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Diálogos con la ciencia

La relatividad general: 100 años de soledad

Jorge Wagensberg mantiene una vez al mes una conversación con los científicos españoles más importantes. Esta semana charla con José Mª Martín Senovilla

Jorge Wagensberg - 18/09/2015 - Número 1
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La relatividad general: 100 años de soledad
Iker Ayestaran

Se cumplen 100 años de la teoría general de la relatividad, la ciencia de lo invisible por grande, como el universo con todos sus cúmulos, galaxias y estrellas. Lo que empieza como heterodoxia sorprendente puede convertirse en ortodoxia imprescindible. En arte también ocurre. Y José María Martín Senovilla, catedrático de Física Teórica de la Universidad del País Vasco en Bilbao, es hoy uno de los físicos que más sustos y sorpresas está dando a la comunidad internacional en temas de relatividad y cosmología. La primera vez que le vi fue en 1990 en una conferencia que dio en la Facultad de Física en Barcelona. La imagen es imborrable: 200 alumnos con la boca abierta  durante más de una hora.

No tienes teléfono móvil…
Pues no. Mis alumnos no se lo creen y la familia se queja a veces. Debo de ser una especie en vías de extinción…

(…O una singularidad en el cosmos.) ¿No había una palabra mejor para  nombrar la relatividad?
La palabra “relatividad” induce a error. Se llama así por continuidad con el principio de relatividad de Galileo (al que sustituye). Pero no tiene nada que ver con el relativismo filosófico, ni sirve para soltar suspiros al estilo de “todo es relativo”. De hecho, la teoría de la relatividad consagra la velocidad de la luz como una constante absoluta de la realidad.

La relatividad no es relativa, el Big Bang no fue “big” ni fue “bang”, los agujeros negros son más bien grises… 
Lo de Big Bang fue una burla de Fred Hoyle, pero enganchó tanto que no ha habido manera de cambiarlo. Y lo mismo pasa con los agujeros negros, que  antes se llamaban “estrellas congeladas”, un término mucho más apropiado, creo. Las estrellas se agotan, se colapsan y se quedan paralizadas.

Albert Einstein es, para muchos, la mente que más profundamente ha penetrado en la comprensión de la materia. Pero ¿de dónde le viene esa capacidad? No fue un gran matemático y menos aún un hábil experimentador. Se diría que su pensamiento procede más bien de un sentido estético: “La naturaleza (sus leyes) no puede depender de quien la mira”, el universo puede ser complejo, difícil, misterioso… ¡pero no feo! 
Quizá te sorprenda, pero yo creo que Einstein aprendió más de lo que parece cuando, recién licenciado, trabajó en una oficina de

“Einstein se adelantó más de 100 años a su tiempo con la teoría general de la relatividad”


patentes. Allí pensó y evaluó cientos de presuntas innovaciones. No es mal ejercicio para entrenar una mente brillante. Él mismo presentó varias patentes, como el de una nevera silenciosa.

Y el perfil del ala de avión que aún se usa también es suyo.
Tengo la fantasía de que el secreto puede estar en los ascensores. En aquella época empezaban a fabricarse y Einstein debió de analizar muchas maneras de usarlos y de cómo sentirse en ellos.

¿Sugieres que el germen de la relatividad general está en el diseño de ascensores?
¡No me extrañaría nada!  Einstein ya era un físico imprescindible cuando el 25 de noviembre de 1915 envía a publicar las ecuaciones de su teoría general de la relatividad y da con ello un tremendo acelerón a la historia de la física. 

Por cierto, dicho sea de paso, tú naciste un 25 de noviembre, ¿se alinearon los astros?
Así parece, ja,ja.

La teoría especial de la relatividad estaba al caer cuando Einstein la publicó en 1905 (con Lorentz y Poincaré, por ejemplo). Sin embargo, en 1915 nada hacía sospechar que hubiera un hueco tan grande por llenar en la física.
Sí, eso fue muy gordo. Einstein se adelantó más de 100 años a su tiempo. La teoría general de la relatividad tocaba ahora, en 2015, no en 1915. En aquella época no existían contradicciones ni vacíos experimentales que explicar. La idea de que la física no puede
depender del observador se lleva ahora a sus últimas consecuencias. El llamado principio de equivalencia es quizá la idea más potente y sencilla de la historia. Creo incluso que si Einstein no la hubiese publicado en 1915 hoy no tendríamos aún las cosas del todo claras.

La confirmación de que la gravedad desvía la luz, lograda por Eddington durante un eclipse de 1919, apareció en la portada de toda la prensa mundial. Sin embargo, se dice que Eddington tenía tantas ganas de que sus datos confirmaran a Einstein que los maquilló un poco, como hiciera Mendel en su día con las leyes de la genética.
Mendel mejoró sus datos, pero aunque se dijera algo parecido de Eddington, un estudio reciente ha revelado que sus errores fueron grandes pero honrados. Alemania e Inglaterra estaban entonces en plena posguerra, por lo que un científico inglés aplaudiendo un éxito alemán es admirable. Pero la ciencia siempre ha estado globalizada por encima de los arrebatos patrióticos. Durante la guerra fría los científicos del Este y del Oeste celebraban sinceramente sus logros mutuos.

Decías que Einstein se adelantó un siglo en 1915. ¿Es un caso único? Darwin fue muy importante pero la evolución de las especies ya se mascaba en el aire. 
El único caso comparable quizá sea Isaac Newton. Pero Newton tuvo  precursores próximos. La relatividad general en cambio es una creación pura del intelecto que, además, resulta que funciona para comprender el mundo. Pero insisto: hasta ayer mismo no sabíamos qué hacer con ella. Han sido 100 años de soledad. ¿Qué motivó entonces a Einstein? Quizá sea una cuestión de  estética, de justicia, de armonía…

¿Se requiere belleza, justicia y armonía para comprender el mundo?
Tal es la concepción del mundo de Einstein, sí. La teoría especial de la relatividad es para observadores montados en sistemas inerciales (no acelerados). Pero ¿qué injusticia cósmica es esa? ¿Por qué debe renunciar a comprender el mundo un observador que viaja en un sistema acelerado? ¿Qué extraño privilegio es ese?

Parece una constante universal de la condición humana: siempre que se elimina un privilegio (una élite o un centro) el conocimiento avanza.
Pues lo mismo ocurre con la masa: la masa de la gravedad (la que pesa) es la misma que se resiste a acelerarse cuando se le aplica una fuerza. Es una de las ideas más simples y fecundas del conocimiento humano. Es el principio de equivalencia, una idea profunda, pero fácil de explicar. Lo intento: un observador está de pie sobre una báscula dentro de una cabina. El principio de equivalencia  dice que la lectura de la báscula no distingue si la fuerza procede de la atracción gravitatoria de algún otro cuerpo o si lo que ocurre es que el habitáculo se está acelerando. Hertz, Galileo y Newton ya se plantearon el dilema, pero Einstein fue el primero en comprender. Sobre este sencillísimo principio se levanta todo el descomunal edificio de la relatividad general.

¿Por eso aludías al ascensor como una musa cósmica? 
Ascensores, trenes… Si caminas por dentro de un tren que acelera sentirás que subes una pendiente, si lo haces por un tren que frena sentirás que la estás bajando.

Pasamos ahora de Einstein a Senovilla. La revista ‘Nature’ te dedicó un editorial firmado por John Maddox. Fue muy sonado.
Penrose y Hawking habían publicado sus llamados teoremas de singularidades según los cuales, bajo ciertas condiciones muy razonables, aparecían soluciones  singulares (compatibles con fenómenos como el Big Bang o los agujeros negros). Encontré, casi por casualidad, una solución no singular. Lo primero que pensé es que me había equivocado. Pero no. Lo segundo que pensé es que mi solución violaría las condiciones lógicas. Pero tampoco. La sorpresa fue mayúscula porque nadie pensaba que soluciones así pudieran existir. 

Pero como mínimo significa que, aunque el universo es como es, pudo muy bien no serlo.
Exacto, ¡el universo tuvo la opción de ser distinto! La relatividad general no implica necesariamente singularidad.

El gran Kurt Gödel, el matemático de lo indecidible, le regaló a Einstein, para su 70 aniversario, otra solución de su ecuación según la cual uno puede partir hacia su futuro para alcanzar el presente pasando por su pasado. Un viaje onírico y surrealista…
Sí, fue en Princeton en 1949. Gödel es el padre del segundo renacimiento de la relatividad general.

¿Einstein no incluyó ninguna solución en su primer artículo de la ecuación?
Antes había publicado una aproximación que le sirvió para explicar  el comportamiento (no del todo newtoniano) del planeta Mercurio. Einstein pensaba incluso que nunca se encontrarían soluciones exactas. Pero la primera no se hizo esperar ni un mes. Lo consiguió  Schwarzschild en condiciones muy difíciles:  estaba en el frente de la Primera Guerra Mundial, enfermo y a punto de morir. Luego vinieron Georges Lemaître con el Big Bang y la expansión del universo, Kurt Gödel como transición y, más tarde, los agujeros negros y tantos otros avances en cosmología.

Construimos los relojes con todos los minutos iguales para que el tiempo no tenga la culpa del cambio que observamos en las cosas. Pero aquí irrumpe de nuevo Senovilla para estropear la siesta a la comunidad científica. ¿Digo bien si digo: “El tiempo se nos muere”?
Ja ja, sí, bueno, se trata de una especulación científica. La llamada teoría de supercuerdas requiere un mundo de 10 dimensiones (nueve espaciales y una temporal), dentro del cual hay submundos (branas) de menos dimensiones, como el de cuatro en el que vivimos. Se puede especular entonces con una brana que se mueva a una velocidad próxima a la de la luz y en la que todas sus dimensiones acaben siendo espaciales. Desde ese (sub)mundo se vería  que la expansión del universo se acelera, cuando en realidad es el tiempo el que se estaría frenando. Un mundo así iría drenando energía hasta quedar totalmente congelado. La gracia de todo esto es que la llamada energía oscura ya no haría falta para nada.

Pasaría de misterioso enigma a hipótesis innecesaria. Algo así le ocurrió al éter con la relatividad especial: el problema no se resuelve sino que se disuelve. ¿No crees que la teoría de supercuerdas es demasiado compleja para ser cierta?
La he usado pero no me entusiasma. La tendencia en física es unificarlo todo y soportamos mal que la gravitación (el mundo de lo grande) sea incluso contradictorio con la cuántica (el mundo de lo pequeño). A muchos nos incomoda que la teoría de las supercuerdas no sea hoy por hoy falsable.

Para Karl Popper ni siquiera sería ciencia. La idea que sigue con buena salud es la de que el universo tenga un principio y es compatible con muchos textos sagrados. Pero los no físicos se siguen irritando con los físicos cuando rechazamos la pregunta “¿Y qué hubo antes?”
La palabra “antes” no tiene sentido si el tiempo no existe.  Esto es irrefutable: el tiempo nació con el universo.

Aquí hay un regalo de la ciencia para los teólogos que se enfrentan a la pregunta de qué hizo Dios, que es eterno, durante la semieternidad que precedió a la creación del mundo.
Sí, también parece una falsa pregunta. Pero hay otras de las que no escapamos con tanta facilidad. Por ejemplo, ¿por qué hay algo en lugar de nada?

Filósofos como Leibniz o Heidegger también se lo plantean. La ciencia no lo resuelve, pero sí da alguna pista. Algo positivo coexiste  con algo negativo  en un conjunto localmente igual a nada. Si uno de los dos se escapa al infinito ya tenemos algo donde antes había nada. Curiosamente, la carga total o la energía total del universo parecen nulas…
La realidad podría nombrarse como una fluctuación cuántica de la nada. La probabilidad de una fluctuación así es ínfima, pero tiempo no falta. Son palabras de Borges: todas las fluctuaciones acaban por ocurrir. Según la relatividad general el tiempo y el espacio no son separables de la materia. Si retiramos todas las cosas del universo, lo que queda no es la idea kantiana de un espacio y un tiempo vacíos. 

No queda ni el escenario…
Escenarios vacíos no tienen sentido en el gran teatro de la realidad.