El nacimiento de una nueva era

El nacimiento de una nueva era

El nacimiento de una nueva era

Cuando el siglo XIX se acercaba irremisible a su final, los científicos podían considerar con satisfacción que habían aclarado la mayoría de los misterios del mundo físico: electricidad, magnetismo, gases, óptica, acústica, cinética y mecánica estadística, por mencionar solamente unos pocos, estaban todos alineados en orden ante ellos. Habían descubierto los rayos X, los rayos catódicos, el electrón y la radiactividad, inventado el ohmio, el vatio, el kelvin, el julio, el amperio y el pequeño ergio. Si algo se podía hacer oscilar, acelerar, perturbar, destilar, combinar, pesar o gasificar lo habían hecho, y habían elaborado en el proceso un cuerpo de leyes universales tan sólido y majestuoso que todavía tendemos a escribirlas con mayúsculas: la Teoría del Campo Electromagnético de la Luz, la Ley de Proporciones Recíprocas de Richter, la Ley de los Gases de Charles, la Ley de Volúmenes Combinatorios, la Ley del Cero, el Concepto de Valencia, las Leyes de Acción de Masas y otras innumerables leyes más. El mundo entero traqueteaba y resoplaba con la maquinaria y los instrumentos que había producido su ingenio. Muchas personas inteligentes creían que a la ciencia ya no le quedaba mucho por hacer. Se equivocaban.

Max Planck en su época de estudianteEn 1875, cuando un joven alemán de Kiel, llamado Max Planck, estaba decidiendo si dedicaba su vida a las matemáticas o a la física, le instaron muy encarecidamente a no elegir la física porque en ella ya estaba todo descubierto. El siglo siguiente, le aseguraron, sería de consolidación y perfeccionamiento, no de revolución. Planck no hizo caso. Estudió física teórica y se entregó en cuerpo y alma a trabajar sobre la entropía, un proceso que ocupa el centro de la termodinámica, que parecía encerrar muchas posibilidades para un joven ambicioso. (Para entender mejor qué es, valga este simil: Una baraja nueva recién sacada del estuche, ordenada por palos y numéricamente del as al rey, puede decirse que está en su estado ordenado. Barajemos las cartas y la pondremos en un estado desordenado. La entropía es un medio de medir exactamente lo desordenado que está ese estado y de determinar la probabilidad de ciertos resultados con posteriores barajeos. Hay más, pero la idea general es esa.) En 1891 Planck obtuvo los resultados que buscaba pero se encontró con la decepción de que el trabajo importante sobre la entropía en realidad ya se había hecho. En este caso lo había realizado un solitario profesor de la Universidad de Yale llamado J. Willard Gibbs. (Decir que Planck fue bastante desgraciado en la vida. Su amada primera esposa murió pronto, y al más pequeño de sus hijos lo mataron durante la I Guerra Mundial. Tenía también dos hijas gemelas a las que adoraba. Una murió de parto. La superviviente fue a hacerse cargo del bebé y se enamoró del marido de su hermana. Se casaron y, al cabo de dos años, ella murió también de parto. En 1944, cuando Planck contaba con ochenta y cinco años de edad, una bomba de los Aliados cayó en su casa y lo perdió todo: artículos, notas, diarios… aquello que había acumulado a lo largo de toda una vida. Al año siguiente, el hijo que le quedaba fue detenido y ejecutado por participar en una conspiración para matar a Hitler.)

Josiah Willard GibbsPero nos habíamos quedado en Gibbs, tal vez la persona más inteligente de la que la mayoría de la gente haya oído hablar. Recatado hasta el punto de rozar la invisibilidad, pasó casi la totalidad de su vida, salvo los tres años que estuvo estudiando en Europa, sin salir de un espacio de tres manzanas en que se incluían su casa y el campus de Yale de New Haven, Connecticut. Durante sus diez primeros años en Yale, ni siquiera se molestó en cobrar el sueldo. (Tenía medios propios suficientes.) Desde 1871, fecha en la cual se incorporó como profesor a la universidad, hasta 1903, cuando murió, sus cursos atrajeron a una media de poco más de un alumno por semestre. Su obra escrita era difícil de seguir y utilizaba una forma personal de anotación que resultaba para muchos incomprensible. Pero enterradas entre sus arcanas formulaciones había ideas penetrantes de la inteligencia más excelsa.

Entre 1875 y 1878 Gibbs escribió una serie de artículos, titulados colectivamente ‘Sobre el equilibrio de los sistemas heterogéneos’, que aclaraba los principios termodinámicos de…, bueno, de casi todo: “Gases, mezclas, superficies, sólidos, cambios de fase… reacciones químicas, células electroquímicas, sedimentación y ósmosis”, por citar a William H. Cropper. Lo que Gibbs hizo fue, en esencia, mostrar que la termodinámica no se aplicaba simplemente al calor y la energía al tipo de escala grande y ruidosa del motor de vapor, sino que estaba también presente en el nivel atómico de las reacciones químicas e influía en él. Ese libro suyo ha sido calificado de “los Principia de la termodinámica”, pero, por razones difíciles de adivinar, Gibbs decidió publicar estas observaciones trascendentales en la ‘Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences’, una revista que conseguía pasar casi desapercibida incluso en Connecticut, que fue la razón por la que Planck no oyó hablar de él hasta que ya era demasiado tarde.

Planck, sin desanimarse -tal vez sí estuviese algo desanimado-, pasó a interesarse por otras cuestiones. También nos interesaremos nosotros por ellas en un instante, pero antes hay que hacer un leve (¡pero relevante!) desvío hasta una institución de Cleveland, Ohio, que se llamaba por entonces Case School of Applied Science. En ella, un físico que se encontraba en aquel momento al principio de la edad madura, de nombre Albert Michelson, y su amigo el químico Edward Morley se embarcaron en una serie de experimentos que produjo unos resultados curiosos e inquietantes que habrían de tener repercusiones en mucho de lo que seguiría.

Albert Abraham Michelson y Edward Williams MorleyLo que Michelson y Morley hicieron, sin pretenderlo en realidad, fue socavar una vieja creencia en algo llamado el éter luminífero, un medio estable, invisible, ingrávido, sin fricción y por desgracia totalmente imaginario que se creía que impregnaba el universo entero. Concebido por Descartes, aceptado por Newton y venerado por casi todos los demás desde entonces, el éter ocupó una posición de importancia básica en la física del siglo XIX para explicar cómo viajaba la luz a través del vacío del espacio. Se necesitó, sobre todo, en la década de 1800, porque la luz y el electromagnetismo se consideraron ondas, es decir, tipos de vibraciones. Las vibraciones tienen que producirse en algo; de ahí la necesidad del éter y la prolongada devoción hacia él. El gran físico británico J. J. Thompson insistía en 1909: “El éter no es una creación fantástica del filósofo especulativo; es tan esencial para nosotros como el aire que respiramos”, eso más de cuatro años después de que se demostrase indiscutiblemente que no existía. En suma, la gente estaba realmente apegada al éter.

Si necesitásemos ejemplificar la idea de los Estados Unidos del siglo XIX como un país de oportunidades, difícilmente podríamos encontrar un ejemplo mejor que la vida de Albert Michelson. Nacido en 1852 en la frontera germanopolaca, en una familia de comerciantes judíos pobres, llegó de muy pequeño a EE.UU. con su familia y se crió en un campamento minero de la región californiana de la fiebre del oro, donde su padre tenía una tienda. Demasiado pobre para pagarse los estudios en una universidad, se fue a la ciudad de Washington y se dedicó a holgazanear junto a la puerta de entrada de la Casa Blanca para poder colocarse al lado del presidente, Ulysses S. Grant, cuando salía a oxigenarse y estirar las piernas dando un paseo. (Era, no cabe duda, una época más inocente.) En el curso de esos paseos, Michelson consiguió llegar a congraciarse tanto con el presidente que éste accedió a facilitarle una plaza gratuita en la Academia Naval. Fue allí donde Michelson aprendió física.

Diez años más tarde, cuando era ya profesor de la Case School of Applied Science de Cleveland, Michelson se interesó por intentar medir una cosa llamada desviación del éter, una especie de viento de proa que producían los objetos en movimiento cuando se desplazaban por el espacio. Una de las predicciones de la física newtoniana era que la velocidad de la luz, cuando surcaba el éter, tenía que variar respecto a un observador según que éste estuviese moviéndose hacia la fuente de luz o alejándose de ella, pero a nadie se le había ocurrido un procedimiento para medir eso. Michelson pensó que la Tierra viaja una mitad del año hacia el Sol y se aleja de él la otra mitad. Consideró que, si se efectuaban mediciones lo suficientemente cuidadosas en estaciones opuestas y se comparaba el tiempo de recorrido de la luz en las dos, se obtendría la solución.

Interferómetro de MichelsonMichelson habló con Alexander Graham Bell, inventor recién enriquecido del teléfono, y le convenció de que aportase fondos para construir un instrumento ingenioso y sensible, ideado por Michelson y llamado interferómetro, que podría medir la velocidad de la luz con gran precisión. Luego, con la ayuda del genial pero misterioso Morley, Michelson se embarcó en dos años de minuciosas mediciones. Era un trabajo delicado y agotador, y, aunque tuvo que interrumpirse durante un tiempo para permitir a Michelson afrontar una crisis nerviosa breve e intensa, en 1887 tenían los resultados. Y no eran en modo alguno lo que los dos científicos habían esperado encontrar. Como escribió el astrofísico del Instituto Tecnológico de California Kip S. Thorne: “La velocidad de la luz resultó ser la misma en todas las direcciones y en todas las estaciones”. Era el primer indicio en doscientos años (en doscientos años exactamente, además) de que las leyes de Newton podían no tener aplicación en todas partes. El resultado obtenido por Michelson-Morley se convirtió, en palabras de William H. Cropper, “probablemente en el resultado negativo más famoso de la historia de la física”. Michelson obtuvo el premio Nobel de Física por su trabajo -fue el primer estadounidense que lo obtenía-, pero no hasta dos décadas más tarde. Entre tanto, los experimentos de Michelson-Morley flotarían en el trasfondo del pensamiento científico como un desagradable aroma mohoso.

Sorprendentemente, y a pesar de su descubrimiento, cuando alboreaba el siglo XX, Michelson se contaba entre los que creían que el trabajo de la ciencia estaba ya casi acabado, que quedaban solamente unas cuantas torrecillas y pináculos que añadir, unas cuantas cumbreras que construir. Pero en realidad, claramente, el mundo estaba a punto de entrar en un siglo de la ciencia en el que muchos no entenderían nada y no habría nadie que lo entendiese todo. Los científicos no tardarían en sentirse perdidos en un reino desconcertante de partículas y antipartículas, en que las cosas afloraban a la existencia y se esfumaban de ella en periodos de tiempo que hacían que los nanosegundos pareciesen lentos, pesados y sin interés, en que todo era extraño. La ciencia estaba desplazándose de un mundo de macrofísica, en que se podían coger y medir los objetos, a otro de microfísica, en que los acontecimientos sucedían con inconcebible rapidez en escalas de magnitud muy por debajo de los límites imaginables. Estábamos a punto de entrar en la era cuántica, y la primera persona que empujó la puerta fue el hasta entonces desdichado Planck.

En 1900, cuando era un físico teórico de la Universidad de Berlín, y a la edad de cuarenta y dos años, Planck desveló una nueva “teoría cuántica”, que postulaba que la energía no es una cosa constante como el agua que fluye, sino que llega en paquetes individualizados a los que él llamó “cuantos”. Era un concepto novedoso. A corto plazo ayudaría a dar una solución al rompecabezas de los experimentos de Michelson-Morley, ya que demostraba que la luz no necesitaba en realidad una onda. A largo plazo pondría los cimientos de la física moderna. Era, de cualquier modo, el primer indicio de que el mundo estaba a punto de cambiar.

Pero el acontecimiento que hizo época (el nacimiento de una nueva era) llegó cuando apareció en la revista de física alemana, ‘Annalen der Physik’, una serie de artículos de un joven oficinista suizo que no tenía ninguna vinculación universitaria, ningún acceso a un laboratorio y que no disfrutaba del uso de más biblioteca que la de la Oficina Nacional de Patentes de Berna, donde trabajaba como inspector técnico de tercera clase. (Una solicitud para que le ascendieran a inspector técnico de segunda había sido rechazada recientemente.) Este burócrata se llamaba Albert Einstein, y en aquel año crucial envió a Annalen der Physik cinco artículos, de los que, según C. P. Snow, tres “figurarían entre los más importantes de la historia de la física”. Uno de ellos analizaba el efecto fotoeléctrico por medio de la nueva teoría cuántica de Planck, otro el comportamiento de pequeñas partículas en suspensión (lo que se conoce como movimiento browniano) y el otro esbozaba la Teoría Especial de la Relatividad. El primero proporcionaría al autor un premio Nobel y explicaba la naturaleza de la luz -y ayudó también a hacer posible la televisión, entre otras cosas-. El segundo proporcionó pruebas de que los átomos existían realmente… un hecho que había sido objeto de cierta polémica, aunque parezca sorprendente. El tercero sencillamente cambió el mundo.

Einstein había nacido en Ulm, en la Alemania meridional, en 1879, pero se crió en Múnich. Hubo poco en la primera parte de su vida que anunciase la futura grandeza. Es bien sabido que no aprendió a hablar hasta los tres años. En la década de 1890 quebró el negocio de electricidad de su padre y la familia se trasladó a Milán, pero Albert, que era por entonces un adolescente, fue a Suiza a continuar sus estudios… aunque suspendió los exámenes de acceso a los estudios superiores en un primer intento. En 1896 renunció a la nacionalidad alemana para librarse del servicio militar e ingresó en el Instituto Politécnico de Zúrich para hacer un curso de cuatro años destinado a formar profesores de ciencias de secundaria. Era un estudiante inteligente, pero no excepcional. Se graduó en 1900 y, al cabo de pocos meses, empezó a enviar artículos a Annalen der Physik. El primero, sobre la física de fluidos en las pajas que se utilizan para beber -nada menos-, apareció en el mismo número que el de la teoría cuántica de Planck. De 1902 a 1904 escribió una serie de artículos sobre mecánica estadística, pero no tardó en enterarse de que el misterioso y prolífico J. Willard Gibbs de Connecticut había hecho también ese trabajo en su Elementary Principies of Statistical Mechanics (“Principios elementales de la mecánica estadística”) de 1901. Albert se había enamorado de una compañera de estudios, una húngara llamada Mileva Maric. En 1901 tuvieron una hija sin estar todavía casados y la entregaron discretamente en adopción. Einstein nunca llegó a ver a esa hija. Dos años después, se casaron. Entre un acontecimiento y otro, en 1902, Einstein entró a trabajar en una oficina de patentes suiza, en la que continuaría trabajando los siete años siguientes. Le gustaba aquel trabajo: era lo bastante exigente como para ocupar su pensamiento, pero no tanto como para que le distrajese de la física. Ese fue el telón de fondo sobre el que elaboró en 1905 la Teoría Especial de la Relatividad. Einstein fue honrado, sin mucha precisión, “por servicios a la física teórica”. Tuvo que esperar dieciséis años, hasta 1921, para recibir el premio, que es mucho tiempo si consideramos todo el asunto, pero muy poca cosa si lo comparamos con el caso de Frederick Reines, que detectó el neutrino en 1957 y no fue honrado con un Nobel hasta 1995, treinta y ocho años después, o el alemán Ernst Ruska, que inventó el microscopio electrónico en 1931 y recibió su premio Nobel en 1986, más de medio siglo después del hecho. (Como los premios Nobel nunca se conceden a título póstumo, la longevidad puede ser un factor tan importante como la inteligencia para conseguirlo.)

‘Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento’ es uno de los artículos científicos más extraordinarios que se hayan publicado jamás, tanto por la exposición como por lo que dice. No tenía ni notas al pie ni citas, casi no contenía formulaciones matemáticas, no mencionaba ninguna obra que lo hubiese precedido o influido y solamente reconocía la ayuda de un individuo, un colega de la oficina de patentes llamado Michele Besso. Era, escribió C. P. Snow, como si Einstein “hubiese llegado a aquellas conclusiones por pensamiento puro, sin ayuda”, sin escuchar las opiniones de otros. En una medida sorprendentemente grande, era precisamente eso lo que había hecho.

E=mc2Su famosa ecuación, E=mc2, no apareció en el artículo sino en un breve suplemento que le siguió unos meses después. Como recordaremos de nuestra época de estudiantes, en la ecuación, E representa la energía, m la masa y c2 el cuadrado de la velocidad de la luz. (Es un tanto misterioso cómo llegó ‘c’ a ser el símbolo de la velocidad de la luz, pero David Bodanis comenta que probablemente proceda del latín celeritas, que significa rapidez. El volumen correspondiente del Oxford English Dictionary, que se compiló una década antes de la teoría de Einstein, identifica c como un símbolo de muchas cosas, desde el carbono al críquet, pero no la menciona como símbolo de la luz o de la rapidez.) Lo que viene a decir la ecuación, en términos más simples, es que masa y energía tienen una equivalencia. Son dos formas de la misma cosa: energía es materia liberada; materia es energía esperando suceder. Puesto que c2 (la velocidad de la luz multiplicada por sí misma) es un número verdaderamente enorme, lo que está diciendo la ecuación es que hay una cuantía inmensa -verdaderamente inmensa- de energía encerrada en cualquier objeto material.

Es posible que no te consideres excepcionalmente corpulento, pero si eres un adulto de talla media contendrás en tu modesta estructura un mínimo de 7×10^18 julios de energía potencial… lo suficiente para estallar con la fuerza de treinta bombas de hidrógeno muy grandes, suponiendo que supieses liberarla y quisieses realmente hacerlo. Todas las cosas tienen ese tipo de energía atrapada dentro de ellas, lo único que pasa es que no se nos da demasiado bien sacarla. Hasta una bomba de uranio (la cosa más energética que hemos fabricado hasta la fecha) libera un ligerísimo porcentaje de la energía que podría liberar (¡ay, si fuésemos un poco más inteligentes!)

La teoría de Einstein explicaba, entre otras muchas cosas, cómo un trozo de uranio podía emitir corrientes constantes de energía de elevado nivel sin derretirse como un cubito de hielo. (Podía hacerlo convirtiendo masa en energía con una eficiencia extrema a E=mc2.) Explicaba cómo las estrellas podían arder miles de millones de años sin agotar su combustible. (Por lo mismo.) De un plumazo, en una simple fórmula, Einstein proporcionó a los geólogos y a los astrónomos el lujo de miles de millones de años. Sobre todo, la teoría especial mostraba que la velocidad de la luz era constante y suprema. Nada podía superarla. Llevaba la luz -no se pretende ningún juego de palabras concreto- hasta el corazón mismo de nuestra interpretación de la naturaleza del universo. También resolvía, cosa nada desdeñable, el problema del éter luminífero dejando claro que no existía. Einstein nos proporcionó un universo que no lo necesitaba.

Los físicos no suelen hacer demasiado caso a lo que puedan decir los empleados de una oficina de patentes suiza, así que los artículos de Einstein atrajeron poca atención pese a la abundancia de nuevas que aportaban. En cuanto a Einstein, después de haber resuelto varios de los misterios más profundos del universo, solicitó un puesto como profesor universitario y fue rechazado, y luego otro como profesor de secundaria y le rechazaron también. Así que volvió a su trabajo de inspector de tercera clase… pero siguió pensando, por supuesto. Aún no se había ni aproximado siquiera al final. Cuando el poeta Paul Valéry le preguntó una vez a Einstein si llevaba un cuaderno encima para anotar sus ideas, él le miró con ligera pero sincera sorpresa: “Oh, no hace falta eso -contestó-. Tengo tan pocas veces una.” Ni qué decir tiene que cuando tenía una solía ser buena. La idea siguiente de Einstein fue una de las más grandes que haya tenido nadie nunca… la más grande en realidad, según Boorse, Motz y Weaver en su reflexiva historia de la ciencia atómica. “Como creación de una sola inteligencia -escriben- es sin duda alguna el logro intelectual más elevado de la humanidad”, que es probablemente el mejor elogio que alguien puede conseguir.

En 1907, o al menos eso se ha dicho en ocasiones, Albert Einstein vio caerse a un obrero de un tejado y se puso a pensar en la gravedad. Por desgracia, como tantas buenas anécdotas, también ésta parece ser apócrifa. Según el propio Einstein, estaba simplemente sentado en una silla cuando se le ocurrió pensar en el problema de la gravedad. Lo que concretamente se le ocurrió fue algo parecido al principio de una solución al problema de la gravedad, ya que para él había sido evidente desde el principio que una cosa que faltaba en la teoría especial era esa, la gravedad. Lo que tenía de “especial” la teoría especial era que trataba de cosas que se movían en un estado libre de trabas. Pero ¿qué pasaba cuando una cosa en movimiento (la luz, sobre todo) se encontraba con un obstáculo como la gravedad? Era una cuestión que ocuparía su pensamiento durante la mayor parte de la década siguiente y conduciría a la publicación, a principios de 1917, de un artículo titulado ‘Consideraciones cosmológicas sobre la Teoría General de la Relatividad’. La Teoría Especial de la Relatividad de 1905 fue un trabajo profundo e importante, por supuesto; pero, como comentó una vez C. P. Snow, si a Einstein no se le hubiera ocurrido en su momento, lo habría hecho algún otro, probablemente en el plazo de cinco años; era una idea que estaba esperando a surgir. Sin embargo, la teoría general era algo completamente distinto. “Sin eso -escribió Snow en 1979- es probable que aún hoy siguiésemos esperando la teoría.”

Con la pipa, la actitud cordial y modesta y el pelo electrificado, Einstein era un personaje demasiado espléndido para mantenerse permanentemente en la oscuridad. En 1919, terminada la guerra, el mundo le descubrió de pronto. Casi inmediatamente sus teorías de la relatividad adquirieron fama de ser algo que una persona normal no podía entender. No ayudó nada a disipar esa fama, como señala David Bodanis en su soberbio libro ‘E=mc2’, que el New York Times decidiese hacer un reportaje y -por razones que no pueden nunca dejar de despertar asombro- enviase a realizar la entrevista al corresponsal de golf de su plantilla, un tal Henry Crouch, que obviamente no sabía nada de todo aquel asunto y lo entendió casi todo al revés. Entre los errores de su reportaje que resultaron más perdurables, figura la afirmación de que Einstein había encontrado un editor lo suficientemente audaz para publicar un libro que solamente doce hombres “en todo el mundo podían entender”. No existía semejante libro, ni el editor, ni ese círculo de ilustrados, pero de todos modos la idea cuajó. El número de los que podían entender la relatividad no tardó en reducirse aún más en la imaginación popular… y se ha de decir que la comunidad científica hizo poco por combatir el mito. Así, por ejemplo, cuando un periodista le preguntó al astrónomo británico sir Arthur Eddington si era verdad que él era una de las tres únicas personas del mundo que podía entender las teorías de la relatividad de Einstein, Eddington lo consideró profundamente durante un momento y contestó: “Estoy intentando pensar quién es la tercera persona”. En realidad, el problema de la relatividad no era que exigiese un montón de ecuaciones diferenciales, transformaciones de Lorentz y otras cuestiones matemáticas complicadas (aunque las incluía… ni siquiera Einstein podía prescindir de algo de eso), sino lo poco intuitiva que era.

Lo que en esencia dice la relatividad es que el espacio y el tiempo no son absolutos sino relativos, tanto respecto al observador como a la cosa observada, y cuanto más deprisa se mueve uno más pronunciados pasan a ser esos efectos. Nunca podríamos acelerarnos hasta la velocidad de la luz y, cuanto más lo intentásemos (y más deprisa fuésemos), más deformados nos volveríamos respecto a un observador exterior.

Los divulgadores de la ciencia intentaron casi inmediatamente hallar medios de hacer accesibles esos conceptos a un público general. Uno de los intentos de mayor éxito -al menos desde el punto de vista comercial- fue ‘El ABC de la relatividad’, del matemático y filósofo Bertrand Russell. Russell se valió en él de una imagen que se ha utilizado después muchas veces. Pidió al lector que imaginara un tren de 100 metros de longitud, corriendo al 60% de la velocidad de la luz. Para alguien que estuviese parado en un andén viéndole pasar, el tren parecería tener sólo 80 metros de longitud y todo estaría comprimido en él de un modo similar. Si pudiésemos oír hablar a los pasajeros en el tren, daría la impresión de que hablan muy despacio y de que arrastran las palabras, como un disco puesto a menos revoluciones de las debidas, y también sus movimientos parecerían lentos y pesados. Hasta los relojes del tren parecerían funcionar a solamente cuatro quintos de su velocidad normal. Sin embargo -y ahí está el quid del asunto-, la gente del tren no tendría la menor sensación de esas distorsiones. A ellos les parecería completamente normal todo lo del tren. Seríamos nosotros, parados en el andén, quienes le pareceríamos extrañamente comprimidos y más lentos y pesados en nuestros movimientos. Todo ello se debe, claro, a nuestra posición respecto al objeto que se mueve. Este efecto se produce en realidad siempre que nos movemos. Si cruzamos en avión, pongamos por caso, Estados Unidos, nos bajaremos de él una diezmillonésima de segundo o así más joven que aquellos a los que dejamos atrás. Incluso al cruzar una habitación alteramos muy levemente nuestra propia experiencia del tiempo y del espacio. Se ha calculado que una pelota de béisbol, lanzada a 160 kilómetros por hora, aumenta 0,000000000001 gramos de masa en su trayecto hasta la base del bateador. Así que los efectos de la relatividad son reales y se han medido. El problema es que esos cambios son demasiado pequeños para llegar a producir una diferencia mínima que podamos percibir. Pero, para otras cosas del universo (la luz, la gravedad, el propio universo), son cuestiones que tienen importancia. Así que el hecho de que las ideas de la relatividad parezcan extrañas se debe solamente a que no experimentamos ese tipo de interacciones en la vida normal. Sin embargo, volviendo otra vez a Bodanis, todos nos enfrentamos normalmente a otros tipos de relatividad. Por ejemplo, respecto al sonido. Si estamos en un parque y hay alguien tocando una música molesta, sabemos que si nos desplazamos a un lugar más distante la música parecerá menos molesta. Eso no se deberá a que la música se haya hecho menos fastidiosa, claro, sino simplemente a que nuestra posición respecto a ella ha cambiado. Para algo demasiado pequeño o demasiado lento para reproducir esa experiencia (un caracol, por ejemplo), la idea de que una radio pudiese dar la impresión de producir dos volúmenes diferentes de música simultáneamente a dos observadores podría parecerle increíble. Pero, de todos los conceptos de la Teoría General de la Relatividad, el que es más desconcertante y choca más con la intuición es la idea de que el tiempo es parte del espacio. El instinto nos lleva a considerar el tiempo como algo eterno, absoluto, inmutable, a creer que nada puede perturbar su tictac firme y constante. En realidad, según Einstein, el tiempo es variable y cambia constantemente. Hasta tiene forma. Está vinculado -“inextricablemente interconectado”, según la expresión de Stephen Hawking- con las tres dimensiones del espacio, en una curiosa dimensión conocida como espacio-tiempo.

El espacio-tiempo suele explicarse pidiéndonos que imaginemos algo plano pero flexible (por ejemplo, un colchón o una placa de goma estirada) sobre la que descansa un objeto redondo y pesado, como por ejemplo una bola de hierro. El peso de la bola de hierro hace que el material sobre el que está apoyada se estire y se hunda levemente. Esto es más o menos análogo al efecto que un objeto de grandes dimensiones como el Sol (la bola de hierro) produce en el espacio-tiempo (el material flexible): lo hace estirarse, curvarse y combarse. Ahora bien, si echamos a rodar una bola más pequeña por la placa de goma, intentará desplazarse en línea recta tal como exigen las leyes newtonianas del movimiento, pero, al acercarse al objeto de gran tamaño y al desnivel de la placa pandeada, rodará hacia abajo, atraída ineludiblemente hacia el objeto de mayores dimensiones. Eso es la gravedad, un producto del pandeo del espacio-tiempo.

Todo objeto que tiene masa crea una pequeña depresión en el tejido del cosmos. Así el universo, tal como dijo Dennis Overbye, es “el colchón básico que se comba”. La gravedad desde ese punto de vista es más un resultado que una cosa; “no una ‘fuerza’, sino un subproducto del pandeo del espacio-tiempo”, en palabras del físico Michio Kaku: “En cierto modo la gravedad no existe; lo que mueve los planetas y las estrellas es la deformación de espacio y tiempo”.

La analogía del colchón que se comba no nos permite, claro, llegar más allá, porque no incorpora el efecto del tiempo. Pero, en realidad, nuestro cerebro solamente puede llevarnos hasta ahí, porque es casi imposible concebir una dimensión que incluya tres partes de espacio por una de tiempo, todo entretejido como los hilos de una tela. En cualquier caso, podemos coincidir en que se trataba de una idea terriblemente grande para un joven que miraba el mundo desde la ventana de una oficina de patentes de la capital de Suiza.

La Teoría General de la Relatividad de Einstein indicaba, entre otras muchas cosas, que el universo debía estar o expandiéndose o contrayéndose. Pero Einstein no era un cosmólogo y aceptó la concepción predominante de que el universo era fijo y eterno. Más o menos reflexivamente, introdujo en sus ecuaciones un concepto llamado la constante cosmológica, que contrarrestaba los efectos de la gravedad, sirviendo como una especie de tecla de pausa matemática. Los libros de historia de la ciencia siempre le perdonan a Einstein este fallo, pero fue en verdad algo bastante atroz desde el punto de vista científico, y él lo sabía. Lo calificó de “la mayor metedura de pata de mi vida”. Casualmente, más o menos cuando Einstein incluía una constante cosmológica en su teoría, en el Observatorio Lowell de Arizona, un astrónomo con el nombre alegremente intergaláctico de Vesto Slipher (que era en realidad de Indiana) estaba efectuando lecturas espectrográficas de estrellas lejanas y descubriendo que parecían estar alejándose de nosotros. El universo no era estático. Las estrellas que Slipher observaba mostraban indicios inconfundibles de un cambio Doppler, el mismo mecanismo que produce ese sonido yi-yiummm prolongado, característico, que hacen los coches cuando pasan a toda velocidad en una pista de carreras. (Llamado así por Johann Christian Doppler, un físico austriaco, que fue el primero que reparó en él en 1842. Lo que pasa, dicho brevemente, es que, cuando un objeto en movimiento se aproxima a otro estacionario, sus ondas sonoras se fruncen al amontonarse contra el instrumento que las esté recibiendo (nuestros oídos, por ejemplo), lo mismo que se podría esperar de cualquier cosa a la que se esté empujando desde atrás hacia un objeto inmóvil. Este apretujamiento lo percibe el oyente como una especie de sonido apretado y elevado -el yi-. Cuando la fuente sonora pasa, las ondas sonoras se esparcen y se alargan, provocando la caída brusca del tono -el yiummm-). El fenómeno también se aplica a la luz y, en el caso de las galaxias en retroceso, se conoce como un cambio al rojo (porque la luz que se aleja de nosotros cambia hacia el extremo rojo del espectro; la luz que se aproxima cambia hacia el azul).

Vesto Melvin SlipherSlipher fue el primero que se fijó en este efecto y que se hizo cargo de lo importante que podía ser para entender los movimientos del cosmos. Por desgracia, nadie le hizo demasiado caso. El Observatorio Lowell era una especie de rareza debida a la obsesión de Percival Lowell con los canales marcianos que, entre 1910 y 1920 se convirtió, en todos los sentidos, en un puesto avanzado de la exploración astronómica. Slipher no tenía conocimiento de la teoría de la relatividad de Einstein, y el mundo no lo tenía tampoco de Slipher. Así que su descubrimiento tuvo escasa repercusión.

Edwin Powell HubbleLa gloria pasaría, en cambio, a una gran masa de ego llamada Edwin Hubble. Hubble había nacido en 1889, diez años después de Einstein, en un pueblecito de Misuri, del borde de las Ozarks, y se crió allí y en Wheaton, Illinois, un suburbio de Chicago. Su padre era un prestigioso ejecutivo de una empresa de seguros, así que no pasó estrecheces económicas en su época de formación; estaba bien dotado, además, en cuanto a su físico. Era un atleta vigoroso y ágil, era simpático, inteligente y muy guapo (“casi hasta el exceso”, según la descripción de William H. Cropper; “un Adonis” en palabras de otro admirador). De acuerdo con su propia versión, consiguió también incluir en su vida actos de valor más o menos constantes (salvar a nadadores que se ahogaban, conducir a hombres asustados a lugar seguro en los campos de batalla de Francia, avergonzar a boxeadores campeones del mundo al dejarles K.O. en combates de exhibición…). Parecía todo demasiado bueno para ser verdad. Lo era. Pese a tantas dotes, Hubble era también un embustero inveterado. Esto último era bastante extraño, ya que se distinguió desde una edad temprana por un nivel de auténtica distinción que resultaba a veces casi estrambóticamente brillante. En una sola competición atlética del instituto de segunda enseñanza, en 1906, ganó en salto de pértiga, lanzamiento de peso, de disco, de martillo, en salto de altura, en carrera de obstáculos y figuró en el equipo que ganó la carrera de relevos de 4×400 metros (es decir, siete primeros puestos en una sola competición); además, quedó el tercero en salto de longitud. Ese mismo año, logró batir el récord del estado de Illinois en salto de altura. Era igual de brillante como estudiante y no tuvo ningún problema para ingresar en la Universidad de Chicago como alumno de física y astronomía (se daba la coincidencia de que el jefe del departamento era, por entonces, Albert Michelson). Allí fue elegido para ser uno de los primeros Rhodes Scholars que irían a Oxford. Tres años de vida inglesa modificaron claramente su mentalidad, pues regresó a Wheaton en 1913 ataviado con abrigo de capucha, fumando en pipa y hablando con un acento peculiarmente rotundo (no del todo inglés británico) que conservaría toda la vida. Aunque afirmó más tarde que había pasado la mayor parte de la segunda década del siglo ejerciendo el derecho en Kentucky, en realidad trabajó como profesor de instituto y entrenador de baloncesto en New Albany (Indiana), antes de obtener tardíamente el doctorado y pasar un breve periodo en el ejército. (Llegó a Francia un mes antes del Armisticio, y es casi seguro que nunca oyó un disparo hecho con intención de matar.) En 1919, con treinta años, se trasladó a California y obtuvo un puesto en el Observatorio de Monte Wilson, cerca de Los Ángeles. Se convirtió allí, rápida e inesperadamente, en el astrónomo más destacado del siglo XX.

Conviene que nos paremos un momento a considerar lo poco que se sabía del cosmos por entonces. Los astrónomos creen hoy que hay unos 140.000 millones de galaxias en el universo visible. Es un número inmenso, mucho mayor de lo que nos llevaría a suponer simplemente decirlo. Si las galaxias fuesen guisantes congelados, sería suficiente para llenar un gran auditorio, el viejo Boston Garden, por ejemplo, o el Royal Albert Hall. (Un astrofísico llamado Bruce Gregory llegó a calcularlo realmente.) En 1919, cuando Hubble acercó por primera vez la cabeza al ocular, el número de esas galaxias conocidas era exactamente una: la Vía Láctea. Se creía que todo lo demás era o bien parte de la Vía Láctea, o bien una de las muchas masas de gas periféricas lejanas. Hubble no tardó en demostrar lo errónea que era esa creencia. Durante los diez años siguientes, Hubble abordó dos de las cuestiones más importantes del universo: su edad y su tamaño. Para responder a esas dos cuestiones es preciso conocer dos cosas: lo lejos que están ciertas galaxias y lo deprisa que se alejan de nosotros (lo que se conoce como su velocidad recesional). El desplazamiento al rojo nos da la velocidad a la que se alejan las galaxias, pero no nos indica lo lejos que están en principio. Por eso es necesario lo que se denomina “candelas tipo”, estrellas cuya intensidad de luz se puede calcular fidedignamente y que se emplean como puntos de referencia para medir la intensidad de luz (y, por tanto, la distancia relativa) de otras estrellas. La suerte de Hubble fue llegar poco después de que una ingeniosa mujer llamada Henrietta Swan Leavitt hubiese ideado un medio de encontrar esas estrellas.

Henrietta Swan LeavittLeavitt trabajaba en el Observatorio de Harvard College como calculadora, que era como se denominaba su trabajo. Los calculadores se pasan la vida estudiando placas fotográficas de estrellas y haciendo cálculos, de ahí el nombre. Era poco más que una tarea rutinaria con un nombre especial, pero lo máximo que podían conseguir acercarse las mujeres a la astronomía real en Harvard (y, en realidad, en cualquier sitio) por aquel entonces. El sistema, aunque injusto, tenía ciertas ventajas inesperadas: significaba que la mitad de las mejores inteligencias disponibles se centraban en un trabajo que, de otro modo, no habría atraído demasiada atención reflexiva y garantizaba que las mujeres acabasen apreciando la delicada estructura del cosmos que no solían captar sus colegas masculinos.

Una calculadora de Harvard, Annie Jump Cannon, empleó su conocimiento repetitivo de las estrellas para idear un sistema de clasificaciones estelares tan práctico que sigue empleándose. La aportación de Leavitt fue todavía más importante. Se dio cuenta de que un tipo de estrella conocido como cefeida variable (por la constelación Cefeus, donde se identificó la primera) palpitaba con un ritmo regular, una especie de latido cardiaco estelar. Las cefeidas son muy raras, pero al menos una de ellas es bien conocida por la mayoría de la gente. La Estrella Polar es una cefeida.

Sabemos ahora que las cefeidas palpitan como lo hacen porque son estrellas viejas que ya han dejado atrás su “fase de secuencia principal”, en la jerga de los astrónomos, y se han convertido en gigantes rojas. La química de las gigantes rojas es un poco pesada para nuestros propósitos aquí (exige una valoración de las propiedades de átomos de helio ionizados uno a uno, entre muchas otras cosas), pero dicho de una forma sencilla significa que queman el combustible que les queda de un modo que produce una iluminación y un apagado muy rítmicos y muy fiables. El mérito de Leavitt fue darse cuenta de que, comparando las magnitudes relativas de cefeidas en puntos distintos del cielo, se podía determinar dónde estaban unas respecto a otras. Se podían emplear como candelas tipo, una expresión que acuñó Leavitt y que sigue siendo de uso universal. El método solamente aportaba distancias relativas, no distancias absolutas, pero, a pesar de eso, era la primera vez que alguien había propuesto una forma viable de medir el universo a gran escala.

(Tal vez merezca la pena indicar que en la época en que Leavitt y Cannon estaban deduciendo las propiedades fundamentales del cosmos de tenues manchas de estrellas lejanas en placas fotográficas, el astrónomo de Harvard William H. Pickering, que podía mirar cuantas veces quisiese por un telescopio de primera, estaba elaborando su trascendental teoría, según la cual, las manchas oscuras de la Luna estaban causadas por enjambres de insectos en su migración estacional.)

Hubble combinó el patrón métrico cósmico de Leavitt con los útiles desplazamientos al rojo de Vesto Slipher, y empezó a medir puntos concretos seleccionados del espacio con nuevos ojos. En 1923, demostró que una mancha de telaraña lejana de la constelación de Andrómeda, conocida como M31, no era una nube de gas ni mucho menos, sino una resplandeciente colección de estrellas, una galaxia por derecho propio, de 100.000 años luz de anchura y situada como mínimo a unos 900.000 años luz de nosotros. El universo era más vasto (inmensamente más) de lo que nadie había imaginado. En 1924, Hubble escribió un artículo que hizo época: ‘Cefeidas de nebulosas espirales’ (nebulosa, del latín nebulae o nubes, era el término que empleaba para denominar las galaxias) en el que demostraba que el universo estaba formado no sólo por la Vía Láctea, sino por muchísimas otras galaxias independientes (“universos isla”), muchas de ellas mayores que la Vía Láctea y mucho más lejanas. Este hallazgo por sí solo habría garantizado la fama de Hubble, pero este pasó luego a centrarse en calcular exactamente lo vasto que era el universo y realizó un descubrimiento todavía más impresionante. Empezó a medir los espectros de galaxias lejanas, la tarea que había iniciado Slipher en Arizona. Utilizando el nuevo telescopio Hooker de 100 pulgadas de Monte Wilson y algunas deducciones inteligentes, había descubierto a principios de la década de los treinta que todas las galaxias del cielo (excepto nuestro grupo local) se están alejando de nosotros. Además, su velocidad y distancia eran claramente proporcionales: cuanto más lejos estaba la galaxia, más deprisa se movía. Esto era asombroso sin duda alguna. El universo se estaba expandiendo, rápidamente y de forma regular, en todas direcciones. No hacía falta demasiada imaginación para leerlo hacia atrás y darse cuenta de que tenía que haber empezado todo en algún punto central. Lejos de ser el universo el vacío estable, fijo y eterno que todo el mundo había supuesto siempre, tenía un principio…, así que también podría tener un final. Lo asombroso es, como indicó Stephen Hawking, que a nadie se le hubiese ocurrido antes la idea de un universo en expansión. Un universo estático -es algo que debería haber resultado evidente para Newton y para todos los astrónomos razonables que le siguieron- se colapsaría sobre sí mismo. Existía además el problema de que, si las estrellas hubiesen estado ardiendo indefinidamente en un universo estático, lo habrían hecho insoportablemente cálido; demasiado caliente, desde luego, para seres como nosotros. Un universo en expansión resolvía buena parte de todo eso de un plumazo.

Hubble era mucho más un observador que un pensador, y no se hizo cargo inmediatamente de todo lo que implicaba lo que había descubierto, entre otras cosas porque lamentablemente no tenía idea de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Eso era muy notable, porque, por una parte, Einstein y su teoría eran ya mundialmente famosos. Además, en 1929, Albert Michelson (que ya estaba en sus últimos años, pero que todavía era uno de los científicos más despiertos y estimados del mundo) aceptó un puesto en Monte Wilson para medir la velocidad de la luz con su fiel interferómetro, y tuvo sin duda que haberle mencionado al menos que la teoría de Einstein era aplicable a sus descubrimientos. Pero lo cierto es que Hubble no supo sacar provecho teórico a pesar de tener a mano la posibilidad de ello. Le correspondería hacerlo en su lugar a un sacerdote e investigador (con un doctorado del MIT) llamado Georges Lemaitre, que unió los dos hilos en su propia “teoría de los fuegos artificiales”, según la cual el universo se inició en un punto geométrico, un “átomo primigenio”, que estalló gloriosamente y que ha estado expandiéndose desde entonces. Era una idea que anticipaba muy claramente la concepción moderna de la Gran Explosión, pero estaba tan por delante de su época que Lemaitre raras veces recibe más que las escasas frases que le estamos dedicando aquí. El mundo necesitaría decenios, y el descubrimiento involuntario de la radiación cósmica de fondo de Penzias y Wilson en sus antenas rumorosas de Nueva Jersey, para que la Gran Explosión empezase a pasar de idea interesante a teoría reconocida.

Ni Hubble ni Einstein participarían demasiado en esa gran historia. Aunque nadie lo habría imaginado en la época, habían hecho todo lo que tenían que hacer. En 1936, Hubble publicó un libro de divulgación titulado ‘El dominio de las nebulosas’, que exponía con un estilo adulador sus propios y considerables logros. En él demostraba por fin que conocía la teoría de Einstein…, aunque hasta cierto punto: le dedicaba cuatro páginas de unas doscientas. Hubble murió de un ataque al corazón en el año 1953. Y le aguardaba una última y pequeña rareza. Por razones ocultas en el misterio, su esposa se negó a celebrar un funeral y no reveló nunca lo que había hecho con su cadáver.

Mientras, la ciencia en general y la física en particular siguió (y sigue) con su inexorable evolución…

B. Bryson

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