipse solar de 1919,
en el cual el sol eclipsado parecía haber cambiado ligeramente la
posición de la estrella del fondo, y continúan detectando el fenómeno a
día de hoy. Ahora saben que los objetos pesados pueden deformar tanto la luz que las estrellas y galaxias que están más al fondo aparecen como un anillo en el cielo.
Comienza sus estudios a la edad de diez años (1886) en un colegio para niñas. Posteriormente, estudia en el instituto de educación de Sremska Mitrovica. Este centro disponía de un magnifico laboratorio de Física y Química.
Mileva nace el 19 de diciembre de 1875 en la ciudad de Titel situada
en la provincia de Vojvodina, que por aquel entonces formaba parte del
Imperio Austrohúngaro y que actualmente forma parte de Serbia. Su
familia era acomodada y es la mayor de tres hermanos.
Comienza sus estudios a la edad de diez años (1886) en un colegio
para niñas. Posteriormente, estudia en el instituto de educación de
Sremska Mitrovica. Este centro disponía de un magnifico laboratorio de
Física y Química.
Mileva se gradúa en el año 1890, obteniendo la máxima calificación en
Física y Química. Es aceptada como estudiante privada en el Colegio
Real de Zagreb, con una dispensa especial, pues el centro sólo admitía
hombres. Es en la universidad de Zagreb donde entabla amistad con otro
genio de la física y matemáticas, como era Nikola Testa, que tuvo un
gran reconocimiento académico.
En el verano de 1896, Mileva comienza sus estudios de medicina en la
universidad suiza de Zúrich, pero solo sigue estos estudios seis meses y
a finales de 1896 comienza sus estudios de física y matemáticas en el
Instituto Politécnico de Zúrich. Este centro otorgaba una titulación
que permitía dedicarse a la docencia de la física y las matemáticas. El Instituto Politécnico de Zúrich era uno de los pocos centros
europeos de enseñanza superior que admitía mujeres. Mileva era la quinta
mujer en ser admitida en dicho centro en toda su historia y la única
que había en su clase, que sólo tenía once alumnos, entre los que se
encontraba Albert Einstein.
Mileva tenía un carácter poco sociable y presentaba una cojera muy
ostensible, debido a una artritis congénita, que le hacía tener una
autoestima muy baja a pesar de su brillante inteligencia y su gran
formación académica.
Mileva y Albert Einstein iniciaron una relación sentimental muy
fuerte. Mileva era cuatro años mayor que Albert. La madre de Einstein,
que era alemana, nunca vio con buenos ojos el matrimonio de su hijo con
Mileva. La definía de la siguiente forma ”ella es un libro, igual que tú… Pero deberías tener una mujer. Cuando tengas treinta años. Ella será una vieja bruja”.
En el año 1900, Einstein escribe a Mileva lo siguiente “estoy
solo con todo el mundo, salvo contigo. Qué feliz soy por haberte
encontrado a ti, a alguien igual a mí en todos los aspectos, tan fuerte y
autónomo como yo”.
Queda embarazada en 1901 sin estar casados, lo que provoca una
situación social muy difícil de soportar en aquellos momentos
históricos. Esta situación le lleva a abandonar sus estudios a pesar de
que sólo le faltaba superar el examen final.
Albert Einstein y Mileva Maric de jóvenes
Mileva se refugia en casa de su hermana en Novi Sad en la actual
Serbia, dando a luz en 1902 a una niña Liesert, que cuando cumple un año
es dada en adopción. Einstein nunca llevó bien el ser padre de Liesert y
nunca informó a su familia de que era padre. El seis de enero de 1903 es cuando Einstein y Mileva se casan en la
capital suiza, Berna. Tenía Einstein entonces veinticuatro años y ya
había terminando sus estudios, consiguiendo inmediatamente su primer
trabajo como técnico de la Oficina de Patentes de Berna.
En 1904, tienen un nuevo hijo Hans Albert y es cuando Mileva decide
sacrificar todas sus posibilidades profesionales y de investigación
para dedicarse al cuidado de su familia. Ya entonces Mileva tenía una
gran preparación académica. Había desarrollado investigaciones sobre la
teoría de los números, cálculo diferencial e integral, funciones
elípticas, teoría del calor y electrodinámica.
Se piensa, que los conocimientos matemáticos que tenía Mileva, fueron
indispensables para que Einstein pudiera desarrollar sus teorías. Los
años más creativos de Einstein fueron aquellos en los que compartió sus
investigaciones con ella, de ahí la injusticia que se comete con Mileva.
Albert Einstein y Mileva Maric
El año 1905 fue el de los grandes logros de Albert Einstein,
publicando cuatro grandes artículos, y uno de ellos incluía la teoría de
la relatividad, que revolucionaron el mundo científico y que le
convertirían en un genio. Es revelador, que Mileva en una carta escrita a
una amiga le decía “hace poco hemos terminado un trabajo muy importante que hará mundialmente famosos a mi marido”.
"Hemos detectado ondas gravitacionales", anunció David Reitze, director ejecutivo de LIGO.
Hace 100 años Albert Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales como parte de su Teoría General de la Relatividad.
Durante
décadas, científicos habían intentado, sin éxito, detectar estas ondas,
fundamentales para entender las leyes del Universo y que muestran cómo
los objetos hacen que el espacio-tiempo se curve.
Hasta este 11 de febrero de 2016.
"Hemos
detectado ondas gravitacionales", anunció este jueves David Reitze,
director ejecutivo del Observatorio Avanzado de Interferometría Láser de
Ondas Gravitacionales, conocido como LIGO.
Según los expertos, las ondas captadas vienen de la colisión de dos
agujeros negros, uno 29 veces más grande que el Sol y el otro con un
tamaño 36 veces mayor, que crearon un nuevo agujero 62 veces la masa de
nuestra estrella solar.
Este evento pudo ser "escuchado" por LIGO;
y tras varios meses de revisiones y corroboraciones de los datos,
pueden decir con seguridad que se trata de las ondas gravitacionales.
"Esto
marca el inicio de una nueva era de la astronomía", le dijo a BBC Mundo
la doctora Alicia Sintes, del departamento de física de la universidad
de las Islas Baleares y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña,
España, quien participó en el proyecto.
"Esta será una herramienta con la que estudiar el Universo y todos los objetos astrofísicos que existen", agregó.
También es la constatación absoluta de la última predicción que hizo Einstein.
Ondas gravitacionales por todas partes
Según
la teoría de Einstein, todos los cuerpos en movimiento emiten esas
ondas que, de la misma forma que una piedra afecta el agua donde cae,
producen perturbaciones en el espacio.Y fue el 25 de noviembre de 1915
cuando Albert Einstein presentó la versión final de sus ecuaciones del
campo ante la Academia Prusiana de las Ciencias.
Estas son la base de su Teoría General de la Relatividad, un pilar fundamental de la física moderna que ha transformado nuestra comprensión del espacio, el tiempo y la gravedad.
Gracias
a ella hemos podido entender muchas cosas: desde la expansión del
Universo hasta el movimiento de los planetas y la existencia de los
agujeros negros.
Pero Einstein también propuso la presencia de ondas gravitacionales. Estas son, esencialmente, las ondulaciones de energía que distorsionan la estructura del tiempo y el espacio.
Cualquier objeto con masa debería producirlas cuando está en movimiento. Incluso nosotros.
Pero cuanto más grande es la masa y más dramático el movimiento, más grandes son las ondas.
Y Einstein predijo que el Universo estaba repleto de ellas.
Como cada año, la
prestigiosa revista Science ha publicado la lista de los diez
descubrimientos más importantes del año. Entre los más destacados se
encuentran la llegada a Plutón, la herramienta para modificar el ADN, la
primera vacuna contra el ébola y el descubrimiento de una nueva especie
de homínido.
La revista Science ha publicado en su
página web su top ten con las aportaciones más importantes a a la
ciencia en 2015.
Dos mujeres revolucionaron la edición del ADN
En el número 1, Science ha destacado la herramienta CRISPR/Cas9 como
el acontecimiento científico del año. Ese es el nombre que, por ahora,
recibe la novedosa herramienta de edición de genomas desarrollada por
las científicas Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier en 2012.
Gracias a esta técnica, es posible manejar el ADN para modificar los
genes, introducir o corregir mutaciones, y, en definitiva, reescribir a
voluntad el mensaje de la vida.
Supone un avance revolucionario, porque sus aplicaciones abarcan
desde el tratamiento y diseño de estrategias para enfermedades como la
malaria o el cáncer, hasta la mejora de los cultivos transgénicos o la
edición de embriones humanos.
Por todo ello, el trabajo de sus autoras ha sido reconocido con el
premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica en
2015.
Descubrimos el corazón helado de Plutón
Imagen de Plutón captada por la sonda New Horizons. / NASA
El 14 de julio, la sonda New Horizons, lanzada por la NASA en 2006,
realizó su máximo acercamiento a Plutón, a una distancia de 12.500 km.
Con la llegada al planeta enano se completó el primer reconocimiento
inicial de nuestro sistema solar.
Desde entonces, las imágenes aportadas por los instrumentos de New
Horizons han desvelado secretos inesperados de Plutón, como su
superficie en forma de corazón o el descubrimiento de una actividad
geológica de varios millones de años que podría continuar hoy día.
El sistema linfático actúa en el cerebro
Para
sorpresa de los científicos, se ha descubierto que el sistema linfático
también actúa en el cerebro. / Jonathan Kipnis and Antoine Louveau
El sistema linfático se encarga limpiar los residuos del organismo y
juega un papel clave en el funcionamiento del sistema inmunológico. Los
neurocientíficos se han sorprendido ante el descubrimiento de que este
sistema actúa también en el cerebro.
Los expertos sugieren que el mal funcionamiento de los vasos
linfáticos en el cerebro podría ser una de las causas de algunos
trastornos neurológicos como la esclerosis múltiples o el alzhéimer. Por
lo tanto, en el futuro deben investigarse a fondo la relación entre el
sistema linfático y el cerebro para descubrir su conexión con este tipo
de enfermedades.
La primera vacuna efectiva contra el ébola
La Organización Mundial de la Salud (OMS) anunció este verano que los
ensayos clínicos de una nueva vacuna contra el virus del ébola en
Guinea habían presentado una efectividad del 100%. Los resultados
demostraron que unas 4.000 personas que se expusieron a este virus
durante diez días no se contagiaron de la enfermedad gracias a la
vacuna.
VSV-ZEBOV, nombre que ha recibido el medicamento, combina distintos
componentes para lograr un virus debilitado que no causa la enfermedad,
pero hace que el organismo genere una respuesta inmune.
Aunque la vacuna se encuentra en fase preliminar y serán necesarias
más pruebas en el futuro para su mejora, el avance genera grandes
esperanzas en la lucha contra esta grave enfermedad.
La acción fantasmagórica que Einstein odiaba
.
El experimento para demostrar la conexión de las partículas se realizó
con dos electrones en el interior de pequeños diamantes. / ICFO
La teoría cuántica predecía que la observación de un objeto puede
afectar justo en ese momento a otro, aunque esté en la otra punta del
universo, un fenómeno en el que Einstein no creía, ya que consideraba
que ninguna información puede viajar más rápido que la luz.
No obstante, este año se ha conseguido que dos electrones separados
más de un kilómetro de distancia mantengan una conexión ‘invisible’ e
instantánea, superando el problema que planteaba Einstein.
El descubrimiento, al que contribuyó el Instituto de Ciencias
Fotónicas de Barcelona, permitiría desarrollar en el futuro tecnologías
para mejorar la seguridad en las comunicaciones y la informática de alto
rendimiento.
La fiabilidad de los estudios psicológicos, cuestionada
Durante estos últimos años se han intentado replicar los resultados
de algunos estudios importantes en el campo de la psicología. Sin
embargo, no ha sido hasta 2015 cuando un equipo de 270 investigadores ha
descubierto que solo el 39% de los 100 estudios de referencia en el
campo de la psicología pueden reproducirse sin ambigüedades.
Aunque este resultado pueda parecer inquietante, la mayoría de los
expertos ha acogido los resultados de manera optimista, al considerar
que esto les puede ayudar a comprender mejor la fiabilidad de estos
estudios.
Homo naledi, la nueva especie de homínido
.
Reconstrucción de Homo naledi por el paleoartista John Gurche, que pasó
más de 700 horas para recrear la cabeza a partir de los escáneres de
los huesos. / Mark Thiessen/National Geographic
Recientemente se ha descubierto una nueva especie de homínido,
llamada Homo naledi, de la que se encontraron los restos de al menos 15
individuos en el yacimiento Dinaledi en Sudáfrica.
Con una capacidad craneal de alrededor de 500 cm3, mucho menor que la
de humanos actuales, Homo naledi tenía características muy cercanas al
género Homo en cuanto a masticación, manipulación y locomoción se
refiere.
Sin embargo, por la estructura de su torso y el juego del tórax con
la pelvis, aparte de la capacidad craneal, se acercaría más a
Australopithecus, un género que desapareció hace unos dos millones de
años.
Levadura modificada para obtener opiáceos
Con la introducción de hasta 23 fragmentos de ADN modificado en la
levadura, se ha logrado que esta produzca dos compuestos opiáceos, unas
sustancias muy poderosas para el tratamiento del dolor. Normalmente,
estos solo se podían obtener a partir de la llamada amapola o adormidera
del opio –Papaver somniferum–, a través de un proceso extremadamente
largo y costoso.
Con este avance, los científicos acaban con la limitación que suponía
obtener estos compuestos únicamente de las plantas y abren las puertas
para desarrollar nuevos tratamientos para combatir el cáncer,
enfermedades infecciosas y problemas crónicos como la artritis o la alta
presión sanguínea.
Secretos de las columnas del manto terrestre
Durante casi 40 años se ha debatido sobre las misteriosas columnas
del manto terrestre, conductos de roca caliente que ascienden desde el
interior de nuestro planeta. Sin embargo, hasta este año no se sabía
mucho sobre su naturaleza.
Los científicos han corroborado la existencia de 28 de estas columnas
a través de las ondas sísmicas generadas por los terremotos, que se
curvan y cambian su velocidad cuando encuentran un obstáculo en su
camino.
Esto ha desvelado que las columnas son más anchas de lo que se
esperaba, lo que significa que expulsan hacia fuera más calor procedente
del núcleo terrestre, una pista de que juegan un papel importante en la
regulación de la temperatura del planeta.
El Hombre de Kennewick, antepasado de los americanos modernos
El esqueleto del hombre de Kennewick y una reconstrucción de su rostro / Brittney Tatchell, Smithsonian Institution
El Hombre de Kennewick está datado hace 9.000 años, por lo que es uno
de los esqueletos más antiguos que se conocen. Fue hallado hace 19 años
cerca de la localidad que le da su nombre, Kennewick, en el estado de
Washington (EE UU).
La secuenciación del genoma de un hueso de la mano de este esqueleto
ha permitido saber que algunas tribus de indios americanos, como las
Tribus Confederadas de la Reserva de Colville, podrían ser descendientes
de una especie muy cercana a este homínido.
El descubrimiento desmiente la creencia de que el Hombre de Kennewick
fuera el antepasado de pueblos nativos del Pacífico como los ainu y lospolinesios.
El 25 de noviembre de 1915, el físico presentó la formulación definitiva de su pensamiento. Algunos interrogantes y sus respuestas para comprenderlo.
1. ¿Qué conmemoramos exactamente este 25 de noviembre de 2015?
Se
cumplen justo 100 años del día en que Albert Einstein explicó en una
conferencia ante la Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín, las
ecuaciones definitivas de su teoría general de la relatividad. Tras casi
una década de tortuosos intentos de compatibilizar la fuerza
gravitatoria con su teoría especial de la relatividad (1905), y con el
matemático David Hilbert pisándole los talones, por fin dio forma
precisa y definitiva a la que se considera una de las cimas
intelectuales de la humanidad. Su presentación se publicó aquel mismo
día, 25 de noviembre de 1915, en las actas (Proceedings o
Sitzungsberichte) de la academia.
2. ¿Einstein presentó ese mismo día la ecuación que hoy se conoce?
En realidad es un sistema de diez ecuaciones, pero
se pueden escribir de manera unificada, utilizando una sola vez el signo
“=”, y resumirlas en una sola: Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν. En la forma
original en la que la escribió Einstein en su artículo, la notación (por
ejemplo usaba índices latinos en lugar de griegos) y la distribución de
los términos era ligeramente distinta, pero aún así, es totalmente
equivalente a esta.
3. ¿Y qué significa Rμν -1/2 gμν R = 8πG Tμν en un lenguaje que todos podamos comprender?
En
lenguaje común, la nueva ecuación de Einstein relaciona dos aspectos:
curvatura del espacio-tiempo ↔ Masa (energía). Por ponerlo en contexto,
anteriormente la teoría de la gravedad de Newton, el mayor éxito de la
revolución científica del siglo XVII, aportaba dos leyes que podemos
visualizar así:
Masa → Gravedad; y
Fuerza de gravedad → Movimiento de cuerpos masivos,
donde “→” podemos leerlo como “crea”.
Es
decir, una masa –por ejemplo, la Tierra– crea un campo gravitatorio,
que a su vez ejerce una fuerza que controla el movimiento de otras
masas, como una manzana o la Luna. Con la aportación de Einstein, la
teoría de Newton se veía ahora desbancada por otra que la incluía como
una aproximación solo válida para masas y velocidades relativamente
pequeñas. Pero la teoría de Einstein era mucho más que un refinamiento
de la de Newton: cambiaba completamente el concepto de qué es y cómo
actúa la gravedad.
4. ¿Qué diferencias hay entre la visión clásica del mundo de Newton y la relativista de Einstein?
Hay
dos esenciales. Por una parte, en la formulación de Einstein desaparece
la noción de gravedad, que ha sido sustituida por algo más misterioso y
sugerente: la curvatura del espacio-tiempo. Y, por otra, unifica en una
sola ecuación las dos leyes básicas de la teoría newtoniana. Es decir,
ambas “→” quedan aunadas en una sola “↔”. Sin duda alguna, la
eliminación de la gravedad como una fuerza ‘real’ y su interpretación
como un ‘efecto aparente’ de la curvatura del espacio-tiempo es el
elemento más revolucionario de la teoría. De esta manera, Einstein
explicaba con una simplicidad pasmosa la observación de Galileo de que,
en ausencia de fricción, todos los cuerpos caen al mismo ritmo: los
objetos se mueven en un mismo espacio-tiempo que, al estar curvado,
produce la impresión de movimiento bajo una fuerza que actúe sobre
ellos.
5. ¿Podemos visualizar el concepto de la curvatura del espacio-tiempo?
Es
habitual representar sus efectos como el movimiento de canicas en una
cama elástica deformada por el peso de una masa mayor. Aunque
ilustrativa, esta analogía no consigue transmitir el hecho esencial de
que la curvatura del espacio-tiempo apenas afecta las direcciones
espaciales de la cama elástica, sino que se produce mayoritariamente en
la dirección del tiempo. La teoría es demasiado rica y sutil como para
dejarse capturar completamente por analogías e imágenes simplificadas.
6. Entonces, ¿no hay forma de representar con una imagen sencilla la teoría de la relatividad?
Habría
que utilizar distintas imágenes para ilustrar diferentes aspectos de la
teoría, pero no hay una que lo capture todo correctamente. Lo de la
cama elástica está bien, pero tiene limitaciones serias. Por ejemplo, no
sirve para ilustrar ni medianamente bien lo que es un agujero negro, y
da lugar a confusiones: ¿Cómo es que decimos que la curvatura es tan
pequeña que no la notamos habitualmente y, sin embargo, es
suficientemente grande como para que un proyectil, o la Luna, sigan una
trayectoria curva en lugar de recta? Habría que explayarse mucho para
explicar que nos movemos mucho más en el tiempo que en el espacio, y lo
que eso conlleva.
7. ¿Qué relaciona la relatividad general con los agujeros negros?
Todo
comienza en aquel mismo año 1915. En una carta fechada el 22 de
diciembre, ¡nada menos que desde el frente de guerra ruso!, el astrónomo
alemán Karl Schwarzschild comunicaba a un –imaginamos– atónito Einstein
que había encontrado una solución extremadamente simple a sus
ecuaciones. En concreto, para el caso de la curvatura (o gravedad) que
crean los cuerpos masivos como el Sol, la Tierra, las estrellas y de
unos objetos que ninguno de los dos vivirían para reconocer: los
agujeros negros. Son pozos insondables y absolutos, más fantásticos que
la más delirante creación de la imaginación humana.
8. ¿Einstein creyó en los agujeros negros?
La
predicción de la existencia de los agujeros negros que implicaba la
teoría fue tan radical –aún más que la expansión del universo– que ni
siquiera Einstein fue capaz de entenderla. Fue uno de sus principales
errores. Solo se aceptó después, tras un largo y arduo proceso
completado en los años 60, dando así un magnífico ejemplo de que las
mejores teorías de la física son a menudo ‘más listas’ que sus propios
creadores. Hoy en día sabemos que los agujeros negros son reales.
Recientemente en la película Interstellar hemos podido ver una de las
mejores representaciones de lo que las ecuaciones de Einstein pueden
llegar a contener.
9. ¿Por qué los agujeros negros también ‘enfrentan’ a la relatividad y la física cuántica?
Imagina
que se te cae tu móvil o tableta a un agujero negro. ¿Hay alguna
posibilidad, por muy remota que sea, de que recuperemos la información
que había en ellos? La teoría de Einstein nos dice que no: cuando algo
ha cruzado el horizonte del agujero negro, ya no es posible recibir
ninguna señal suya. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que la
información nunca se puede perder: se puede embrollar muchísimo (como
sucede si quemamos la tableta), pero en principio siempre ha de ser
posible extraerla de nuevo. Esta contradicción entre ambas teorías se
conoce como la paradoja de la pérdida de información en los agujeros
negros. Esperamos que los esfuerzos en intentar resolver esta cuestión
nos ayuden a entender cómo unificar ambas teorías.
10. ¿Tiene alguna aplicación práctica la relatividad general?
Si
todavía alguien no está suficientemente impresionado por la nueva
visión del mundo que la teoría de Einstein proporciona, y pide una
utilidad práctica, basta con que se deje guiar por un navegador GPS. Si
este no tuviese en cuenta el efecto, pequeñísimo pero medible, que la
curvatura del espacio-tiempo tiene sobre la señal que el aparato recibe
de los satélites, nuestros coches acabarían en pocos minutos en la
carretera equivocada. Así que la próxima vez que su navegador le diga
“ha llegado a su destino” y no se encuentre en el fondo de un barranco o
empotrado contra un muro, piense por un instante que eso de la
curvatura del espacio-tiempo debe de tener algo de cierto. Agradezca a
Einstein los años de intenso trabajo que dedicó a entenderlo, y celebre
su culminación en una teoría tan magnífica.
"Einstein cambió nuestra percepción de las cosas más fundamentales, que
son el espacio y el tiempo, y nos abrió los ojos al cosmos y a algunos
de sus objetos más interesantes, como los agujeros negros", explicó
David Kaiser, profesor de física y de historia de la ciencia del
prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).
El célebre físico que pasó los últimos años de su vida en la
Universidad de Princeton, en el este de Estados Unidos, presentó su
teoría el 25 de noviembre de 1915 ante la Academia Prusiana de las
Ciencias. El documento fue publicado en marzo de 1916 en la revista Annalen Der Physik.
"La Relatividad General, una de las teorías científicas más
revolucionarias de la historia, representó un salto inmenso respecto a
la ley de gravitación universal de Isaac Newton de 1687, al mostrar que
el espacio y el tiempo no son inmutables, sino fenómenos dinámicos
sometidos a una evolución, igual que otros procesos del Universo",
explica Michael Turner, profesor de física y de cosmología de la
Universidad de Chicago. Einstein ya
avanzó la teoría de la Relatividad Restringida en 1905 al describir la
distorsión del tiempo y del espacio mediante un objeto que avanza a una
velocidad cercana a la velocidad de la luz, que sí es inmutable. También
produjo su célebre ecuación E = mc2, que puso en entredicho las
hipótesis de entonces, según las cuales la energía y la masa eran
diferentes. Él demostró que se trataba de la misma cosa, pero bajo
formas diferentes.
La teoría de la Relatividad General de Albert Einstein,
que transformó nuestra comprensión del Universo y de sus fenómenos,
celebra su centenario este año sin haber perdido vigencia. Todos los
experimentos llevados a cabo para verificarla la han corroborado.
Diez años más
tarde, la Relatividad General ofreció una visión más amplia al explicar
que la gravedad es una curvatura en el espacio-tiempo en presencia de
una masa. Así, el tiempo pasa más lentamente en proximidad de un campo
gravitacional como el de un planeta que en el vacío del espacio.
Un nuevo estudio pone en duda uno de los principios esenciales de la física clásica.
Una
parte del laboratorio instalado para el experimento de la Universidad
Técnica de Delft, donde dos diamantes situados a 1,3 kilómetros de
distancia se entrelazaron y compartieron información. / Universidad de Delft.
Científicos de la Universidad Técnica de Delft (Holanda) han
realizado un experimento que, en su opinión, demuestra una de las
afirmaciones fundamentales de la teoría cuántica: los objetos separados
entre sí por una gran distancia pueden afectar instantáneamente a sus
respectivos comportamientos.
El hallazgo constituye un nuevo revés para uno de los principios esenciales de la física clásica, conocido como “localidad”, que afirma que un objeto solo se ve directamente influido por su entorno inmediato. El estudio de Delft, publicado en la revista Nature,
otorga mayor credibilidad a una idea que Einstein rechazó sonadamente.
El científico afirmó que la teoría cuántica necesitaba una “acción
fantasmagórica a distancia”, y se negó a aceptar la idea de que el
universo pudiese comportarse de una manera tan extraña y aparentemente
aleatoria.
En concreto, Einstein se burlaba del concepto de que las partículas
separadas pudiesen estar tan plenamente “entrelazadas” que, al medir una
partícula, la otra se viera influida al instante, independientemente de
la distancia que las separase. Einstein quedó profundamente contrariado
por la incertidumbre que introducía la teoría cuántica, y comparó sus implicaciones con que Dios jugase a los dados.
El reto es bastante claro. Papá Noel necesita entregar todos sus regalos en 24 horas: ¿cómo puede lograrlo? Bueno, tiene que ser inteligente, creativo y algo más.
Para empezar, los números no se ven tan mal como podrías pensar.
Unicef dice que hay 2.200 millones de niños en el mundo. Pero recordemos que Santa Claus sólo entrega regalos a los niños buenos (de todas las religiones, incluyendo ateos, agnósticos, etc.).
Así que vamos a estimar el 50% de los niños pasan la prueba. ¡Y eso puede ser un cálculo generoso!
Muchos de los niños viven en la misma casa, por lo que si tomamos el promedio mundial de 2,5 niños por hogar y esperamos que los niños buenos estén juntos, sólo podría tener que visitar 440 millones de hogares.
También podría tener más de 24 horas.
Roger Highfield, autor de "La Física de Navidad, calcula que si se viaja en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra, San Nicolás tendría otras 24 horas para llevar a cabo su misión.
Pero aun así, esto seguramente no sea suficiente tiempo para un trabajo de tal magnitud.
Entonces, ¿cómo lo hace? Aquí hay cinco posibles respuestas:
Podría volar muy, muy rápidamente
Según Highfield, exeditor de la revista New Scientist, Papá Noel tendría que acercarse a la velocidad de la luz con el fin de entregar todos los regalos.
A 300.000 kilómetros por segundo, podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.
A 300.000 kilómetros por segundo, Papá Noel podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.
Aunque esto podría explicar por qué la nariz del reno Rodolfo se ve tan roja, no parece posible.
A esta velocidad San Nicolás iría arrinconado contra el asiento del trineo por las enormes fuerzas y él, sus renos y el trineo simplemente se quemarían en la atmósfera.
...o tal vez usar un ejército de elfos
En base a nuestros cálculos anteriores, Santa Claus tiene que visitar 440 millones de hogares.
El Servicio Postal de Estados Unidos dice que maneja cerca del 40% de la correspondencia mundial y realiza alrededor de 158.000 millones de envíos cada año, un promedio de 434 millones artículos al día.
El Servicio Postal de EE.UU. entrega un promedio de 434 millones de artículos al día.
Así que si utilizara su plantilla de más de 600.000 empleados y una de las mayores flotas de vehículos en el mundo, San Nicolás podría ser capaz de hacer el trabajo. O casi.
Pero aunque los elfos le pueden ayudar con la logística en la trastienda, sólo hay un Papá Noel para las entregas.
Sin embargo, todavía le queda el camino de la física.
Quizás utiliza agujeros espacio-temporales
Para entender cómo funcionan, imagínate que dibujas tu casa en el lado izquierdo de una hoja de papel y la de tu amigo en el lado derecho, con un camino que las une.
Papá Noel podría aprovecharse de los agujeros espacio-temporales.
Un agujero espacio-temporal sería como doblar el papel por la mitad –las casas ahora están enfrentadas por detrás–, y Papá Noel puede utilizar su profundo conocimiento de la Teoría de la Relatividad para viajar a través del papel sin tener que seguir la línea de la ruta.
¡Mucho más rápido!
...o crea una nube de relatividad
Larry Silverberg, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Carolina del Norte (EE.UU.), también sostiene que Papá Noel es experto en manipular y controlar el tiempo y el espacio.
Él postula que podría crear una nube de relatividad en la que el espacio, el tiempo y la luz se perciben de una manera completamente diferente a como se perciben fuera de esta nube.
"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.
"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.
Aquellos de nosotros fuera de esa nube sólo veríamos un momento fugaz. Y seis meses dentro de ella es apenas un abrir y cerrar de ojos para nosotros. Es por ello que Santa no tiene prisa para entregar los regalos.
Según Silverberg, Papá Noel literalmente tiene todo el tiempo en el mundo.
... o recurre a la física cuántica
Papá Noel también podría recurrir a un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.
Así lo afirma Daniel Tapia, científico en los laboratorios en Ginebra del Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).
Papá Noel podría comportarse como un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.
"Puede ser que Santa Claus sea una superposición de estados cuánticos, en otras palabras, una colección de Santas difundidos en todo el planeta".
Siguiendo la teoría del físico mexicano, cada uno de los estados cuánticos de Papá Noel daría un regalo a cada niño que esté dormido en ese momento.
Si un solo niño lo viera, su estado cuántico se derrumbaría y no podría entregar más regalos.
Así que por favor, niños, ¡duerman bien! La maravilla de Santa depende de que nunca lo veamos. Si lo llegamos a ver, deja de existir.
Según Albert Einstein, el tiempo y el espacio
eran sencillamente diferentes aspectos de la misma entidad que ahora se
conoce como "espacio-tiempo". Por ende, parece plausible que ambas empezaron a existir simultáneamente. Habiendo dicho lo cual, investigaciones
recientes que combinan el trabajo de Einstein y la teoría cuántica ha
llevado a algunos teóricos a concluir que el espacio podría haber
generado el fenómeno que experimentamos como tiempo. Fuente: BBC Ciencia
Al hablar de la relatividad especial
siempre nos da la impresión, al menos a mí me pasa, de que estamos
tratando con una teoría que explica fenómenos que difícilmente tendrán
una influencia directa en cosas tangibles para nosotros. Siempre tenemos
a mano efectos chulos de partículas que “viven” más porque van a
velocidades cercanas a la de la luz, los gemelos se hacen un lío con los
años, las llaves no entran en las cerraduras, etc. Pero la pregunta es
¿Hay algo que nos rodee que manifieste características relativistas?
Y la respuesta está en la química.
En esta entrada no pretendo ser
exhaustivo, tan solo quiero dar una lista de fenómenos, cotidianos, que
no podrían darse de no verificarse las leyes de la relatividad especial.
Como siempre, la naturaleza es maravillosa
Núcleos, electrones y orbitales
Generalmente nos dicen que las
propiedades químicas de los elementos vienen determinadas por sus
configuraciones electrónicas. Los átomos están compuestos por núcleos
(con un número dado de protones y neutrones por allí) y electrones
atraidos por este mediante la interacción eléctrica. Para entender estos
hechos tenemos que recurrir a la mecánica cuántica. Muy brevemente
(para una información más extensa: Orbitales Atómicos):
Los electrones se disponen en orbitales.
Estos orbitales vienen determinados por
la energía del electrón (que solo puede tomar determinados valores), su
momento angular, y su espín.
En los orbitales encontramos la
información de con qué probabilidad encontraremos al electrón con una
determinada energía y momento angular a una distancia R del núcleo y en
una determianda dirección.
Con esta información se pueden dar cuenta
de las propiedades químicas y físicas de los elementos y se puede
entender la organización de los mismos en la tabla periódica.
Si le preguntamos a un físico o un
químico, nos dirán que esto viene descrito esencialmente por la ecuación
de Schrödinger. Esto implica que los efectos relativistas (que serían
necesarios si los electrones se movieran a fracciones apreciables de la
velocidad de la luz) no se consideran necesarios para un buen
entendimiento de la química. Y esta es la opinión más generalizada, de
hecho, se estudia poco de esto en las carreras de física o química (por
no decir nada).
Así pues, la relatividad especial parece
algo que solo tiene importancia en cuestiones que involucran a
partículas de alta energía que se mueven a muy alta velocidad. Pero no
siempre es así.
Ahora presentaremos el argumento por el
cual la relatividad influye en la química de algunos elementos muy
usuales en nuestras vidas y hablaremos de algunos ejemplos.
La relatividad y su influencia en los átomos
Cuando uno estudia los orbitales atómicos
puede calcular cual es la velocidad promedio de los mismos. Según los
cálculos esta velocidad media tiene la siguiente dependencia:
Es decir, la velocidad aumenta con el
número atómico (número de protones en el núcleo). Esto implica que la
química de los elementos pesados de la tabla periódica dependerá de
características relativistas.
Uno de los principales efectos que tiene esto es lo siguiente:
Para núcleos con número atómico alrededor de 70 las velocidades de
los electrones son superiores a 0.5c. A estas velocidades los efectos
relativistas ya son apreciables.
Dado que a estas velocidades las
energías de los electrones se pueden asociar a un incremento de su masa
efectiva (y esto solo es un truco matemático, lo que se llama la masa
relativista). Ocurre que los orbitales de tipo s y p “disminuyen su
tamaño” y bajan sus energías.
El radio promedio de un orbital se puede asociar a lo que se llama como radio de Bohr:
Así pues, se produce una contracción orbital si consideramos una masa relativista en vez de una masa no relativista.
Además se producen cambios en los niveles de energía:
En un mundo relativista, como el nuestro,
los orbitales s y p tienen menor energía y los orbitales d y f tienen
mayor energía que en los respectivos casos no-relativistas.
Mira tu anillo y verás la relatividad
Si la química está en lo cierto, todos
los elementos de un grupo tienen que tener propiedades parecidas. Sin
embargo, cuando uno mira la plata y el oro los podemos distinguir a
simple vista sin más que ver su color.
¿Por qué la plata tiene color metálico plateado y el oro es amarillo?
Esta cuestión solo se puede responder en
un contexto relativista. El color de estos metales es debido a una
transición entre el nivel 5d y el 6s. Para la plata esta transición es
muy poco probable porque la separación energética de estos niveles es
grande. Pero el oro, con un Z=79 la relatividad obliga a que esos
niveles estén más cercanos y la transición energética está en el rango
óptico y es lo que explica su color característico.
En un mundo no relativista el oro tendría el color de la plata.
El mercurio
El mercurio es ese metal líquido. ¿Un
metal líquido? ¿Un metal con un punto de fusión tan bajo que es líquido a
temperaturas usuales?
Pues sí, este metal tiene las características que tiene por culpa de la relatividad.
La temperatura de fusión del oro es de
unos 1000ºC y la del mercurio -39ºC. La diferencia no es poca, lo cual
es sorprendente, porque están muy cerca el uno del otro en la tabla
perdiódica, de hecho están al lado.
La diferencia entre el oro y el mercurio
está en que el mercurio tiene su orbital 6s (contraido
relativisticamente) lleno (el del oro tiene un hueco libre). Esto hace
que las uniones Hg-Hg sean muy débiles y esencialmente sean uniones de
Van der Walls. Eso le confiere las propiedades tan típicas a este
elemento.
Abre tu coche
Las baterías que generalmente llevan los coches son las de Plomo/Ácido.
Estas baterías producen corriente a través de unas reacciones de
oxidación/reducción (mueven electrones de un átomo a otro). El caso es
que las reacciones típicas involucran un ión del plomo, el y .
Esto se consigue llevando electrones desde el orbital 6s contraido al
6p. Este proceso no es fácil de conseguir, está muy inhibido, y es lo
que hace posible que estas baterías funcionen. Sin la relatividad no lo
harían.
Lo obvio
Aparte de lo dicho, está claro que todas
las características químicas de los elementos que involucran al espín,
los acoplos espín-órbita, etc, son muestras de que vivimos en un
universo donde operan las leyes dadas por la relatividad especial. El
espín de las partículas es una consecuencia directa de la relatividad
especial en la definición del concepto de partícula. Por lo tanto,
cualquier fenómeno que dependa del espín es una muestra de la influencia
de la relatividad, por poner un ejemplo, las resonancias magnéticas son
una prueba palpable de que vivimos en un sitio relativista .
Aquí solo hemos pretendido mostrar, muy
por encima, que a veces las cosas que nos parecen más alejadas de
nuestra experiencia en realidad tienen una influencia directa en
nuestras vidas. Vivimos en el universo que vivimos y eso hace que
podamos rastrear sus consecuencias hasta en las situaciones más
insospechadas.
Desgraciadamente, no se suele puntualizar
este hecho muy a menudo ni en las clases, ni en los libros de texto.
Sin embargo, es interesante tener todo esto en mente, porque vivimos en
un sitio sorprendente.
Nos seguimos leyendo…
Un artículo muy interesante sobre todos estos temas, para profundizar:
Una masiva enana blanca curva la luz de su compañera (recreación)
El telescopio espacial Kepler ha sido testigo de como una estrella
muerta curva la luz de la estrella que acompaña. El descubrimiento está
entre las primeras detecciones de este fenómeno (predicho por la teoría
general de la relatividad de Einstein) en estrellas binarias.
La enana blanca observada tiene aproximadamente el tamaño de nuestra
Tierra, aunque una masa parecida a la de nuestro Sol. Su otra compañera
de viaje es una enana roja que, aún siendo mayor de tamaño, orbita
alrededor de la primera.
Las primeras observaciones llevaron a pensar que se trataba de un
gigante gaseoso del tamaño de Júpiter eclipsando la luz de la enana
roja. Posteriores mediciones con el telescopio Hale en San Diego
descubrieron que la enana roja estaba moviéndose alrededor del supuesto
planeta en un movimiento similar al de una peonza, ese movimiento era
demasiado grande como para ser causado por un gigante gaseoso. Había que
dar otra respuesta para explicar ese baile gravitacional, y la
encontraron en forma de una enana blanca muy masiva.
El gráfico nos muestra las típicas curvas de brillo que usa Kepler
para la detección de exoplanetas orbitando alrededor de su estrella
madre. La curva de la izquierda es lo que primeramente se interpretó
como el paso de un gigante gaseoso por delante de una enana roja, con la
típica disminución en la curva de brillo. Realmente lo que se estaba
viendo era el eclipse de una enana blanca por parte de su compañera, la
disminución del brillo se debía a la gran masa de la estrella restando
luz a su menos masiva compañera.
La gráfica de la derecha nos muestra que pasa cuando la enana blanca
pasa por delante de la roja. La disminución del brillo es increíblemente
sutil debido al pequeño tamaño de la enana blanca (recordemos
comparable a nuestra Tierra). Los puntos azules marcan la disminución
del brillo acorde con el tamaño de la enana blanca, la línea roja lo que
realmente se observa en el tránsito, su masa es enorme, la gravedad
curva y magnifica la luz de la enana roja, dando lugar a lo que predijo
Einstein, una lente gravitacional.
Esta misión no deja de darnos sorpresas, además de ser una de las
mayores fuentes a la hora del descubrimiento de exoplanetas, también nos
ayuda a poner imágenes a teorías que hasta ahora solo se mostraban
sobre el papel.
Engels y el método del marxismo. ¿Qué hay detrás del intento de separación entre el método del marxismo y el marxismo?
I. Movimiento, materia y teoría del conocimiento
Movimiento único absoluto en la naturaleza.
Consideraciones sobre el concepto de materia y teoría del conocimiento.
II. La teoría de la relatividad y el materialismo dialéctico Introducción.
Teoría especial de la relatividad (unidad dialéctica materia y energía).
Teoría general de la relatividad (unidad dialéctica materia, espacio y tiempo).
Teoría de la relatividad. ¿Materialismo o idealismo?
III. Teoría del caos y materialismo dialéctico Introducción.
Teoría del caos: susceptibilidad a las condiciones iniciales. Necesidad y accidente.
El caos que nace del orden: Atractores extraños.
El orden del caos: Fractalidad (atractores extraños).
El orden que nace del caos: Ventanas de orden.
La creatividad del caos: La objetividad progresiva del tiempo.
IV. Mecánica cuántica y dialéctica Introducción.
Mecánica cuántica estándar
Los saltos cuánticos o saltos dialécticos en la mecánica cuántica.
El campo magnético y el espectro electromagnético: unidad y lucha de contrarios y negación de la negación.
Dualidad onda partícula o unidad de contrarios.
El ‘Principio de incertidumbre’.
Física cuántica relativista
Unidad y lucha de contrarios, negación de la negación y saltos cualitativos.
Materia y antimateria, unidad de contrarios.
Las partículas elementales y el desarrollo del universo: unidad dialéctica de lo finito y lo infinito.
Conclusiones
A. Los saltos cualitativos.
B. Unidad y lucha de contrarios.
C. Negación de la negación.
INTRODUCCIÓN El mundo, unidad de todo, no ha sido creado por ningún Dios, ni por
ningún hombre, sino que ha sido, es y será un fuego eternamente vivo que
se enciende y se apaga según leyes
Imagen de Plutón captada por la sonda New Horizons. / NASA
Para
sorpresa de los científicos, se ha descubierto que el sistema linfático
también actúa en el cerebro. / Jonathan Kipnis and Antoine Louveau
.
El experimento para demostrar la conexión de las partículas se realizó
con dos electrones en el interior de pequeños diamantes. / ICFO
.
Reconstrucción de Homo naledi por el paleoartista John Gurche, que pasó
más de 700 horas para recrear la cabeza a partir de los escáneres de
los huesos. / Mark Thiessen/National Geographic
El esqueleto del hombre de Kennewick y una reconstrucción de su rostro / Brittney Tatchell, Smithsonian Institution
y 
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Esto se consigue llevando electrones desde el orbital 6s contraido al
6p. Este proceso no es fácil de conseguir, está muy inhibido, y es lo
que hace posible que estas baterías funcionen. Sin la relatividad no lo
harían.
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