El Universo Elegante

El universo elegante: El sueño de Einstein

Cuando Newton formula la teoría gravitacional en el siglo XVII, jamás pensaría que complicaría las cosas tanto. Newton consigue explicar cómo es que la gravedad funciona y ejerce su influencia, pero jamás se explica el porqué y el origen de esta fuerza. Los objetos, según Newton y según lo que ahora podemos afirmar con seguridad, se atraen entre sí de acuerdo a la masa de cada uno. Newton consigue mediante sus diversas formas predecir y describir esta fuerza; sin embargo, no lograba entender cómo era que funcionaba.

Einstein, a principios del siglo XX, replantea el modo de entender la gravedad con su teoría de la relatividad general. Al afirmar que nada podría ir más rápido que la luz, entra en conflicto con Newton, quien afirmaba que la gravedad actuaba instantáneamente a cualquier distancia. Lo que Einstein formula para integrar las ideas de la gravedad, y replantear a Newton, sin traicionar la velocidad absoluta de la luz, es la malla espacio-temporal. Einstein plantea que el universo se puede entender sobre una malla espacio-temporal. Los objetos más pesados, curvan esta malla, produciendo lo que entendemos por gravedad.

Einstein revoluciona la física con su teoría, y aspira con ella (lo sabemos por sus cartas) a una meta mucho mayor: una teoría unificadora, que explique el orden cósmico; es decir, que integre la otra fuerza conocida hasta la época: el electromagnetismo.

Maxwell había logrado integrar dos fuerzas que tenían una relación aparente: la electricidad y el magnetismo. Einstein admiraba este logro, y pretendía unificar el electromagnetismo a la fuerza que él había replanteado: la gravedad. Sin embargo, las diferencias entre ambas fuerzas se acrecentaban, y así Einstein no logró jamás integrarlos. La gravedad funcionaba a la perfección para explicar el comportamiento de los grandes astros, pero el electromagnetismo era mucho más poderoso a nivel atómico.

Durante los años veinte, un grupo de científicos empieza a desarrollar, paralelamente a los intentos de Einstein, una nueva visión del comportamiento subatómico: la mecánica cuántica. La mecánica cuántica explicaba cómo se relacionaban las partículas diminutas que forman el átomo. La gravedad y el electromagnetismo, a este nivel, no servían para explicar nada. La problemática principal se halla en la manera de concebir el comportamiento de las partículas: el universo de einstein era ordenado y armónico, mientras que el que planteaba la mecánica cuántica, a nivel subatómico, era un universo caótico y de azar.

La mecánica cuántica es una ciencia de probabilidades. Para esta rama de la física, todo puede suceder, y llega a afirmar que si es que para un fenómeno hay cien posibilidades, las cien posibilidades se llevarán a cabo. A nivel subatómico las probabilidades de que suceda algo que desafíe las leyes de la física clásica son equivalentes a las que lo contradicen. De hecho, para la mecánica cuántica, existen esas probabilidades en nuestro mundo cotidiano también; sin embargo, son tan remotas que tendría que pasar miles de años experimentando.

Einstein y la mecánica cuántica resultan incompatibles desde el simple hecho de que la mecánica cuántica afirmaba que era imposible saber el resultado de un experimento.

El camino hacia una teoría unificadora se complica aún más, cuando la mecánica cuántica define dos nuevas fuerzas: la fuerza nuclear fuerte (que mantiene unidos los neutrones y protones en el núcleo del átomo) y la fuerza nuclear débil (que permite que los neutrones se transformen en protones, emitiendo una radiación durante el proceso). Para esta mecánica cuántica, todas las fuerzas (a excepción de la gravedad) funcionan a la perfección a escala subatómica (el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte).

Así, la unificación que permitiría la explicación del universo y el comportamiento del todo, se alejaba. Einstein, ya llegando a su muerte, no podía asumir los descubrimientos de la mecánica cuántica. Y los demás científicos no se creían capaces de integrar la relatividad general al electromagnetismo y las fuerzas nucleares que explicaban el comportamiento subatómico.

La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo decargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo decorriente eléctrica.

Las cargas eléctricas producen campos electromagnéticos que interaccionan con otras cargas. La electricidad se manifiesta en varios fenómenos:

• Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

• Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente; se mide en amperios.

• Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

• Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios.

• Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

En ingeniería eléctrica, la electricidad se usa para generar:

• luz mediante lámparas

• calor, aprovechando el efecto Joule

• movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica

• señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso residencial e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica en esta época transformó la industria y la sociedad. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.1 La electricidad es la columna vertebral de la sociedad industrial moderna

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