Si bien puede parecerlo, no voy a hablar en este artículo de sociología ni de la visión que tiene la sociedad sobre la ciencia. La intención de estas lineas es reflexionar sobre hasta qué punto los prejuicios que tenemos sobre como debe ser el mundo en el que vivimos pueden afectar a la manera de entender la ciencia. No sólo eso, también se nos pueden escapar importantes descubrimientos simplemente por no ver más allá del paradigma científico imperante en la época en la que vivimos.

A Einstein se le atribuye la siguiente cita:

El sentido común es esa colección de prejuicios que se adquieren cuando cumples dieciocho

Bueno, la interpretación que me gusta de esta cita es que lo que nosotros llamamos sentido común no son más que un cúmulo de prejuicios que vamos adquiriendo desde el instante en que nacemos, y que nos acompañan toda nuestra vida. Decir dieciocho puede interpretarse como la edad adulta, cuando tenemos establecidas las nociones sobre lo que nos rodea. Podemos decir que la fase de aprendizaje más activa está en la infancia y es quizá cuando menos prejuicios tengamos. Intentando evitar el sentido peyorativo del término "prejuicio", precisemos que en este contexto se trata de todas esas suposiciones que hacemos de manera inconsciente. Aplicándola a la vida cotidiana, estos prejuicios serían el como esperamos que las personas reaccionen ante unas acciones determinadas, por ejemplo.

Y de igual modo, esperamos que el universo actúe en consecuencia a nuestro sentido común. Es decir, para nosotros es normal que si se nos cae la taza de café caliente, antes de que ésta impacte con el suelo, nos apartaremos violentamente para evitar quemarnos, porque estamos suponiendo que la gravedad va a hacer que la taza caiga, el café se vierta y tengamos que arreglar el estropicio causado. Es una experiencia sobre la que no hace falta tener conocimiento acerca de qué la provoca. Simplemente, aprendemos que cuando sueltas algo en el aire se cae, y actuamos en consecuencia. En cierto modo, es un aprendizaje por inducción: si vemos que siempre se cae, nunca dejaremos de apartarnos por si la taza en lugar de caer se queda levitando en el aire.

Luego a mayores podemos buscar explicación racional a los motivos, y poder tener seguridad sobre ello. Pero dado que nuestro mundo se reduce a una escala muy concreta de tiempos, de velocidades y de tamaños, nuestro sentido común o nuestra intuición es más que limitada y es precisamente en los extremos en los que nos damos cuenta de que eso que llamamos sentido común no es más que una barrera a la comprensión del universo. A fin de cuentas ¿por qué motivo habría de ser éste intuitivo para nosotros? O dicho de otra manera ¿debemos esperar que el universo se comporte de igual manera a todas las escalas?

Si esta pregunta la plantease en el siglo XIX la respuesta sería probablemente que sí. En parte porque el paradigma hasta la fecha demostraba que las ecuaciones eran formalmente las mismas en unos casos que en otros. De modo que podíamos extrapolar el comportamiento de unos casos particulares a otros más generales.

El primer atisbo de que este procedimiento era incorrecto vino de la mano del desarrollo del electromagnetismo. Cuando las ecuaciones de Maxwell que definen completamente el campo electromagnético mostraron que no se comportaban como debían cuando se usaban las transformaciones de Galileo. Aquí entramos en el terreno de los sistemas de referencia. Aunque el trasfondo matemático no es precisamente escaso se puede resumir con facilidad sin utilizar fórmulas.

La idea es, si nosotros definimos un punto de vista sobre un determinado punto al que llamamos sistema de coordenadas, nos resultará útil poder redefinir nuestras conclusiones en otro sistemas de referencia. Y si es posible, poder hallar relaciones entre ambos. Así, una de las cosas que se esperaban, es que todas las ecuaciones de la mecánica clásica (y del electromagnetismo por extensión) fuesen invariantes ante las transformaciones de Galileo.

Invariante, en el sentido físico del término, significa que la ecuación no cambia de forma por el hecho de adoptar un punto de vista equivalente al considerado inicialmente. Es decir, que si nosotros en un sistema de referencia galileano (estos son los que se definen con tres coordenadas espaciales X,Y,Z y para todos ellos el tiempo es el mismo) tenemos un rectángulo dibujado, al trasladarnos a otro sistema de referencia seguiremos viendo un rectángulo. A lo mejor, por el hecho de que nos estemos moviendo o lo que sea, el rectángulo puede ser más estrecho o más ancho. Incluso podría darse el caso de que degenerara en una línea. Desde luego, lo que no es esperable es que si en un sistema de referencia vemos un rectángulo, en otro sistema de referencia veamos ese mismo objeto como una circunferencia.

A esto nos referimos, bajo un punto de vista físico, con el término invariancia, grosso modo. Aceptamos que las ecuaciones cambien de un sistema de referencia a otro siempre que formalmente se mantengan invariantes.

Esto que parece bastante lógico de pedirle a una teoría y que encuentra respaldo experimental, no se cumplía con el electromagnetismo y las transformaciones de Galileo. En este caso, tenemos tres posibilidades: que sea cierto el electromagnetismo e incorrectas las transformaciones; que sean ciertas las transformaciones e incorrecto el electromagnetismo y por último, que ambos estén equivocados.

En parte, la experiencia hasta el momento dice que las transformaciones de Galileo no están equivocadas. Al menos no en todos los casos. Por su parte, el electromagnetismo se sabe que va funcionando muy bien (recordemos, en el siglo XIX) aunque queda mucho camino por andar.

Así que se toma una decisión intermedia: buscar unas nuevas transformaciones que deben cumplir dos cosas.

Primero, que la ecuación de ondas que sale de las ecuaciones de Maxwell, sea invariante frente a estas transformaciones.

Segundo, que en el límite de bajas velocidades (que es donde sabemos que funcionan las de Galileo por experiencia) se conviertan en las transformaciones de Galileo.

Con esto en mente, se llegó a las transformaciones de Lorentz. Que cumplían ambas cosas. Con esto se sentaron las bases a un nuevo paradigma, en el cual tanto la mecánica como el electromagnetismo eran invariantes y de paso se cubrían todos los intervalos de velocidades.

No obstante, los primeros problemas no tardaron en surgir. En estas nuevas transformaciones, aparecía un límite superior a la velocidad. Una cota imposible de franquear. Lo cual era impensable hasta la fecha. Dicha velocidad, es la velocidad de propagación que aparece en la ecuación de ondas deducida de las ecuaciones de Maxwell, que es c = 299792458 m/s en el vacío. Dicha velocidad, no dependía de ningún sistema de referencia en particular. La primera implicación de esto es implacable: la velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia inerciales. La segunda y no menos importante: el tiempo dejaba de ser absoluto y era dependiente de cada sistema de referencia en particular. Por no hablar de que la luz no necesitaba ningún soporte físico para moverse, le bastaba con la nada. Dicho así es muy fácil y rápido. Pero no fue fácil de aceptar.

Al principio se intentó de todo para encontrar errores en esta interpretación. Para ello se idearon experimentos como el que Michelson y Morley llevaron a cabo en 1887. Querían encontrar que existía una sustancia, llamada éter, que constituía el sistema de referencia absoluto. Es decir, aquello que podíamos considerar fijo y en reposo y que todo lo demás se movía con respecto al éter. Dicha sustancia serviría para que la luz viajara a su través y tenía que ser muy peculiar: no podía ocasionar rozamiento con nada, porque los planetas acabarían degradando sus órbitas por efecto del rozamiento. Además, tenía que ser lo bastante elástico para oscilar a la misma frecuencia que la luz.

El experimento de Michelson-Morley⁽¹⁾ demostró que no había éter que valiera. Había que aceptarlo: la luz no necesita un soporte físico para poder viajar. Al contrario que las ondas mecánicas. Ya de paso se comprobó otra de las consecuencias increíbles de las transformaciones de Lorentz: las distancias se acortan y el tiempo se dilata, con la velocidad.

Demasiadas cosas que aceptar en muy poco tiempo.

En medio de esta vorágine de cambios, apareció Albert Einstein y con dos sencillos postulados fundó la teoría de la relatividad especial para solventar de una tacada todos estos problemas. Dichos postulados no salieron de la nada. Fueron elegidos a conciencia en base a las conclusiones que se venían obteniendo de los últimos años. Así, Einstein postuló:

1. Las leyes de la Física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
2. La velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia inerciales.

A partir de ahí, todo lo que se había ido descubriendo, aparecía de forma natural: la dilatación del tiempo, la contracción de la longitud, la velocidad de la luz es la máxima posible, etcétera.

Se desarrolló una teoría que matemáticamente no era en absoluto compleja en comparación con otras contemporáneas, y que sin embargo atentaba contra el sentido común, atentaba contra la lógica y pese a la abrumadora sencillez de sus planteamientos, de su desarrollo y de sus conclusiones, era demasiado difícil tragar con lo que decía. Todos esos prejuicios impedían aceptar la realidad.

Posteriormente, diez años más tarde, logró generalizar las conclusiones a sistemas no inerciales y ya de paso halló explicación para la gravedad. Le costó todo ese tiempo porque las matemáticas requeridas superaban con mucho la formación que tenía hasta ese momento y la complejidad requerida era mucho mayor. No obstante, sus consecuencias no se hicieron esperar y en 1919, cuatro años después de su formulación, se encontró la primera prueba experimental⁽²⁾ de que la teoría de la relatividad general no estaba equivocada.

Casi todos los problemas que aparecieron de cara a la comunidad científica con la relatividad fueron fruto de la negación a aceptar que había que derribar el paradigma aceptado hasta la fecha. Se llegó a escribir un libro titulado "100 científicos contra Einstein". Se cuenta que cuando Einstein fue preguntado por este libro, contestó:

¿Para qué cien? Si estuviera equivocado, con uno sólo habría sido suficiente.

Con esta lógica aplastante Einstein dejó para los años venideros la comprobación experimental de todas y cada una de las impresionantes predicciones de sus teorías. Las cuales aún hoy, más de cien años después, nos siguen sorprendiendo.

A la par, mientras se desarrollaba la teoría de la relatividad, se fundaba una nueva rama de la física por las conclusiones de un inocente problema que quedaba por resolver. Otro de los cuales decían, que una vez resuelto, ya estaría resuelta toda la física conocida. El problema era hallar el espectro de emisión del cuerpo negro⁽³⁾ del que ya hablé en entradas anteriores.

La rama de la física que surgía era la mecánica cuántica. Otra teoría que aportaba un nuevo paradigma y que pese a no ser excesivamente complicada en un principio (matemáticamente hablando) atentaba desde la primera letra contra lo que concebíamos como sentido común.

Tal vez por esto sean las dos teorías marco de la Física que más han trascendido a la gente han sido precisamente estas dos. Ambas nacidas en épocas similares y ambas cambiaron el mundo para siempre. Y ambas también, comparten ese halo de misterio para la gente, esa fama de ser difíciles de entender y de trabajar con ellas.Tal vez porque hace falta mucho entrenamiento para ser capaz de prescindir de los sentidos que nos ayudan en nuestra vida cotidiana pero que en estos contextos resultan un estorbo.

Es por esto que la ciencia requiere un análisis lo menos prejuicioso posible. Y por la misma razón, nunca se puede dar el trabajo por terminado.

 

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⁽¹⁾http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Michelson_y_Morley.
⁽²⁾ http://physics.ucr.edu/~wudka/Physics7/Notes_www/node98.html.
⁽³⁾ http://www.migui.com/ciencias/fisica/….