Cien años de Relatividad: las claves para entenderla

Lo que hace profunda y hermosa a la Relatividad General es la unificación y entrelazamiento de conceptos que uno cree que están muy alejados entre sí. Ellos son la geometría y la materia.

Cuando uno piensa en geometría piensa en fórmulas para calcular áreas y volúmenes. O triángulos y círculos dibujados en un papel como ayuda a la tediosa tarea de encontrar una distancia desconocida. Cuando uno piensa en la materia vienen ideas de algo sólido y contundente. Es eso de lo que están hechas las cosas. Y ya. La única relación entre materia y geometría es que la materia ocupa un volumen. Pero la conexión va mucho más allá.

A veces, pensar en geometría es pensar en triángulos, círculos, áreas y volúmenes (Foto: Flickr, Matt Krause).

Einstein descubrió que no es posible distinguir si uno está de pie siendo acelerado hacia arriba adentro de un cohete en el espacio exterior, o si uno está de pie adentro de un ascensor en un edificio sobre la tierra. A eso le llamó el principio de equivalencia. A través de experimentos mentales conectó las conclusiones lógicas de los efectos de la aceleración sobre el tiempo, la distancia y los rayos de luz. Al decir que gravedad y aceleración son equivalentes, todos los efectos de la aceleración se trasladan al campo gravitacional automáticamente. Esos efectos, de alguna manera indicaban que la geometría del espacio involucrado ya no era plana sino que parecía haberse curvado.

La manera de visualizar la curvatura es imaginar que el espacio es una cama elástica. Cuando colocamos un objeto pesado –como una bola de boliche– la cama elástica se hunde produciendo una deformación. Si ahora hacemos rodar una pelota de tenis por la cama elástica, ésta no seguirá una trayectoria recta sino que torcerá su ruta debido a que la cama no es plana sino que ha sido curvada por la bola de boliche.

Einstein tuvo que estudiar nuevas matemáticas para describir espacios curvos y relacionar la curvatura con la gravedad. Fue en noviembre de hace cien años que Einstein escribió cuatro artículos, siendo el último de ellos el que contiene lo que hoy conocemos como las ecuaciones de campo, las cuales son la relación precisa de cómo la materia curva el espacio que la rodea y esa curvatura se manifiesta como la fuerza de gravedad.

Las ecuaciones de campo de Einstein nos dijeron por primera vez que el universo se expande, que inició en una singularidad espaciotemporal conocida ahora como el Big Bang. También que hay estrellas compactas donde la gravedad es tan fuerte que ni la luz escapa de ellas –hoy les llamamos agujeros negros–, y que los relojes marchan a diferentes ritmos en un campo gravitacional y, gracias a eso, el sistema de posicionamiento global GPS nos puede dar con gran exactitud nuestra ubicación sobre el planeta.

Cuando mencionaba al principio lo de la historia de amor, no era sólo una metáfora. Mis primeros recuerdos de Einstein y la relatividad me llevan a un libro en la sala de la casa de mis padres, llamado El Universo. Me gustaba ver las imágenes de los ensayos fotográficos, característicos de la colección. Con el tiempo empecé a leer el texto. No lo entendía todo, pero era de lo más fascinante. Cerraba el libro y me iba confundido. Transcurrían los años, regresaba a él y a algunos otros libros como si fuera otro round en la pelea por tratar de entender. Aquí hay una foto del libro, edición 1978:

'El Universo', libro que me llevó -siendo niño- a la Relatividad de Einstein (Foto: Enrique Pazos).

Al momento de elegir carrera no tenía la menor duda de que quería estudiar física. Fue hasta el final y durante el principio del postgrado que yo también estudié las mismas matemáticas que Einstein necesitó para analizar curvatura y geometría. A medida que entendía más, mi alegría crecía. Era revelador y estremecedor. Como si finalmente hubiera tenido la clave para descifrar un misterio antiguo.

Ahora que se cumplen cien años de la Relatividad General, no puedo dejar de sentirme feliz por vivir este momento de la historia. Más aún, porque esa pequeña parte del conocimiento humano me flechó desde niño, y se convirtió en un sueño y una meta que con los años sólo se pudo conquistar por amor a la ciencia, al conocimiento y al profundo deseo de entender eso que es más grande que nosotros: el universo, el todo. El entendimiento nos acerca al todo, y sólo estando tan cerca se llega a ese momento en que uno acepta que el todo está fuera del alcance humano, y uno regresa al todo sin necesidad de morir.