El día de antier se rememora un instante en el tiempo que históricamente no pareciera tener mayor relevancia, pero revoluciono nuestro entendimiento y la visión del cosmos. Así que fue un 11 de mayo de 1916 el día en que el muy reconocido Físico Albert Einstein publico su teoría de la relatividad general.
Antes de cualquier cosa quisiera citar la famosa frase de Isaac Newton:
"Si consigo ver mas lejos es por que me he aupado sobre hombros de gigantes"
* Carta escrita a Robert Hooke, el 15 de febrero de 1676, por Isaac Newton.
Debido a que en la ciencia el conocimiento es empirista y más que todo racionalista debería mencionar desde Eratóstenes, Pitágoras, entre otros; pero sólo hare evocaré a los que para mí tienen su mayor aporte. La mayoría fueron realizados a finales o después de la edad media o lo que se conoce en astronomía la Edad de las tinieblas.
Nicolás Copérnico. (1473-1543)
Astrónomo que postulo la teoría heliocéntrica con su libro “De Revolutionibus Orbium Coelestium” publicado en el año de su deceso, en el cual afirma que el la tierra y los planetas giran alrededor del sol, permitiendo una comprensión lógica de la gravedad. Contradiciendo a la teoría Geocéntrica de Claudio Ptolomeo.Cabe mencionar que el no es el realizador de la primera teoría heliocéntrica, el filosofo Aristarco de Samos la había propuesto, pero no fue bien aceptada por los filósofos de su época.
Tycho Brahe. (1546-1601)
Estudio Derecho, Filosofía, pero solo para acceder a sus cargos estatales, ya que era el hijo del gobernador del castillo de Helsingborg, claro esta después cambio sus inclinaciones por la astronomía justo después de quedar maravillado con un eclipse solar.Como astrónomo se destacó por sus observaciones de la posición de diferentes objetos celestes; estas observaciones son notables por su precisión, que supera a la de todos sus antecesores, y por la regularidad de su continuidad. Sus contribuciones más importantes se refieren a una estrella nueva (lo que era en realidad una explosión de nova) descubierta en 1572, a la interpretación de los cometas, y a las posiciones del Sol, la Luna y los planetas, particularmente el planeta Marte.
En su obra De Nova Stella, se refiere a «Una nueva estrella, no vista previamente.
Como dato curioso Brahe perdió su nariz en una pelea por lo cual usaba una protesis de oro.
Johannes Kepler. (1571- 1630)
Astrónomo, matemático y físico alemán que destaco por sus aportes a la óptica formuló la Ley Fundamental de la Fotometría, descubrió la reflexión total, formuló la primera Teoría de la Visión moderna, afirmando que los rayos forman sobre la retina una imagen pequeñísima e invertida. Además, desarrolló un Sistema Infinitesimal, antecesor del Cálculo Infinitesimal de Leibnitz y Newton. Pero el trabajo más importante de Kepler fue la revisión de los esquemas cosmológicos conocidos a partir de la gran cantidad de observaciones acumuladas por Brahe (en especial, las relativas a Marte), labor que desembocó en la publicación, en 1609, de la Astronomia nova (Nueva astronomía), la obra que contenía las dos primeras leyes llamadas de Kepler, relativas a la elipticidad de las órbitas y a la igualdad de las áreas barridas, en tiempos iguales, por los radios vectores que unen los planetas con el Sol.
Galileo Galilei (1564-1642)
Sus logros incluyen la mejora del telescopio, gran variedad de observaciones astronómicas (como el descubrimiento de Saturno), la primera ley del movimiento y un apoyo determinante para las leyes de Copernico. Ha sido considerado como el "padre de la astronomía moderna".Su trabajo experimental es considerado complementario a los escritos de Francis Bacon en el establecimiento del moderno método científico y su carrera científica es complementaria a la de Johannes Kepler. Su trabajo se considera una ruptura de las asentadas ideas aristotélicas y su enfrentamiento con la Iglesia Católica Romana suele tomarse como el mejor ejemplo de conflicto entre la autoridad y la libertad de pensamiento en la sociedad occidental.
“Me parece que aquellos que sólo se basan en argumentos de autoridad para mantener sus afirmaciones, sin buscar razones que las apoyen, actúan en forma absurda. Desearía poder cuestionar libremente y responder libremente sin adulaciones. Así se comporta aquel que persigue la verdad.”
Galileo Galilei
Isaac Newton (1642-1727)
Entre otros de sus logros científicos destacan su argumento de que la luz se encuentra formada por partículas, estudios sobre la óptica en general, la ley de conducción térmica con respecto a los objetos calientes que se dejan al aire libre, estudios sobre la velocidad del sonido y teorías sobre el origen de las estrellas, además de brindar el binomio de Newton en el campo de las matemáticas.
Además de estos hubo mas personajes que realizaron su aporte pero la lista seria interminable, algunos de ellos no se relacionan directamente con la teoría de la relatividad pero aportaron en la evolución racionalista de ese pensamiento.
Momentos Previos y su Proceso
En 1900 Lorentz conjeturó que la gravedad podría ser atribuida a acciones que se propagan a la velocidad de la luz. Poincaré, en un artículo publicado en Julio de 1905 (enviado días antes del artículo de Einstein de la Relatividad Especial), sugirió que todas las fuerzas deberían transformarse de acuerdo a las transformaciones de Lorentz. En este caso, destaca que la Ley de la Gravedad de Newton no es válida y propone ondas gravitacionales que se propagan con la velocidad de la luz.
En 1907, dos años después de proponer la Teoría Relatividad Especial, Einstein estaba preparando una revisión de dicha teoría cuando, de repente, se preguntó en qué manera habría que modificar la gravitación de Newton para que encajara en la relatividad especial. En este momento se le ocurrió a Einstein lo que él describió como la idea más feliz de su vida, es decir que un observador que está cayendo desde el tejado de una casa no experimenta campo gravitatorio.
Como consecuencia propuso el Principio de Equivalencia:
"… debemos suponer por tanto la equivalencia física completa de un campo gravitatorio y la correspondiente aceleración del marco de referencia. Este supuesto extiende el principio de relatividad al caso del movimiento uniformemente acelerado del marco de referencia. "
Tras el importante avance del Principio de Equivalencia de 1907, Einstein no publicó nada sobre la gravedad hasta 1911. Fue entonces cuando comprendió que la curvatura de la luz en el campo gravitatorio, de la que en 1907 supo que era una consecuencia del principio de equivalencia, podría ser comprobada con observaciones astronómicas. Anteriormente pensó únicamente en términos de observaciones terrestres donde existían pocas posibilidades de verificación experimental. En ese momento también se discutió el desplazamiento al rojo debido a la gravedad, la luz que surge de un objeto masivo será desplazada hacia el rojo por la pérdida de energía en su escape del campo gravitatorio.
Einstein, publicó más artículos sobre la gravedad en 1912. En estos comprendió que las transformaciones de Lorentz no aplicarían en este marco más general. Einstein también comprendió que las ecuaciones del campo gravitatorio estaban obligadas a ser no lineales y que el principio de equivalencia parecía mantenerse sólo de forma local.
Este trabajo de Einstein indujo a otros a presentar teorías sobre la gravedad. Los trabajos de Nordström, Abraham y Mie fueron consecuencia de los intentos, hasta entonces infructuosos, de Einstein de encontrar una teoría satisfactoria. Sin embargo Einstein comprendió sus problemas:
Si todos los sistemas acelerados son equivalentes, entonces la geometría euclidiana no puede contenerlos a todos.
Einstein recordó entonces que había estudiado la Teoría de las Superficies de Gauss cuando era estudiante y comprendió súbitamente que los fundamentos de la geometría tenían trascendencia física. Consultó con su amigo Grossmann quien pudo informar a Einstein de los importantes desarrollos de Riemann, Ricci (Ricci-Curbastro) y Levi-Civita.Entonces Einstein escribió:
"... durante toda mi vida nunca había trabajado tan duro, y me he visto imbuido por un gran respeto hacia las matemáticas, cuya parte más sutil, en mi simple orientación, hasta ahora siempre había considerado como un puro lujo. "
En 1913 Einstein y Grossmann publicaron conjuntamente un artículo donde se emplea el tensor de los cálculos de Ricci y Levi-Civita para realizar más avances. Grossmann le dio a Einstein el tensor de Riemann-Christoffel que, junto con el tensor de Ricci que puede ser derivado del anterior, se convertirían en las principales herramientas de la futura teoría. Se realizaron progresos y la gravedad fue descrita por primera vez por medio del tensor métrico pero la teoría todavía no era correcta. Cuando Planck visitó a Einstein en 1913 y éste le informó sobre el estado de sus teorías, Planck dijo:
"Como un amigo más viejo debo advertirte, en primer lugar, que no tendrás éxito e incluso si lo tienes, nadie te creerá. "
Planck se equivocaba, pero sólo en que Einstein no tuviera éxito con su teoría, no en que esta estuviera lista para ser aceptada. Fue en la segunda mitad de 1915 cuando Einstein completó su teoría. Antes de eso, sin embargo, había escrito un artículo en Octubre de 1914, casi la mitad del cual es un tratado de análisis tensorial y geometría diferencial. Este artículo llevó a Einstein a mantener correspondencia con Levi-Civita en la que éste señalaba errores técnicos en el trabajo de Einstein sobre los tensores. Einstein estaba encantado de poder intercambiar ideas con Levi-Civita por cuyas ideas sobre la relatividad sentía más simpatía que por las de sus otros colegas.
A finales de Junio de 1915 Einstein pasó una semana en Göttingen donde dio seis conferencias de dos horas cada una sobre su versión (incorrecta) de 1914 de la Relatividad General. Hilbert y Klein asistieron a estas conferencias y Einstein comentó tras abandonar Göttingen:
"Para gran alegría mía, he conseguido convencer completamente a Hilbert y Klein."
Los últimos pasos hacia la Teoría de la Relatividad General fueron dados por Einstein y Hilbert casi al mismo tiempo. Ambos reconocieron fallos en el trabajo de Octubre de Einstein de 1914 y que hubo correspondencia entre ellos dos en Noviembre de 1915. Cuánto aprendió el uno del otro es difícil de determinar pero el hecho de que ambos descubrieran la misma forma final para las ecuaciones del campo gravitatorio con pocos días de diferencia debe indicar que el intercambio de ideas fue útil.
El 25 de Noviembre de 1915 Einstein presentó su artículo Las Ecuaciones de Campo de la Gravedad que proporciona las ecuaciones de campo correctas para la Relatividad General. Los cálculos de la curvatura de la luz y el avance del perihelio de Mercurio permanecieron tal como él había calculado una semana antes.
Cinco días antes de que Einstein presentara su trabajo , Hilbert había presentado un artículo, Las Bases de la Física, que también contenía las ecuaciones de campo correctas para la gravedad. El trabajo de Hilbert contiene algunas contribuciones importantes a la Relatividad que no se encuentran en el trabajo de Einstein. Hilbert aplicó el principio variacional a la gravedad y atribuyó uno de los principales teoremas relativo a las identidades surgidas a Emmy Noether quien estuvo en Göttingen en 1915. El artículo de Hilbert contiene la esperanza de que su trabajo lleve a la unificación de la gravedad y el electromagnetismo.
El teorema de Emmy Noether fue publicado con una prueba en 1918 en un artículo que ella escribió bajo su propio nombre. Este teorema se ha convertido en una herramienta vital en física teórica. Un caso especial del teorema de Emmy Noether, fue escrito por Weyl en 1917 cuando derivó del él identidades que (posteriormente se comprendió) habían sido descubiertas independientemente por Ricci en 1889 y por Bianchi (un pupilo de Klein) en 1902.
Inmediatamente después del artículo de Einstein de 1915 en el que se proporcionaban las ecuaciones de campo correctas, Karl Schwarzschild encontró en 1816 una solución matemática a las ecuaciones, que se corresponde con el campo gravitatorio de un objeto masivo compacto. En aquel momento este era un trabajo puramente teórico, pero por supuesto, los trabajos sobre estrellas de neutrones, pulsars y agujeros negros se basan enteramente en las soluciones de Schwarzschild que ha aportado su parte al trabajo más importante que actualmente se realiza en Astronomía.
Einstein había alcanzado la versión final de la Relatividad General tras un lento camino, con avances pero también con errores. En Diciembre de 1915 se dijo a sí mismo:
"Este tipo Einstein se ajusta a lo que le conviene. Cada año se retracta de lo que escribió el año anterior."
La mayoría de los colegas de Einstein no sabían qué hacer para comprender la rápida sucesión de artículos, cada uno de ellos corrigiendo, modificando y extendiendo lo que se había hecho anteriormente. En Diciembre de 1915 Ehrenfest escribió a Lorentz refiriéndose a la Teoría de 25 de Noviembre de 1915, la cual duró dos meses, mientras intentaban comprenderla. Eventualmente Lorentz comprendió la teoría y escribió a Ehrenfest diciendo he felicitado a Einstein por sus brillantes resultados. Ehrenfest contestó:
"Tu comentario 'he felicitado a Einstein por sus brillantes resultados' tiene un significado similar para mí tal como un masón reconoce a otro por las señales secretas."
Y para conclir un 11 de mayo de 1916 Eintein completó un artículo explicando la Relatividad General en términos más fácilmente comprensibles.
Multimedia
Si has llegado hasta aquí, y estas como los Astrónomos de la Edad Media, en completa oscuridad, he preparado un par de vídeos. Uno es un corto de la Historia de la astronomía como complemento de la primera parte y el otro es un extracto de el documental un Universo Elegante, que explica de manera fácil y entretenida el trabajo de Einstein.
A modo de conclusión creo que el titulo es realmente acertado, ya que siempre se nos ha metido a la cabeza e icono de Einstein casi como un superhéroe de la física pero en realidad ese logro no le pertenece al él, le pertenece a la humanidad y a todas esas grandes mentes que se unieron de alguna u otra manera y la importancia que tiene esto para el ser humano.
Me gustaría citar un fragmento de Don Galileo, que escribió en respuesta a ideas defendidas por su enemigo Sarsi:
"En Sarsi discierno la creencia de que en el discurso filosófico se debe defender la opinión de un autor célebre, como si nuestras mentes tuvieran que mantenerse estériles y yermas si no están en consonancia con alguien más. Tal vez piense que la filosofía es un libro de ficción escrito por algún autor, como la Ilíada. Bien, Sarsi, las cosas no son así. La Filosofía está escrita en ese gran libro del universo, que se está continuamente abierto ante nosotros para que lo observemos. Pero el libro no puede comprenderse sin que antes aprendamos el lenguaje y alfabeto en que está compuesto. Está escrito en el lenguaje de las matemáticas y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin las cuales es humanamente imposible entender una sóla de sus palabras. Sin ese lenguaje, navegamos en un oscuro laberinto."
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