Un siglo de la mano de Albert Einstein

• La teoría de la relatividad general cumple 100 años

• Einstein ofreció con ella una explicación al fenómeno de la gravedad

• Culminó así la revolución iniciada en 1905 con su relatividad especial

El 25 de noviembre de 1915, en la sede de la Academia Prusiana de las Ciencias en Berlín, un tal Albert Einstein presentaba un artículo que conmovía los cimientos de la física. Su lectura terminaba con esta frase: "Así pues, la teoría general de la relatividad como edificio lógico ha sido finalmente completada”. La relatividad especial ya había sido formulada por él mismo diez años antes, en 1905: casi nadie la había entendido. Cien años después, relatividad especial y general siguen siendo unas desconocidas para la mayor parte de los congéneres de Einstein.

Albert Einstein

¿Qué es la relatividad especial?

El tiempo es una dimensión más en la teoría de la relatividad especial, una dimensión inextricablemente unida en el tejido del espacio-tiempo a las otras tres espaciales (altura, anchura y profundidad) que nos son tan familiares. Tiempo y espacio son relativos, puesto que dependen del estado del observador: el tiempo (o espacio) medido por un observador A no es el mismo que el medido por un observador B si éstos se mueven a distintas velocidades. No hay pues un reloj (o metro) universal sino distintos relojes (o metros), ninguno de ellos más válido que otro.

Solo es absoluta la velocidad de la luz (casi 300.000 km por segundo en el vacío): nada puede viajar más rápido que ella dentro del espacio-tiempo. Conforme vas acelerando, el tiempo se dilata (tu reloj va más lento que si fueras a menor velocidad o estuvieras en reposo, aunque tu percepción del tiempo sea la misma en cualquier caso), pero este efecto solo es apreciable a velocidades elevadísimas: a bordo de un avión a reacción, o incluso de un cohete, es completamente insignificante. De hecho, no pasa el tiempo para un rayo de luz que surca el espacio vacío (aunque lleve viajando desde casi el Big Bang).

El tiempo también se ralentiza en las proximidades de un agujero negro, al curvarse enormemente el espacio-tiempo como veremos más adelante. Igualmente, el espacio se contrae a velocidades próximas a la absoluta: si viéramos pasar una nave con esa rapidez, la observaríamos tremendamente achatada (aunque dentro de ella sus moradores no percibirían nada raro). Todo depende, por tanto, del marco de referencia en que se halle el observador.

“El hecho de que nosotros no estemos ahora en noviembre de 1915 no significa que noviembre de 1915 no esté ahí.“

Que el tiempo sea una dimensión equiparable a las espaciales tiene una implicación desconcertante: pasado, presente y futuro nunca han dejado de estar ahí desde siempre. Para entenderlo, el hecho de que nosotros no estemos ahora en noviembre de 1915 no significa que noviembre de 1915 no esté ahí. Lo mismo puede afirmarse si cambiamos noviembre de 1915 por Berlín, algo que -a diferencia de lo anterior- no parece atentar contra nuestro sentido común. El paso del tiempo es solo un producto de nuestra consciencia (¿verdad que nadie diría que la altura, la anchura o la profundidad pasan o se van?).

Otra implicación de la relatividad especial es la celebérrima fórmula E = m x c² (donde c es la velocidad de la luz), que significa que la energía (E) y la masa (m) son intercambiables. O sea, que la materia es una manifestación de la energía (que, como sabemos, siempre se conserva). La energía puede transformarse en materia (es lo que ocurrió en los primeros instantes del Universo, al terminar su fase de expansión inflacionaria, y lo que pasa actualmente en un acelerador de partículas como el CERN) y la materia puede transformarse en energía (es lo que ocurre al estallar una bomba atómica o al desintegrarse naturalmente un núcleo radiactivo de uranio).

¿Qué es la relatividad general?

La ya centenaria teoría de la relatividad general es en el fondo una teoría de la gravedad que explica la aparente atracción a gran escala (teorizada por Newton) entre objetos masivos como el Sol, la Tierra, la Luna, las galaxias... Si nos imaginamos el espacio-tiempo como una enorme sábana tensa con objetos pesados sobre él, podríamos decir que la materia-energía comba el espacio-tiempo, que a su vez dice a la materia-energía cómo ha de moverse por él. Esto significa que la gravedad es simplemente una expresión de la geometría del Universo: los cuerpos no se atraen por efecto de alguna fuerza misteriosa que los lleva a juntarse, sino que se limitan a seguir el camino marcado por la sábana combada del espacio-tiempo (dentro del Sistema Solar, los planetas caen en órbitas por estar cerca de la hondonada del Sol; la Luna, a su vez, cae en órbita hacia la Tierra por estar cerca de la hondonada terrestre). La analogía bidimensional de la sábana es solo una útil aproximación para entender la gravedad, ya que lo que realmente se comba es el espacio-tiempo tetradimensional (por desgracia, nuestro cerebro no es capaz de concebir espacios con más de tres dimensiones).

“La gravedad es simplemente una expresión de la geometría del Universo.“

Einstein introdujo en las ecuaciones de la relatividad general la llamada constante cosmológica, para que sus matemáticas casaran con un Universo que creía estático. Hubble probó posteriormente que el Cosmos se estaba expandiendo y el científico nacido en la ciudad alemana de Ulm hubo de reconocer que la constante cosmológica había sido uno de sus grandes errores. Lo que no podía intuir es que su ñapa matemática sería reinterpretada posteriormente como energía de vacío o posible energía oscura: una misteriosa fuerza repulsiva, de la que apenas sabemos nada, que permea todo el Universo y es responsable de su expansión.

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Órbita Laika - La teoría de la relatividad

Incómodo con la mecánica cuántica, en pos de una teoría del todo

En los últimos años de su vida, la obsesión de Einstein fue la búsqueda de una teoría unificada que explicase todas las fuerzas del Universo (la electromagnética, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la gravitatoria). No lo consiguió. Siempre estuvo muy incómodo con la incertidumbre introducida por la mecánica cuántica, que no ofrece certezas sino probabilidades: consideraba que "Dios no juega a los dados". Pensaba que la mecánica cuántica era incompleta, que había variables ocultas que no contemplaba, cuyo conocimiento permitiría arrumbar las probabilidades para volver a las luminosas certezas. Además, para él el mundo existía -era real- con independencia de que fuese observado o no (de acuerdo a la interpretación de Copenhague, esgrimida por Niels Bohr, la Luna no existiría cuando nadie la estuviese contemplando).

“Einstein siempre estuvo muy incómodo con la incertidumbre introducida por la mecánica cuántica.“

Junto a sus colegas Podolski y Rosen, apuntó en 1935 en la conocida como paradoja EPR (Einstein-Podolski-Rosen) que la única explicación del entrelazamiento cuántico (fenómeno merced al cual la interacción con una partícula afecta instantáneamente a otra ligada a ella, da igual la distancia a la que se encuentren) que permitía eludir una hipotética "acción fantasmal a distancia" -considerada por ellos ilógica- era que las dos partículas entrelazadas compartiesen una programación oculta. Con ello pretendían poner en evidencia la incompletitud de la mecánica cuántica. El teorema de Bell, formulado en 1964 y confirmado empíricamente en 1981, desmentiría la existencia de variables ocultas locales (no así de las no locales, en las que la información de una partícula a otra se transmitiría instantáneamente -más rápido que la luz, por tanto-, como parece ocurrir con el entrelazamiento cuántico). Nuevamente, Einstein se había equivocado. Podemos perdonárselo.

Centenario de una de las cimas intelectuales de la humanidad

Diez preguntas para entender la teoría de la relatividad general de Einstein

El 25 de noviembre de 1915, Albert Einstein presentó la formulación definitiva de su teoría de la relatividad general, introduciendo el misterioso concepto de la curvatura del espacio-tiempo. Con la ayuda del físico Roberto Emparan, profesor ICREA de la Universidad de Barcelona, nos adentramos en los entresijos de esta teoría, que superó a su creador al plantear la existencia de objetos en los que no creía: los agujeros negros.

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FOTOGALERÍA. En noviembre de 1915, Albert Einstein (1879-1955) dio a conocer su teoría de la relatividad general, resultado de años de intenso trabajo. / American Institute of Physics.  (1/12)

¿Qué conmemoramos exactamente este 25 de noviembre de 2015?

Se cumplen justo 100 años del día en que Albert Einstein explicó en una conferencia ante la Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín, las ecuaciones definitivas de su teoría general de la relatividad. Tras casi una década de tortuosos intentos de compatibilizar la fuerza gravitatoria con su teoría especial de la relatividad (1905), y con el matemático David Hilbert pisándole los talones, por fin dio forma precisa y definitiva a la que se considera una de las cimas intelectuales de la humanidad. Su presentación se publicó aquel mismo día, 25 de noviembre de 1915, en las actas (Proceedings o Sitzungsberichte) de la academia.

Einstein publicó el 25 de noviembre de 1915 su ecuación de la relatividad general. / Actas de la Academia Prusiana de Ciencias

¿Einstein presentó ese mismo día la ecuación que hoy se conoce?

En realidad es un sistema de diez ecuaciones, pero se pueden escribir de manera unificada, utilizando una sola vez el signo “=”, y resumirlas en una sola: R_μν -1/2 g_μν R = 8πG T_μν. En la forma original en la que la escribió Einstein en su artículo, la notación (por ejemplo usaba índices latinos en lugar de griegos) y la distribución de los términos era ligeramente distinta, pero aún así, es totalmente equivalente a esta.

¿Y qué significa R_μν -1/2 g_μν R = 8πG T_μν en un lenguaje que todos podamos comprender?

En lenguaje común, la nueva ecuación de Einstein relaciona dos aspectos: curvatura del espacio-tiempo ↔ Masa (energía). Por ponerlo en contexto, anteriormente la teoría de la gravedad de Newton, el mayor éxito de la revolución científica del siglo XVII, aportaba dos leyes que podemos visualizar así:  

Masa → Gravedad; y

Fuerza de gravedad → Movimiento de cuerpos masivos,

donde “→” podemos leerlo como “crea”.

Es decir, una masa –por ejemplo, la Tierra– crea un campo gravitatorio, que a su vez ejerce una fuerza que controla el movimiento de otras masas, como una manzana o la Luna. Con la aportación de Einstein, la teoría de Newton se veía ahora desbancada por otra que la incluía como una aproximación solo válida para masas y velocidades relativamente pequeñas. Pero la teoría de Einstein era mucho más que un refinamiento de la de Newton: cambiaba completamente el concepto de qué es y cómo actúa la gravedad.

¿Qué diferencias hay entre la visión clásica del mundo de Newton y la relativista de Einstein?

“La eliminación de la gravedad como una fuerza ‘real’ es el elemento más revolucionario de la relatividad general”

Hay dos esenciales. Por una parte, en la formulación de Einstein desaparece la noción de gravedad, que ha sido sustituida por algo más misterioso y sugerente: la curvatura del espacio-tiempo. Y, por otra, unifica en una sola ecuación las dos leyes básicas de la teoría newtoniana. Es decir, ambas “→” quedan aunadas en una sola “↔”. Sin duda alguna, la eliminación de la gravedad como una fuerza ‘real’ y su interpretación como un ‘efecto aparente’ de la curvatura del espacio-tiempo es el elemento más revolucionario de la teoría. De esta manera, Einstein explicaba con una simplicidad pasmosa la observación de Galileo de que, en ausencia de fricción, todos los cuerpos caen al mismo ritmo: los objetos se mueven en un mismo espacio-tiempo que, al estar curvado, produce la impresión de movimiento bajo una fuerza que actúe sobre ellos.

¿Podemos visualizar el concepto de la curvatura del espacio-tiempo?

Es habitual representar sus efectos como el movimiento de canicas en una cama elástica deformada por el peso de una masa mayor. Aunque ilustrativa, esta analogía no consigue transmitir el hecho esencial de que la curvatura del espacio-tiempo apenas afecta las direcciones espaciales de la cama elástica, sino que se produce mayoritariamente en la dirección del tiempo. La teoría es demasiado rica y sutil como para dejarse capturar completamente por analogías e imágenes simplificadas.

La representación de la curvatura del espacio-tiempo como una ‘cama elástica’ presenta limitaciones. / Wikipedia

Entonces, ¿no hay forma de representar con una imagen sencilla la teoría de la relatividad?

Habría que utilizar distintas imágenes para ilustrar diferentes aspectos de la teoría, pero no hay una que lo capture todo correctamente. Lo de la cama elástica está bien, pero tiene limitaciones serias. Por ejemplo, no sirve para ilustrar ni medianamente bien lo que es un agujero negro, y da lugar a confusiones: ¿Cómo es que decimos que la curvatura es tan pequeña que no la notamos habitualmente y, sin embargo, es suficientemente grande como para que un proyectil, o la Luna, sigan una trayectoria curva en lugar de recta? Habría que explayarse mucho para explicar que nos movemos mucho más en el tiempo que en el espacio, y lo que eso conlleva.

“La teoría es demasiado rica y sutil como para dejarse capturar completamente por imágenes simplificadas”

¿Qué relaciona la relatividad general con los agujeros negros?

Todo comienza en aquel mismo año 1915. En una carta fechada el 22 de diciembre, ¡nada menos que desde el frente de guerra ruso!, el astrónomo alemán Karl Schwarzschild comunicaba a un –imaginamos– atónito Einstein que había encontrado una solución extremadamente simple a sus ecuaciones. En concreto, para el caso de la curvatura (o gravedad) que crean los cuerpos masivos como el Sol, la Tierra, las estrellas y de unos objetos que ninguno de los dos vivirían para reconocer: los agujeros negros. Son pozos insondables y absolutos, más fantásticos que la más delirante creación de la imaginación humana.

¿Einstein creyó en los agujeros negros?

La predicción de la existencia de los agujeros negros que implicaba la teoría fue tan radical –aún más que la expansión del universo– que ni siquiera Einstein fue capaz de entenderla. Fue uno de sus principales errores. Solo se aceptó después, tras un largo y arduo proceso completado en los años 60, dando así un magnífico ejemplo de que las mejores teorías de la física son a menudo ‘más listas’ que sus propios creadores. Hoy en día sabemos que los agujeros negros son reales. Recientemente en la película Interstellar hemos podido ver una de las mejores representaciones de lo que las ecuaciones de Einstein pueden llegar a contener.

¿Por qué los agujeros negros también ‘enfrentan’ a la relatividad y la física cuántica?

“La próxima vez que su navegador GPS le diga que ha llegado a su destino, agradezca a Einstein sus años de intenso trabajo”

Imagina que se te cae tu móvil o tableta a un agujero negro. ¿Hay alguna posibilidad, por muy remota que sea, de que recuperemos la información que había en ellos? La teoría de Einstein nos dice que no: cuando algo ha cruzado el horizonte del agujero negro, ya no es posible recibir ninguna señal suya. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que la información nunca se puede perder: se puede embrollar muchísimo (como sucede si quemamos la tableta), pero en principio siempre ha de ser posible extraerla de nuevo. Esta contradicción entre ambas teorías se conoce como la paradoja de la pérdida de información en los agujeros negros. Esperamos que los esfuerzos en intentar resolver esta cuestión nos ayuden a entender cómo unificar ambas teorías.

¿Tiene alguna aplicación práctica la relatividad general?

Si todavía alguien no está suficientemente impresionado por la nueva visión del mundo que la teoría de Einstein proporciona, y pide una utilidad práctica, basta con que se deje guiar por un navegador GPS. Si este no tuviese en cuenta el efecto, pequeñísimo pero medible, que la curvatura del espacio-tiempo tiene sobre la señal que el aparato recibe de los satélites, nuestros coches acabarían en pocos minutos en la carretera equivocada. Así que la próxima vez que su navegador le diga “ha llegado a su destino” y no se encuentre en el fondo de un barranco o empotrado contra un muro, piense por un instante que eso de la curvatura del espacio-tiempo debe de tener algo de cierto. Agradezca a Einstein los años de intenso trabajo que dedicó a entenderlo, y celebre su culminación en una teoría tan magnífica.

Fobos, una de las Lunas de Marte, Se Está Rompiendo Lentamente

11.11.15.- Los surcos largos y poco profundos que recubren la superficie de Fobos son probablemente signos tempranos de una falla estructural que en última instancia va a destruir esta luna de Marte.

Orbitando a sólo 6.000 kilómetros por encima de la superficie de Marte, Fobos está más cerca de su planeta que cualquier otra luna en el sistema solar. La gravedad de Marte está atrayendo a Fobos, dos metros cada cien años. Los científicos esperan que la luna se resquebraje dentro de entre 30 y 50 millones de años.

"Creemos que Fobos ya ha empezado a romperse, y el primer signo de este fracaso es la producción de estos surcos", dijo Terry Hurford del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Los hallazgos de Hurford y sus colegas se han presentado en la reunión anual de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Americana en National Harbor, Maryland.

Durante mucho tiempo se pensó que las fracturas de Fobos estaban causadas por el impacto que formó el cráter Stickney. Esa colisión fue tan poderosa que estuvo cerca de destruir la luna. Sin embargo, los científicos finalmente determinaron que las ranuras no irradian hacia fuera desde el cráter mismo sino desde un punto focal cercano.

Modelos nuevos indican que los surcos en la luna Fobos de Marte podrían ser producidos por fuerzas de marea, la atracción gravitatoria mutua entre el planeta y la luna. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Más recientemente, habían propuesto que las ranuras pueden ser producidas por muchos impactos más pequeños de material expulsado de Marte. Pero los nuevos modelos de Hurford y sus colegas apoya la opinión de que las ranuras son más como "estrías" que se producen cuando Fobos se deforma por las fuerzas de marea.

La atracción gravitatoria entre Marte y Fobos produce estas fuerzas de marea. La Tierra y nuestra Luna se atraen una a la otra del mismo modo, produciendo mareas en los océanos y haciendo que tanto el planeta como la luna tengan una forma ligeramente como de huevo en vez de perfectamente esférica.

Esta misma explicación fue propuesta para los surcos hace décadas, después de que la nave Viking enviara imágenes de Fobos a la Tierra. En ese momento, sin embargo, se pensaba que Fobos era más o menos sólido. Cuando se calcularon las fuerzas de marea, las tensiones eran demasiado débiles para fracturar una luna sólida de ese tamaño.

Sin embargo, recientemente se ha empezado a pensar que el interior de Fobos podría ser un montón de escombros que apenas se mantienen unidos, rodeados por una capa de polvo de regolito de unos 100 metros de grosor.

"Lo divertido acerca de Fobos es que posee una especie de tela exterior que lo mantiene unido", dijo Erik Asphaug de la Universidad del Estado de Arizona.

Todo esto significa que las fuerzas de marea que actúan sobre Fobos pueden producir más que suficiente estrés para fracturar la superficie. Las fracturas por estrés predichas por este modelo se alinean muy bien con las ranuras vistas en las imágenes de Fobos. Esta explicación también encaja con la observación de que algunas ranuras son más jóvenes que las demás, lo que sería el caso si el proceso que los crea está en curso.

Sistema Solar: 5 cosas que debe saber de la semana
Nuestro sistema solar es enorme, así que vamos a romper abajo para usted. Aquí hay 5 cosas que debe saber esta semana:

1. Haga un deseo

La lluvia anual de meteoros Leónidas no es conocido por un alto número de "estrellas fugaces" (esperar hasta un 15 por hora), pero son generalmente brillante y colorido. Son rápidos, también: Leónidas viajan a velocidades de 71 km (44 millas) por segundo, lo que les hace que algunos de los más rápidos. Este año la ducha Leónidas llegará a su máximo alrededor de la medianoche del 17 al 18 noviembre. La luna creciente fijará antes de la medianoche, dejando un cielo oscuro para ver. Obtén más consejos de visión AQUÍ.

2. Volver al principio

Nuestra misión Dawn al planeta enano Ceres es realmente un viaje al inicio del sistema solar, ya Ceres actúa como una especie de cápsula del tiempo de la formación del cinturón de asteroides. Si vas a estar en la zona de Washington DC, el 19 de noviembre, se puede coger una presentación por Lucy McFadden, un co-investigador de la misión Dawn, quien hablará sobre lo que hemos descubierto hasta ahora en este pequeño pero cautivante mundo. Descubre cómo asistir AQUÍ.

3. Mantenga sus ojos en este lugar

La nave espacial Juno es el objetivo para un 2016 de la llegada de julio en el planeta gigante Júpiter. Pero en este momento, se necesita su ayuda. Miembros del equipo de Juno están llamando todos los astrónomos aficionados para subir sus imágenes y datos de Júpiter telescópicas. Esto ayudará al equipo a planificar sus observaciones. Únete en AQUÍ.

4. Los volcanes de hielo de Plutón

Cuantos más datos de Plutón sobrevuelo de julio que desciende de la nave espacial New Horizons, más interesante se vuelve Plutón. El último hallazgo? Las posibles volcanes de hielo. El uso de imágenes de la superficie de Plutón para hacer mapas topográficos en 3-D, los científicos descubrieron que algunas montañas en Plutón, como el informalmente llamado Piccard Mons y Wright Mons, tenían estructuras que sugerían que podría ser criovolcanes que pueden haber estado activo en el pasado geológico reciente .

5. Ocultos tormenta

Cámaras a bordo de la nave espacial Cassini han estado siguiendo una nube impresionante cierne sobre el polo sur de la luna de Saturno Titán. Pero esa nube ha resultado ser sólo la punta del iceberg. Un sistema de nubes de hielo mucho más masiva se ha encontrado más baja en la estratosfera, con un pico a una altitud de alrededor de 124 millas (200 kilómetros).

Premios de la NASA dos robots a los Grupos Universitarios para I + D Actualizaciones
Los robots humanoides será útil para los astronautas en nuestro viaje a Marte, por lo que la NASA ha otorgado prototipos de dos universidades para la investigación avanzada y el trabajo de desarrollo.

La NASA está interesada en robots humanoides porque pueden ayudar o incluso tomar el lugar de los astronautas que trabajan en entornos espaciales extremas. Robots, como R5, de la NASA, podrían utilizarse en futuras misiones de la NASA, ya sea como robots precursoras que realizan tareas de misión antes que los humanos lleguen o como robots humanos de asistencia colaborando activamente con el equipo humano. R5 inicialmente fue diseñado para completar las maniobras de socorro, sin embargo, su principal objetivo es demostrar que es digno de incluso más complicado del terreno - exploración del espacio profundo.

"Los avances en la robótica, incluida la colaboración humana robótica, son fundamentales para el desarrollo de las capacidades necesarias para nuestro viaje a Marte", dijo Steve Jurczyk, administrador asociado para la Dirección de Tecnología Espacial Misión (STMD) en la sede de la NASA en Washington. "Estamos muy contentos de involucrar a estos grupos de investigación universitarios para ayudar a la NASA con este próximo gran paso en el desarrollo de la tecnología robótica."

Las dos propuestas universitarios seleccionados son:

Autonomía robusta para entornos espaciales extremas: Hosting R5 en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, dirigido por el investigador principal Russ Tedrake
Pruebas de acceso en Humanoide-Robot-R5 y Evaluación de la NASA Administrado (ATHENA) Espacio Robotics Challenge - Universidad Northeastern en Boston, Massachusetts, dirigido por el investigador principal Taskin Padir
Los dos grupos universitarios fueron seleccionados a través de un proceso competitivo de selección de los grupos inscritos en la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) Robotics Challenge. También recibirán hasta $ 250.000 al año durante dos años y tener acceso a soporte técnico in situ y virtual de la NASA. Juego de STMD Programa de Desarrollo de Cambio, que se encarga de vencimiento rápidamente tecnologías innovadoras que va a cambiar un día el camino de la NASA explora el espacio, está financiando la investigación.

Los universitarios investigadores principales servirán como socios críticos en la próxima Espacio Robotics Challenge de la NASA, donde las dos unidades R5 actuarán como instrumentos. El reto es parte del Programa del Centenario Desafíos de la agencia, y se divide en dos competiciones: una competición virtual mediante simulaciones robóticas, y un concurso de física utilizando los dos robots R5 actualizados. El objetivo del desafío es crear un mejor software para robots humanoides diestros utilizadas en misiones espaciales, dándoles más autonomía.

Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, administra el Programa de Desarrollo de Juego Cambio para el Directorio de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA. La Dirección de Tecnología Misión espacial es responsable del desarrollo de la cruz-corte, pionero, nuevas tecnologías y capacidades que necesita el organismo para lograr sus misiones actuales y futuras.

Joan Feynman, la física de las auroras

Joan Feynman.

“Las mujeres no pueden hacer ciencia porque sus cerebros no están preparados para ello” le dijo Lucille Feynman a su hija de ocho años Joan, cuando esta última le expresó su deseo de ser científica.

Joan recuerda que no podía contener las lágrimas. Permaneció horas llorando en aquella silla. Fue devastador descubrir que sus sueños eran imposibles, que no podría dedicarse a la ciencia como deseaba, como iba a hacerlo su hermano Richard. No entendía que su madre, que siempre la había alentado a tener curiosidad respecto al mundo que la rodeaba pudiese destruir sus ambiciones con tal sentencia, pudiese hacer que, tal y como la propia Joan ha reconocido en diversas ocasiones, dudase de sus capacidades desde entonces.

Por el contrario, sus padres tenían la firme convicción de que Richard, once años mayor que ella, estaba destinado a ser científico. Siempre estimularon su capacidad de cuestionarlo todo. Este interés del pequeño por explorar la naturaleza, reforzaba sus expectativas. Este, por su parte, ajeno a los prejuicios de género de sus progenitores, tan pronto su hermanita pudo hablar, le enseñó matemáticas. La niña con dos añitos disfrutaba de lo lindo tirando del pelo a Riddy y viéndole hacer muecas. Eran el premio por resolver los sencillos problemas numéricos que le planteaba. Con cinco años, la reclutó como asistente en su laboratorio de electrónica casero por cuatro centavos a la semana. Una de sus “tareas” consistía en colocar el dedito entre dos electrodos para divertir a los amigos de Richard al hacer saltar la chispa. Por fortuna, las descargas no la disuadieron de la voluntad de seguir los pasos de su hermano.

En casa de los Feynman se fomentaba la pasión por el conocimiento. Su padre estaba enormemente interesado en la ciencia y, a pesar de carecer de formación académica, leía todo lo que caía en sus manos. En las excursiones familiares jugaban a un juego llamado “informando de cosas interesantes”. Consistía en que cada uno de los participantes, al contemplar algo desconocido, lo observase con atención y hablase de ello a los demás. Más tarde, Richard se referiría a esta práctica como “el placer de descubrir las cosas”, y fue un sentimiento que caló hondo en ambos hermanos siendo determinante para su futura vocación. Crecer en un ambiente científico tan estimulante hizo que la negativa de su madre le resultase a Joan tan hiriente como incomprensible.

Richard y Joan Feynman.

Por suerte, no alteró el rumbo de su trayectoria vital que quedó marcado la noche en la que descubrió que un fenómeno bellísimo pintaba el cielo. Richard la despertó para llevarla a un campo de golf apartado de la contaminación lumínica de la ciudad. Allí, bajo un gran cielo oscuro, quedó cautivada por la danza de las luces del norte. Deseó descubrir sus secretos. Durante los años siguientes, los estudios de su hermano en el Massachusetts Institute of Technology MIT y su disposición a responder todas las preguntas de ciencia que le hiciese, aumentaron su interés. “Durante mucho tiempo tuvimos un cuaderno que iba y venía. Me mandaba problemas de matemáticas y yo le enviaba la respuesta”

En su decimocuarto cumpleaños, Richard le regaló el libro de texto universitario de Robert Horace Baker ‘Astronomía’ y, entre sus páginas, tuvo una gran revelación. Al pie de una figura de la página 407, pudo leer “intensidades relativas de la línea de absorción del Mg+ en 4.481 angstroms… de atmósferas estelares, por Cecilia Payne-Gaposchkin” y Cecilia era un nombre de mujer y el guion entre los apellidos indicaba que se había casado. Frente a sus ojos tenía la prueba de que una mujer casada era capaz de hacer ciencia y eso restauró parte de la confianza perdida. Hacía tiempo que conocía la existencia y la importancia de Madame Curie pero la consideraba un mito y no una persona real que pudiese emular como era el caso de la astrofísica Cecilia Payne-Gaposchkin.

Estaba ansiosa por empezar su carrera universitaria y el lugar elegido para hacerlo fue el Oberlin College, una universidad liberal progresista que había sido la primera de Estados Unidos en admitir a mujeres. Sin embargo, al iniciar el curso de física constató que sólo había dos mujeres más que ella y las tres sufrieron un trato abusivo e injusto durante su estancia en el centro. Las inseguridades del pasado, remanentes, volvieron a aflorar impidiéndole aspirar a lo más alto. Por suerte, su afán por el aprendizaje logró que, pese a las circunstancias adversas, nunca abandonase sus estudios.

Durante su primer año en Oberlin conoció a Dick Hirsberg, que acababa de regresar de luchar en la II Guerra Mundial con la Quinta Fuerza Aérea del ejército de los EEUU y estaba dispuesto a retomar su curso de física donde lo había dejado para ir a la guerra. El Observatorio Astronómico fue el marco de sus encuentros, el lugar donde la inicial amistad se transformó en noviazgo. Ambos se licenciaron en física y contrajeron matrimonio en 1948. Para ganar dinero, Dick se fue a trabajar al laboratorio de Investigación Naval y Joan se reunió con él seis meses más tarde. Al año, se mudaron a Syracuse donde ella se apuntó a más cursos de física y matemáticas mientras que él se pasó a la antropología cultural, materia que también la atraía a Joan que asistió a muchas clases del curso de Dick.

En el momento de elegir tema para la tesis doctoral, Joan fue consciente de su preferencia por la física teórica frente a la experimental. Dudaba entre la relatividad y la física de estado sólido y las consultas que hizo a los profesores de Syracuse no fueron de ninguna ayuda. Sin ir más lejos, uno de ellos le aconsejó hacer la investigación de doctorado sobre las telarañas porque “las encontraría mientras hacía la limpieza”. Finalmente optó por la física de estado sólido centrando su investigación en la absorción de la radiación infrarroja en los cristales con estructura cristalina tipo diamante.

Cuando Dick se encontró en la misma tesitura, decidió ir a Guatemala a realizar su trabajo de campo en antropología y Joan hizo una pausa en su doctorado para acompañarlo. Asentada con su marido en una vieja casa de madera del pequeño pueblo de San Andrés Semetabaj, estudió las vidas de las mujeres trabajando junto a ellas. Le resultó muy duro ver como el pueblo Kaqchikel luchaba a diario con la enfermedad y la muerte. Aun sin esperanzas de poder ayudarles, se dirigió a las personas del Capitolio que podían mostrar verdadero interés y logró que se extendiese el programa de vacunación a las comunidades cercanas a San Andrés. De regreso a Estados Unidos, a finales de 1952, ambos continuaron sus investigaciones de doctorado y cinco años más tarde, meses antes del lanzamiento del Sputnik 1, nació su hijo Matthew.

Richard y Joan Feynman.

Atraída por la “era espacial” y buscando artículos relacionados con la misma, encontró la especialidad a la que quería dedicarse a partir de entonces, la geofísica. Pero tratar de emprender un nuevo rumbo resultaba complicado. A pesar de concluir su tesis en 1958 y ser una flamante doctora, su futuro científico era incierto. Parecía que lo correcto era ser una buena ama de casa. Incluso el Decano de la Universidad declaró que la “maternidad sensata” era “el más útil y satisfactorio de los trabajos que una mujer puede hacer”.

Finalmente la contrataron en una pequeña empresa de fabricación de dispositivos de estado sólido cuyos dueños eran un matrimonio muy agradable. El problema era que estaba demasiado lejos de su casa y al volverse a quedar embarazada en 1960, se vio obligada a renunciar. La familia se mudó al pequeño pueblo de Spring Valley, donde trabajaba Dick, y Joan aplazó su sueño de investigar en geofísica para dedicarse a las tareas domésticas. Fue una pesadilla que pronto repercutió en su estado mental. Después de tres años, buscó ayuda profesional y el diagnóstico fue claro desde el principio. El remedio para su depresión era reincorporarse a la vida laboral. Ella también era consciente de que lo necesitaba pero después de tres años, alejada de la ciencia, temía que nadie la contratase. No obstante, se armó de valor y fue a probar suerte al Observatorio Lamont, el laboratorio geológico de la Universidad de Columbia que se encontraba a unos 30 kilómetros de su casa. Les dijo que tenía un doctorado en física y buscaba trabajo y, para su sorpresa, se lo dieron. De hecho, le ofrecieron tres proyectos interesantes de los cuales eligió el estudio del geomagnetismo. Su investigación se centraría en estudiar la forma en la que el viento solar confina el campo magnético terrestre en una región conocida como magnetosfera terrestre. El desconocimiento que se tenía del tema, por aquel entonces, resultaba fascinante.

Los descubrimientos llegaron pronto. En primer lugar, dilucidó la forma de la magnetosfera a partir de las mediciones tomadas por una nave espacial lanzada para vigilar el cumplimiento del tratado de prohibición de ensayos nucleares. Probó que contaba con una larga y ancha cola en el lado opuesto al sol. Más tarde, demostró que la relación entre la dirección del campo magnético interplanetario, propio del viento solar, y la del campo magnético terrestre, es fundamental en el proceso de interacción del viento solar con la Tierra. Ambos trabajos llevaron a la comprensión del mecanismo responsable de las auroras.

Joan se sentía tan emocionada que deseaba comunicárselo a su hermano, el primero que la maravilló con el espectáculo de las auroras. Pero al momento se dio cuenta de que si le hablaba a Richard de un problema tan interesante, seguro que encontraría la respuesta antes que ella y se llevaría toda la diversión. Así que decidió hacer un trato con él. Le dijo que, no dispuesta a competir, se dividirían la física entre ellos. Ella se quedaría con las auroras y él con el resto del universo.

En 1963, Dick recibió una oferta de empleo en California y, ante tal perspectiva, Joan consultó al director de Lamont si podría continuar trabajando para ellos desde su nuevo destino. Este aceptó, y se mudaron al sur de San Francisco. Allí buscó a la comunidad científica y empezó a asistir a conferencias. No tardaron en ofrecerle un puesto en el Ames Research Center junto al prestigioso físico espacial John Spreiter. La unión fue muy fructífera y llevó a un importante hallazgo sobre las tormentas de viento solar, conocidas como eyecciones de masa coronales que generan partículas de alta energía en el espacio. La identificación de estos eventos conllevaba una gran dificultad hasta que Joan demostró que podrían ser reconocidos por el aumento de la cantidad de helio en el viento solar. John Spreiter y Joan se trasladaron a la Universidad de Stanford, donde la NASA, siguió financiando sus investigaciones hasta que la recesión que sufría la economía de EEUU se tradujo en un recorte severo al presupuesto. Finalmente, en 1972, se canceló el financiamiento y Joan perdió el empleo.

Joan Feynman en pixbymaia.

Los meses siguientes fueron muy duros. Combinó el trabajo de ama de casa y madre con la búsqueda de un lugar de trabajo relacionado con la ciencia. La antigua depresión volvió a asomar las orejas y, desesperada, pidió al rabino si podía asistir a las reuniones destinadas a desempleados que organizaba en la sinagoga. Como respuesta, la tachó de egoísta por buscar trabajo habiendo tantos hombres que carecían de él y lo merecían mucho más. Joan, consternada, sólo alcanzó a decir “pero es mi vida”. Al volver a casa, metió la comida en la nevera y sacó la aspiradora. Tras empujarla hacia adelante y atrás un par de veces, la desconectó y rompió a llorar. En frente estaba su hijo Charles hecho un mar de lágrimas viéndola en ese estado. Se acercó a él para abrazarlo y permanecieron así mucho tiempo. Debía sincerarse con él: “Sé que me quieres aquí, pero puedo ser una madre a tiempo parcial o una loca a tiempo completo”.

Tenía que regresar a la ciencia como fuese. Se enteró de que un grupo del Observatorio de Gran Altitud en Colorado disponía de datos interesantes y se ofreció a colaborar con ellos de forma gratuita por vía telefónica. Pero tras la publicación de sus resultados, la contrataron. Dick, por su parte, renunció a su ocupación en California y la familia se mudó a Boulder, Colorado, donde Joan continuó investigando el impacto del clima solar en la Tierra. Allí, con su marido sin trabajo, recayó sobre ella toda la responsabilidad de sacar adelante la familia y la relación de pareja sufrió un continuo deterioro hasta que en 1974 se separaron y Joan recuperó su apellido de soltera. Dos años más tarde, los problemas se agravaron cuando una crisis financiera provocó la cancelación del puesto de Joan en el Observatorio. Sin ingresos económicos y con tres hijos, tuvo que viajar por todo el país hasta encontrar un empleo administrativo en la National Science Foundation, en Washington D.C. Se llevó a Susan con ella, dejando a Charles con Dick en Boulder y a Matthew lejos, estudiando en la Universidad.

Aguantó allí tres años hasta que no pudo más y lo dejó. Afortunadamente consiguió un puesto, bajo un contrato de investigación con la Universidad de Boston, en el Laboratorio de Geofísica de las fuerzas aéreas y prosiguió con el estudio de las relaciones Sol-Tierra por las que empezaba a interesarse otro Feynman. Richard viajó a un importante centro de estudios de la aurora en Alaska donde le presentaron un gran número de fenómenos geofísicos, todavía inexplicables, y le preguntaron si estaba interesado en buscar respuestas. Lo estaba, por supuesto, pero tenía que consultárselo a su hermana, quien no le dio permiso. Él tenía todo lo demás, las auroras le fascinaban y eran suyas. Así que Richard Feynman renunció a las auroras.

En 1985, Joan aceptó un cargo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena y cinco años más tarde, en una Conferencia en Sochi, volvió a coincidir con el científico solar Alexander Ruzmaikin. Se habían conocido el año anterior en una conferencia en Estados Unidos y pasaron una hora “muy agradable” charlando sobre investigación. En Sochi, la buena sintonía que se había establecido entre ambos, se transformó en el inicio de una relación. Alexander no tardó en viajar a Estados Unidos y se casaron el 16 de agosto de 1992. Les separaban diecisiete años pero les unía la pasión por la física solar y la forma de entender el mundo.

Las investigaciones de Joan en el JPL se basaron principalmente en el estudio de las eyecciones de masa solar. Demostró que se presentan en grupos, lo que permitió a los ingenieros calcular la forma en la que las partículas energéticas afectan a las naves espaciales durante el transcurso de su vida útil y diseñar satélites más seguros. En 1999 fue nombrada investigadora científica de élite del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) y, al año siguiente recibió la Exceptional Achievement Medalde la NASA.

A mediados del año 2000, Joan aplicó sus conocimientos a la antropología, siendo coautora con Alexander de una importante comunicación sobre la historia de la humanidad. En esta se postula que la estabilidad del clima, que tuvo lugar hace 10.000 años, fue clave para la aparición de la agricultura a nivel mundial. Según el antropólogo Bruce Smith, en la actualidad se acepta esta teoría para explicar por qué el desarrollo vital en la historia humana no ocurrió antes.

Por lo que se refiere a los ciclos solares, para los que se había determinado un periodo de once años, empezó a notar algunas anomalías. Sus indagaciones sobre este comportamiento extraño han contribuido a la confirmación de un ciclo solar, menos conocido, de noventa a cien años, que ya fue propuesto por primera vez por Wolfgang Gleißberg. Durante este ciclo, varía la amplitud de las manchas solares de los ciclos de once años. Estudiando, junto a Alexander, los registros históricos europeos y chinos de las observaciones de auroras en latitudes medias, para comprobar si había alguna posible presencia del ciclo largo, vieron que la intensidad y frecuencia de las manchas solares en los ciclos de once años variaba se acuerdo con el ciclo largo propuesto en el 80% de ocasiones en los últimos mil quinientos años. En caso de confirmarse el patrón deberá encontrarse una explicación al fenómeno.

En 2004 se retiró oficialmente del laboratorio pero sigue yendo a la oficina, casi todos los días, para continuar sus investigaciones. Sigue necesitando vivir en contacto directo con el mundo científico.

Joan Feynman.

Científico diseña ecuación que demuestra matemáticamente la prueba definitiva de la existencia de Dios

Michio Kaku uno de los físicos teóricos más reputados de la actualidad asegura que ha diseñado una teoría que explica en términos científicos y gracias a ecuaciones matemáticas desarrolladas por él, que Dios existe. La afirmación asombró a sus colegas, pues al Kaku ser unos de los físicos más importantes y reputados de la actualidad, tal afirmación  deja en el asombro a cualquiera. Uno de los científicos más respetados dice haber encontrado evidencia de que la acción de una fuerza “lo gobierna todo”. En mundo de la ciencia Michio la reputación de Michio no está en cuestionamiento, pues él es uno de los creadores y desarrolladores de la  revolucionaria Teoría de Cuerdas.

Para anunciar es esta información y asegurar la veracidad de sus conclusiones, el famoso científico usó un “semi-radio primitivo de táquiones” (que son partículas teóricas capaces de “despegar” la materia del universo o el contacto de vacío con ella, dejando así todo libre de las influencias del universo que les rodea), tecnología desarrollada en el año 2005.

Aunque la tecnología para llegar a las verdaderas partículas de taquiones aún está lejos de ser una realidad, el semi-radio tiene algunas pocas propiedades de estas partículas teóricas, que son capaces de crear el efecto de los verdaderos taquiones en una escala subatómica.

De acuerdo a las afirmaciones de Michio, existimos y vivimos en un “Matrix”: “He llegado a la conclusión de que estamos en un mundo hecho por reglas creadas por una inteligencia, no muy diferente de su juego de ordenador favorito, por supuesto, más complejo e impensable. Analizando el comportamiento de la materia a escala subatómica, afectado por el semi radio primitivo de taquiones, un diminuto punto en el espacio, por primera vez en la historia, totalmente libre de cualquier influencia del universo, la materia, la fuerza o la ley se percibe de una forma inédita el caos absoluto. Créeme, todo lo que llamamos casualidad hoy no tendrá más sentido. Para mí está claro que estamos en un plano regido, por reglas creadas y no determinadas por azares universales”,  esto es parte de lo que el afamado físico afirma, producto de los resultados obtenido de sus ecuaciones matemáticas.

Epimeteo Por encima de los Anillos

Aunque Epimeteo parece estar al acecho por encima de los anillos de aquí, en realidad es sólo una ilusión resultante del ángulo de visión. En realidad, Epimeteo y los anillos ambos órbita en el plano ecuatorial de Saturno.

Lunas interiores y anillos orbitar muy cerca del plano ecuatorial de cada uno de los cuatro planetas gigantes de nuestro sistema solar, pero las lunas más distantes pueden tener órbitas salvajemente fuera del plano ecuatorial. Se ha teorizado que las órbitas muy inclinadas de las, lunas distantes exteriores son restos de las direcciones al azar de los que se acercaban a los planetas que orbitan.

Esta vista se dirige hacia el lado no iluminado de los anillos desde unos -0,3 grados por debajo del plano de los anillos. La imagen fue tomada en luz visible con la cámara de ángulo estrecho de la Cassini el 26 de julio de 2015.

La vista fue obtenida a una distancia de aproximadamente 500.000 millas (800.000 kilómetros) de Epimeteo y en un Sun-Epimeteo y la nave, o fase, ángulo de 62 grados. Escala de la imagen es de 3 millas (5 kilómetros) por píxel.

La misión Cassini es un proyecto cooperativo de la NASA, la ESA (la Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Italiana. El Jet Propulsion Laboratory, una división del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, dirige la misión para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El orbitador Cassini y sus dos cámaras de a bordo fueron diseñadas, desarrolladas y ensambladas en el JPL. El equipo de imagen tiene su base en el Space Science Institute, Boulder, Colorado.