La evolución de la física es un libro escrito por Albert Einstein y Leopold Infeld, muy pedagógico, de gran interés e innegable rigor. Yo leí la versión en catalán, publicada por Edicions 62 a cargo de David Jou y con una magnífica traducción de Humbert Padellans. La versión en español está editada por Salvat, en su colección Biblioteca científica. Originalmente se escribió en inglés: The Evolution of Physics.

La propia historia del libro es interesante. Leopold Infeld era un científico polaco, hijo de familia judía, que quería hacer un doctorado sobre las ondas electromagnéticas en relatividad general, recorriendo así el camino que había abierto Einstein: en 1936 se trasladó a Princeton para trabajar con él. A un cierto punto, Infeld se quedó sin financiación, y sus colegas y amigos polacos le recomendaron que sobre todo no volviera a Europa. Einstein, que ya era muy reputado en aquel entonces, intentó mediar para conseguirle algún proyecto, y ante la falta de recursos de la Universidad de Princeton, a Infeld se le ocurrió una solución atrevida: escribir un libro junto con Einstein, un libro de divulgación. El padre de la relatividad era muy famoso y el libro podría tener éxito. Einstein propuso un libro popular que explicara las principales ideas de la Física moderna: nada de fórmulas. “Las ideas fundamentales siempre se pueden explicar con palabras”. La evolución de la física, publicado por primera vez en 1938, tuvo un éxito inmediato y permitió a Infeld quedarse unos años más en América.

 

Figura 1: Portada de la edición en catalán, L’evolució de la física, editada por Edicions 62.

 

Los modelos científicos aparecidos a lo largo del siglo XX a raíz del derrumbe de la física clásica, esto es, la relatividad y la mecánica cuántica, han despertado gran fascinación a todo el mundo.

Es muy habitual sentir curiosidad por estas ramas de la ciencia, intrigados por películas o cómics que hacen referencia a ellas, asombrados tras haber visto algún documental, sorprendidos ante la realidad descrita por estos modelos: ¿qué es eso de que dos eventos pueden ser simultáneos o no según quién los observe? ¿cómo es posible que un electrón pase por dos rendijas a la vez? ¿qué viene a ser eso de que el tiempo y el espacio son relativos, y que la masa aumenta si un cuerpo va más rápido?

 

Figura 2: Portada de la edición en castellano, La evolución de la física, editada por Salvat.

 

Hay gente (yo en mi entorno conozco muchos casos) con nivel cultural alto, estudios superiores, doctorado… convencidos de la importancia del conocimiento científico y su difusión entre la sociedad, pero a quienes no se les ha presentado la oportunidad de adentrarse en este terreno tan pantanoso (que es un poco lo que nos proponemos en Reciencia). A este público, con una sólida formación humanista, capaces de leer textos densos pero incapaces a corto plazo de traspasar la barrera que suele suponer la formulación matemática a quien no está avezado a ella, yo recomendaría encarecidamente esta lectura.

La evolución de la física es, por tanto, un libro pensado para un público general pero no es, a mi juicio, para todos los públicos. Es relativamente denso y exhaustivo, aunque no es muy largo (alrededor de 240 páginas) y no requiere ningún conocimiento inicial de ciencia. Requiere, eso sí, una lectura atenta, una considerable capacidad de abstracción y un notable razonamiento lógico. Un libro donde se explica con palabras cuáles son las leyes de la física y cómo han ido transformándose, todo ello sin matemáticas y sin fórmulas.

La primera parte del libro se titula El nacimiento de la concepción mecánica. Ahí se explica qué es la física moderna, inaugurada por Galileo y consolidada por Newton. Se presentan conceptos como posición, velocidad, aceleración, masa, fuerza, energía… y la relación entre sí, predicha por las leyes de la mecánica. Se explica qué es la invariancia galileana, según la cual las leyes de la física deben ser las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales, esto es, igualmente válidas para todos los cuerpos que estén quietos o se muevan a una velocidad constante. Para adaptar las mediciones de un sistema de referencia inercial a otro bastará hacer una transformación de Galileo, sumando o restando velocidades. Dicho con un ejemplo: si yo voy en coche por la autopista a 100 km/h y me adelanta un coche a 120 km/h, si yo mido la velocidad del coche que me adelanta veré que me rebasa a 20 km/h. Y la descripción no es mala, porque al cabo de una hora lo tendré 20 km más lejos. Al revés ocurre lo mismo: si yo viajo a 100 km/h y por el carril opuesto viene un coche a 100 km/h, yo lo veré alejarse a 200 km/h (y, en verdad, al cabo de una hora estaremos separados 200 km). Por lo menos, esta es la versión de los hechos en la escala de velocidades a la que los humanos estamos habituados, y en nuestra experiencia cotidiana nos parece razonable e intuitivo.

Sin embargo, en la segunda parte del libro, La decadencia de la concepción mecánica, la física evoluciona hasta dar con fenómenos que no cuadran con esta explicación. Para empezar, se descubrió la relación entre electricidad y magnetismo. Si movemos una carga eléctrica, se genera un campo magnético; si un imán se mueve, se genera una corriente eléctrica. Bien, este descubrimiento conlleva que las leyes de la física no se cumplen igual en todas partes. Si un electrón se mueve a velocidad constante, crea un campo magnético. Pero si el electrón está quieto y soy yo el que se mueve, ¿ya no? La invariancia galileana empezaba a tambalearse.

En la tercera parte, El campo y a relatividad, se abordan las mediciones de la velocidad de la luz y se sientan las bases de la relatividad. No pretendemos abundar en ello, ¡para eso está el libro! Simplemente, a modo de teaser, anticiparemos que la velocidad de la luz es la misma se mida desde el sistema de referencia que se mida. Así, si alguien viaja en tren, y desde el centro del vagón dispara un rayo de luz hacia sendos extremos del vagón (parte superior de la Figura 3) verá como la luz llega simultáneamente a cada extremo. Sin embargo, otro observador que está fuera del tren (parte inferior de la figura 3) verá que el rayo de luz llega antes a un extremo que a otro. Así, dos sucesos que para el observador de dentro del tren ocurren a la vez, para el observador externo no son simultáneos.

Si bien es cierto que estas discrepancias solo son relevantes con velocidades cercanas a las de la luz (y que, por tanto, en un tren no lo apreciaríamos) el concepto no deja de ser sorprendente. Se suele oír la frase de que Einstein dijo que todo es relativo. No es cierto, todo no, precisamente la velocidad de la luz es absoluta, siempre se observa la misma. Esto obliga a que espacio y tiempo sean relativos. Dicha conclusión no es un capricho de las ecuaciones ni de las matemáticas, sino que responde a la tozuda realidad: cuando medimos la velocidad de la luz siempre obtenemos el mismo resultado, independientemente de si nos movemos o no. El resultado empírico de esta medición, y no otra cosa, obliga a replantear los conceptos de espacio y tiempo, y a concluir que ni el uno ni el otro se miden igual ni discurren igual para quien está dentro del tren que para quien está fuera.

 

Figura 3. Arriba, visión esquemática de un observador en el centro de un vagón en marcha. Ha disparado dos rayos de luz, y estos llegarán a la vez a cada extremo del vagón. Abajo, visión esquemática de un observador fuera del tren que se mueve a una velocidad v. El observador externo verá que la luz llega primero a un extremo del vagón y después al otro. Ello exigirá cambiar los conceptos de espacio y de tiempo.

 

Finalmente, en la cuarta parte del libro, Los cuanta, se presentan los fenómenos físicos que llevaron a la mecánica cuántica. Recordemos que el premio Nobel que ganó Einstein fue por el efécto fotoeléctrico, que fue el empujón que desencadenó el desarrollo de la cuántica, y no por su teoría de la relatividad. Einstein fue escéptico con la idea de la incertidumbre que presenta la cuántica, pero nos alumbra con el state-of-the-art de aquel momento, las dificultades que se encontraron y cómo se estaban resolviendo.

Tal como lo clasifica Edicions 62, La evolución de la física es un clásico del pensamiento moderno, un libro imprescindible para entender la cultura y el conocimiento. Id preparando, si os atrevéis, una buena butaca y unas cuantas tazas de café.

 

Marc Nadal Ferret (Tarragona, 1986)
Físico, máster en química teórica y computacional y doctor en química por la Universitat Autònoma de Barcelona. Tiene un gato en casa, rompedor (el gato), con ideas propias (el gato) y, según la última medición, 100% vivo (tanto él como el gato). Aficionado a la lingüística, a las humanidades, a la cerveza y a los viajes.
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