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1905, annus mirabilis de Albert Einstein
Hace un siglo, el gran físico alemán cumplió una hazaña intelectual que cambiaría la historia de la ciencia y del mundo. En un lapso de doce meses publicó cinco artículos revolucionarios, en los que expuso lo que se llamó la "teoría especial de la relatividad"
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El poeta John Dryden publicó en 1666 el extenso poema Annus Mirabilis ("Año de las maravillas"). Allí celebraba que ese mismo año la armada inglesa había vencido a la holandesa y que la ciudad de Londres había sobrevivido a un gran incendio. También en 1666, Newton, con veinticuatro años, había completado la creación del cálculo diferencial e integral y concebido su teoría de los colores. No sólo eso, "Ese mismo año -recuerda el propio Newton- comencé a pensar en la gravedad extendida a la órbita de la Luna". Esos aportes contenían todo un programa conceptual y metodológico que marcó el desarrollo de la física durante los dos siglos siguientes. Los historiadores se adueñaron de la expresión de Dryden y comenzaron a hablar del annus mirabilis de Newton para celebrar sus logros durante 1666.
A lo largo de 1905, el físico alemán Albert Einstein, entonces de veintiséis años, realizó una hazaña intelectual semejante: publicó cinco artículos, todos cruciales para la historia de la física del siglo XX. Dos de ellos aplican el análisis estadístico a la mecánica clásica para estudiar el comportamiento de las moléculas en un líquido. Estos trabajos, entre otras cosas, contribuyeron al reconocimiento de la realidad física de los átomos y al establecimiento de la rama de la física conocida como termodinámica estadística.
En otro artículo, Einstein presenta una modificación de los fundamentos de la mecánica clásica, nacida de los trabajos de Galileo y Newton. El objetivo era eliminar las inconsistencias entre esta rama de la física y la electrodinámica, que a fines del siglo XIX había logrado explicar en una única teoría los fenómenos eléctricos, magnéticos y ópticos, principalmente a partir de los aportes de James C. Maxwell y Henrik Lorentz.
El cuarto artículo es un corolario del anterior, en donde Einstein obtiene su famosa fórmula de la equivalencia entre la masa y la energía. El resultado de estos dos últimos artículos es lo que los contemporáneos de Einstein comenzaron a llamar "teoría especial de la relatividad", aunque su autor hubiera preferido el nombre absolutamente opuesto, "teoría de la invariancia".
El quinto artículo propone como hipótesis que la luz tiene estructura granulada (o cuántica) y es el único que Einstein calificó en aquel momento de "revolucionario". Con esta hipótesis -hoy considerada central en la construcción de la física cuántica- Einstein logró una explicación satisfactoria del llamado efecto fotoeléctrico. Por este aporte recibiría el premio Nobel en el año 1921. A semejanza de la de Newton, esta proeza intelectual ha motivado que los historiadores hablaran de 1905 como del annus mirabilis de Einstein.
En 1666, Newton ya era Bachiller en Artes, pero aún era un estudiante del Trinity College (Universidad de Cambridge). Debido a la peste que afectó a gran parte de Inglaterra, la universidad se mantuvo cerrada desde el verano de 1665 hasta la primavera de 1667. Durante ese período Newton permaneció en su casa de Woolsthorpe, libre de sus responsabilidades académicas. "El milagro reside en el increíble programa de estudios -llevado a cabo en privado y continuado en solitario- de un joven que asimiló un siglo de conocimientos y se colocó a la cabeza de las matemáticas y la ciencia europeas", sostiene Richard Westfall en Never at Rest (1980), la mejor biografía de Newton hasta la fecha.
Intuición y razón
A diferencia de Newton, luego de graduarse en la Escuela Politécnica de Zurich en 1900, Einstein no fue asimilado inmediatamente por la comunidad académica. También a diferencia de Newton, que nunca se casó -existen especulaciones de que murió virgen-, en 1905 Einstein ya tenía esposa y un hijo de un año. Esto lo obligaba a mantener un cargo de tiempo completo en la Oficina Federal de Patentes en Berna.
Una diferencia adicional se refiere a los respectivos talentos matemáticos. Newton fue capaz de crear las matemáticas necesarias para desarrollar sus ideas sobre mecánica y gravitación. Al respecto, cuenta Westfall: "Que por entonces fuera un desconocido no altera el hecho de que este joven que aún no tenía veinticuatro años, sin los beneficios de la instrucción formal, se hubiera transformado en el líder matemático de Europa". Algunos historiadores sostienen que Einstein nunca fue realmente creativo en matemáticas. En sus Notas autobiográficas, cuenta Einstein: "Vi que las matemáticas estaban fragmentadas en numerosas especialidades, cada una de las cuales podría fácilmente absorber nuestro breve lapso de vida. Así, me vi a mí mismo en la posición del asno de Buridan, que era incapaz de decidir qué atado de heno debía elegir".
El historiador Lewis Pyenson, que estudió la educación de Einstein en Munich (1889-1894) y, luego de su partida a Suiza, en Aarau y Zurich (1895-1900), destaca la excelente formación, tanto en física como en matemáticas, que recibió en Suiza y sostiene que "su rechazo de las matemáticas avanzadas estaba fundado más en la familiaridad que en la ignorancia". Durante esos años, Einstein habría recibido "una visión de las matemáticas como incapaces en sí mismas de proveer una formulación de las leyes naturales".
Einstein mantuvo hasta el final de su vida que la manipulación matemática nunca podría sustituir al razonamiento físico, asociado con frecuencia en sus escritos a términos como "intuición", "instinto científico", "acto creativo". Aunque también reconoció, en sus últimos años, que en su juventud aún no tenía claro que "el acceso al conocimiento más profundo de los principios más básicos de la física depende de los más intrincados métodos matemáticos".
Sus cinco artículos de 1905 no necesitaron matemáticas muy sofisticadas. Una formulación más apropiada para la teoría especial de la relatividad quedó en manos de Henri Poincaré, Herman Minkowski y Arnold Sommerfeld. Cuando más tarde comenzó a trabajar en lo que sería la teoría general de la relatividad, Einstein se sumergió en el cálculo de tensores ayudado por su antiguo compañero de estudios Marcel Grossmann. Las lagunas matemáticas en la formulación de la nueva teoría fueron cubiertas a posteriori por Tullio Levi-Civita y Hermann Weyl.
Anhelada simetría
En las primeras páginas de su artículo de 1905 dedicado a la teoría especial de la relatividad y publicado en la revista alemana Annalen der Physik, al referirse al movimiento de una partícula, sostiene Einstein que "debemos comprender claramente qué se entiende aquí por `tiempo´". Todas nuestras referencias al tiempo "son siempre sentencias de eventos simultáneos". Para aclarar este concepto, escribe lo que algún comentador concibió como la afirmación más simple publicada nunca en Annalen der Physik: "Si por ejemplo digo: `el tren arriba aquí a las siete en punto´, quiero decir algo como esto: `el apuntar de la aguja pequeña de mi reloj al siete y el arribo del tren son eventos simultáneos´".
En esta inocente afirmación el tiempo de ocurrencia de un evento es dado por la lectura de un reloj fijo en el lugar del evento, es decir, la ocurrencia de un evento enlaza mediciones de tiempo y espacio. Dicho de otra manera, Einstein comienza aquí a tratar el tiempo de manera localizada y no como algo absoluto extendido a través de todo el espacio.
El historiador de la ciencia Gerald Holton encuentra que en este artículo no se discute ninguno de los grandes problemas que preocupan a los físicos contemporáneos de Einstein: "no aparece una sola palabra acerca de la teoría de la materia, la naturaleza del electrón o las propiedades del éter". El verdadero problema para Einstein, dice Holton, es la unificación, la simplificación, el "aún casi desconocido idiosincrático anhelo del autor por las simetrías".
De acuerdo con las memorias de su hermana, Einstein se sintió bastante decepcionado al ver en los números siguientes de Annalen der Physik que su artículo parecía olvidado. Finalmente, recibió una carta en que Max Planck -en ese momento uno de los editores de la revista y figura central de la física alemana- le pedía explicaciones sobre algunos puntos oscuros. Se inició entonces una correspondencia entre ambos y, en el otoño de 1905, Planck discutió el artículo de Einstein en el coloquio de física de la Universidad de Berlín.
Si bien pasaron varios años antes de que se comprendiera la magnitud de los aportes de su annus mirabilis, Einstein comenzó a ser invitado a los encuentros anuales de la comunidad científica de habla alemana y, finalmente, en 1909 recibió el doctorado honoris causa en la Universidad de Ginebra y fue creada especialmente para él una cátedra de física teórica en la Universidad de Zurich.
El costo de una teoría final
Apenas publicados sus artículos sobre la teoría especial de la relatividad, Einstein comenzó a pensar que su aporte era bastante limitado, dado que dejaba afuera la gravitación. Y había también otros problemas, como la hipótesis de la naturaleza corpuscular de la luz, que él mismo había planteado. Sin embargo, en 1907, Einstein ya se animaba a expresar la esperanza de alcanzar "una completa Weltbild", una representación del mundo lógicamente cerrada que podría derivarse de su principio de relatividad.
Einstein iba a persistir heroicamente a lo largo de su vida en esa búsqueda. Hubo algunos breves períodos en los que pensó que estaba cerca de la meta. Sin embargo, con el paso de los años, sus cartas y ensayos muestran su creciente desesperación al comprender que una representación unificada de la estructura física de la realidad podría ser algo inalcanzable.
A fines de la década de 1920, ya estaba claro que a las dificultades de su propio programa de unificación se sumaba la nueva mecánica cuántica. Einstein exigía de una teoría física requisitos que la teoría cuántica no cumplía (determinismo causal o completitud en la descripción). En lugar de hablar de los hechos físicos, la teoría cuántica hablaba de la probabilidad de su ocurrencia. La desconfianza de Einstein en el formalismo matemático no fue ajena a esta postura.
A estas serias discrepancias epistemológicas puede agregarse que, a partir de las explosiones atómicas en agosto de 1945, la física tomaría por una senda que, de acuerdo con Peter Galison -tal vez el más notable historiador de la ciencia contemporánea-, estaría rubricada por un ethos tecnológico". Este nuevo estilo de hacer física, bautizado big science, vino rubricado por la centralización de la actividad de grandes equipos jerarquizados de científicos alrededor de grandes instrumentos (aceleradores de partículas, reactores nucleares, naves espaciales, telescopios gigantes), financiamiento masivo, la intervención de equipos de ingenieros y técnicos, del sector militar y -condición no menor para la captura de fondos públicos- de grandes audiencias.
En este nuevo panorama, siguió vigente la búsqueda de una formulación unificada de las leyes naturales. "Nuestras presentes teorías son sólo de una validez limitada, todavía tentativa e incompleta", sostuvo el premio Nobel de física (1979) Steven Weinberg en su libro Dreams of a Final Theory (1992). "Pero detrás de ellas -aclara- por momentos capturamos destellos de una teoría final". Ahora bien, el libro de Weinberg aclaraba que la "teoría final" requería en la década de 1990 de 10 mil millones de dólares para la construcción de un acelerador de partículas de 83 kilómetros de circunferencia. Los fondos iniciales para el proyecto fueron aprobados por el congreso de los Estados Unidos en 1988 y el proyecto abortó a mediados de 1993, luego de haber consumido 2 mil millones.
Para muchos científicos naturales y sociales, el estilo del físico-filósofo representado por Einstein produce nostalgia y parece irrecuperable. Aunque tal vez la mayor discrepancia con la práctica actual de la física en un país avanzado deba buscarse en el carácter equívoco de los compromisos éticos y sociales que exige la práctica científica. En este sentido, la dimensión social y ética en la figura de Einstein merecería un artículo aparte.
