Lord Byron






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fecha de publicación07.06.2015
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©2005 Alberto Rojo



Einstein, 1905: la ficción hecha ciencia1
Alberto G. Rojo
La verdad es siempre extraña;

más extraña que la ficción.

Lord Byron



La teoría de la relatividad se aplica en su totalidad al universo de la ficción.

Jean Paul Sartre2

Antes de hablar de Einstein haré unos comentarios sobre la intersección entre el arte y la ciencia. Lo haré porque, en mi opinión, los aportes monumentales de Einstein de 1905 existen en el foco de convergencia entre el arte y la ciencia, la ficción y la realidad. En particular, quisiera argumentar que, en 1905, Einstein procede en gran medida como un artista, incorporando elementos estéticos en su razonamiento y, en los tres trabajos más importantes que publicó en 1905, capturando ideas que eran consideradas ficciones matemáticas por científicos prominentes del momento (Poincaré, Lorentz, Planck) y aceptándolas como parte del mundo real.
El concepto de belleza era muy importante para Einstein. Según su hijo Hans (que en 1905 era un bebé), Einstein tenia el carácter de un artista más que el de un científico en el sentido usual. Por ejemplo, según Hans Einstein, su valoración de una teoría no dependía tanto de si era correcta o no sino de si era bella. El criterio de belleza de una teoría está presente en los trabajos de muchos físicos, para quienes parecería que, en el fondo, la búsqueda de la verdad es la búsqueda de la belleza. El astrofísico S. (Subrahmanyan) Chandrasekhar señala lo que para él es un hecho increíble: aquello que la mente humana, en lo mas profundo, percibe como bello, encuentra su realización en el mundo externo.3 Paul Dirac es todavía mas enfático; la belleza matemática como criterio de validez de una teoría era para él “un tipo de religión”.4 En un seminario que dio en Moscú en 1955, ante la pregunta de resumir su filosofía de la física escribió en el pizarrón, con mayúsculas: “Las leyes de la física deben tener belleza matemática”. Esa parte del pizarrón esta todavía en exhibición en la Universidad de Moscú.
Estas observaciones dan lugar a la objeción de que la belleza es algo subjetivo, mientras que el criterio central de validez de una teoría física estriba en su acuerdo con el experimento. De hecho, algunas teorías de las partículas sub-nucleares de los años sesenta – a pesar de su atractivo estético superficial – resultaron tener muy poco en común con la realidad. Einstein mismo, en su libro “Como veo el mundo” (publicado en 1920) señaló que el experimento es “el único criterio de utilidad física de una construcción matemática.” Sin embargo, en este punto es interesante mencionar el caso de la así llamada “teoría de medida” de la gravitación del físico Hermann Weyl. Poco después de presentarla, Weyl se convenció de que su idea era incorrecta como teoría de la gravitación, pero como era tan bella no la quería abandonar. Freeman Dyson cuenta que Weyl le dijo “en mi trabajo siempre traté de unir la bello con lo verdadero; pero cuando tuve que elegir entre uno y lo otro, siempre elegí lo bello.” El ejemplo de la teoría de medida (o invariancia de medida) es bueno porque, mucho después, el instinto de Weyl resultó correcto y su teoría fue incorporada en la electrodinámica cuántica.
La ciencia y el arte, la física y la poesía sirven a una misma divinidad, en el sentido que uno de los propósitos cardinales de la poesía es provocar en el lector la fe en las verdades de la naturaleza. Para Coleridge, esa fe poética está constituida en el “suspenso de la incredulidad”, en el que el espectador acepta la ficción como una realidad. Nuestra incredulidad está en suspenso cuando nos conmueve una música, un poema o una película. Si nos paraliza de miedo una escena de Drácula o alguna vez lloramos la muerte de Valjean en Los Miserables, es porque nos entregamos dócilmente al mundo ilusorio de la ficción y lo aceptamos como una realidad. Este es el punto de intersección entre el arte y la ciencia en el que quisiera detenerme, el punto en el que se encuentran la ficción y la realidad, y mostrarles cómo esa intersección esta corporizada en los trabajos de Einstein de 1905.
En el primer trabajo (enviado en marzo) Einstein propone una nueva visión sobre la estructura de la luz. El título del trabajo es “Un punto de vista heurístico sobre la producción y la transformación de la luz”. Es interesante que Einstein considera su trabajo heurístico: la heurística es el arte de inventar, y deriva de heuriskein, cuyo pretérito perfecto es eureka. En este trabajo –el único al que, con júbilo pero sin la euforia de Arquímedes, consideró revolucionario– Einstein propuso dos nuevos elementos. En primer lugar, la hipótesis de la “luz cuántica”: la luz tiene una estructura granular, los llamados “cuantos”, paquetes con cantidades fijas de energía que luego se llamarían fotones5. El segundo punto del trabajo, el paso revolucionario (al que Einstein consideró heurístico), es considerar que cuando la luz se emite o absorbe lo hace en cantidades fijas, del mismo modo que los automóviles salen de a uno de la planta de fabricación y llegan de a uno a los concesionarios de venta, pero nunca llegan o salen en fracciones de automóvil. El trabajo contiene varias predicciones, incluyendo la ley del efecto fotoeléctrico, que fue confirmada por el experimento años más tarde.
Ahora bien, la idea de división en cantidades fijas de energía es anterior a Einstein. En 1900, Max Planck, estudiando la distribución de energía entre los distintos colores emitidos por un cuerpo incandescente propuso dividir la energía en cantidades enteras.6 Con esta suposición llego a una fórmula que se ajustaba perfectamente al experimento. Sin embargo, para Planck, la interpretación de esas cantidades enteras no estaba clara. La introducción de estas cantidades (los cuantos) fue para Planck, en sus propias palabras, un “acto de desesperación” y trató repetidas veces y hasta con obstinación de acomodarlos dentro de la física clásica. Su intento fracasó. En su discurso del premio Nobel, en 1918, Planck dijo con elocuencia (los énfasis son míos)7:
El fracaso de este intento me enfrentó a un dilema: o los cuantos eran magnitudes ficticias y, por lo tanto, la deducción de la ley de la radiación era ilusoria y un simple juego con las fórmulas, o en el fondo de este método hay un verdadero concepto físico… La experiencia decidió por la segunda alternativa… El primer avance en este campo fue hecho por Albert Einstein.

Con gran refinamiento conceptual, Einstein propone los cuantos, que existían en forma de ficciones matemáticas y los acepta como parte del mundo real.
El segundo trabajo, publicado en junio, versa sobre la teoría de la relatividad, con la que el público masivo asocia a Einstein. El artículo, uno de los logros intelectuales más importantes de la humanidad, empieza con una frase de contenido estético:
La electrodinámica de Maxwell, aplicada a cuerpos en movimiento, conduce a asimetrías que no parecen ser inherentes al fenómeno.
Esta asimetría puede ilustrarse con un simple experimento, que Einstein describe en el primer párrafo del artículo. Un imán en movimiento genera una corriente eléctrica en un lazo de alambre que esta quieto. Si, en cambio, el imán esta quieto y el lazo de alambre está en movimiento, la misma corriente circula por el alambre. Según la teoría de Maxwell, estos dos fenómenos son físicamente distintos; en uno el imán esta en reposo en el éter (un medio estático de referencia en el que se propaga la luz y respecto del cual se mueven los planetas) y en el otro el imán esta en movimiento respecto del éter. En la teoría de Maxwell, ambos fenómenos corresponden al mismo valor de la corriente pero usando explicaciones diferentes. Para Einstein esta asimetría era inaceptable: si la corriente es la misma en ambos casos, entonces debe tratarse del mismo fenómeno visto desde perspectivas diferentes, desde distintos sistemas de referencia, y la idea del éter es superflua. Si el éter no existe, no existe el reposo absoluto, al fin y al cabo, si algo está quieto debemos decir respecto de qué esta quieto. Todos los sistemas de referencia, procede Einstein, son entonces equivalentes. Luego agrega un segundo postulado: la velocidad de la luz es la misma independiente de la velocidad de la fuente que la emite. A partir de dos enunciados, tan sencillos como audaces, Einstein nos conduce por un camino de lógica impecable hasta concluir que tiempo, el tic-tac de un reloj, no es un fenómeno absoluto: si Alicia y Maria tienen relojes idénticos y Alicia pasa en una bicicleta muy rápido cerca de María, María ve que el tic-tac de su reloj es más rápido que el de Alicia, y Alicia ve que el tic-tac de su reloj es mas rápido que el de María.

¿Cuánto mas rápido? Einstein deduce las ecuaciones, que indican que para que la diferencia sea perceptible Alicia tiene que moverse a una velocidad cercana a la de la luz. Lo llamativo es que esas ecuaciones existían antes del trabajo de Einstein, y esto nos conduce de nuevo a la intersección entre ficción y realidad. En 1895, el físico holandés Hendrik A. Lorentz, con el objeto de explicar unos experimentos de Michelson y Morley, había deducido unas ecuaciones (idénticas a las de Einstein) en las que el tiempo aparecía como una variable matemática que dependía de la velocidad y la posición. Lorentz distinguía entre un “tiempo verdadero” (el que mide un reloj en reposo en el éter) y un “tiempo local” que depende del lugar donde ocurre un evento. El punto crucial es que, para Lorentz, el tiempo local era una ficción matemática usada para simplificar una ecuación.8 Einstein acepta esa ficción como realidad y la incorpora a su universo relativista.
El tercer trabajo, escrito en setiembre, contiene la ecuación más famosa de la historia de la ciencia:

,
en la que Einstein propone la equivalencia entre la inercia (o la masa m de un cuerpo) y su contenido de energía E. De nuevo, Einstein no es el primero en escribir esta ecuación. En 1900, Poincaré publicó un trabajo no muy conocido en el que escribe la célebre ecuación, partiendo del hecho de que la luz hace presión sobre los objetos.9 De nuevo aparece, textualmente, la idea de ficción. Dice Poincaré: “podemos considerar a la energía electromagnética como un fluido ficticio (fluide fictif)” con una masa y una energía de tal modo que . Einstein incorpora esta ecuación al mundo real, descifrando un acertijo de la naturaleza, develando una clave de la realidad que, en este caso, llevó al descubrimiento de las transmutaciones nucleares y, cuarenta años después, a una trágica aplicación práctica.
En los tres trabajos más importantes del año admirable de Einstein confluyen la realidad y la ficción de un modo sin precedentes en la historia del conocimiento. Esa confluencia es sólo posible cuando la imaginación desdibuja los límites entre disciplinas como la ciencia, la filosofía y el arte, y se concibe al pensamiento y la búsqueda de la verdad como una actitud única. Ahora bien, ¿por qué razón la simplicidad, la simetría y la belleza son cualidades de las teorías correctas? Ese es un gran misterio, en cuya solución quizás haya ecos de la oda “A una urna griega” de John Keats que, en traducción de Julio Cortázar dice:
La belleza es verdad y la verdad belleza...

Nada más se sabe en esta tierra

Y no más hace falta.


1 Presentacion para el panel “Las certidumbres de la teoria de la relatividad: homenaje a Albert Einstein, 100 años”, Feria del Libro, Buenos Aires, 27 de abril del 2005.


2 “François Mauriac and Freedom”, in Literary and Philosophical Essays, New York, Creterion Books, !995, p.23.

3 S. Chandrasekhar, “Truth and Beauty, Aesthetics and Motivations in Science”, U. of Chicago Press, 1987, p.66.

4 P. A. M. Dirac, “Pretty Mathematics”, International Journal of Theoretical Physics, 21, pp. 603-605 (1982).

5 El termino fotón aparece por primera vez en 1926, en un trabajo de Gilbert Lewis.


6 Planck’s Original Papers on Quantum Physics, German and English Edition, translated by D. Ter Haar and S. G. Brush, John Wiley & Sons, New York (1972).

7 M. Planck, “The origin and development of the Quantum Theory” translated by H.T. Clarke and L. Silberstein., being the Nobel Prize Address of 1920. Oxford, Clarendon Press (1922).

8 P. Gallison, “Einstein’s Clocks, Poincare’s Maps. Empires of Time”. W. W. Norton and Company Ltd. London (2003).

9 H. Poincaré, “La theorie de Lorentz et le Principe de Réaction”, Arch. Néer. Sci. Exactes Nat. 2, 252 (1900). Ver también el artículo “Did Einstein really discovered ‘’?” Am. J. Phys. 56, 114 (1988).




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