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¿POR QUé E=MC2?

Brian Cox  

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Fragmento

Prefacio

El objetivo de este libro es describir la teoría de Einstein sobre el espacio y el tiempo de la forma más sencilla posible y poner de manifiesto su profunda belleza. Esto nos permitirá llegar a su famosa ecuación E = mc2 utilizando matemáticas apenas más complicadas que el teorema de Pitágoras (no te preocupes si no recuerdas este teorema, porque también lo explicaremos). Otra motivación importante de este breve libro es tratar de que todos aquellos que lo terminen entiendan qué es lo que los físicos modernos piensan sobre la naturaleza y cómo construyen sus teorías, extraordinariamente útiles y capaces de cambiarnos la vida. Al desarrollar su modelo del espacio y del tiempo, Einstein abrió el camino para llegar a entender cómo brillan las estrellas, reveló el fundamento profundo del funcionamiento de los motores y generadores eléctricos y, en última instancia, colocó los cimientos sobre los que se erige toda la física moderna. Este libro también pretende ser provocativo y estimulante. La física en sí no se cuestiona: las teorías de Einstein están fírmemente establecidas y cuentan con el respaldo de una enorme cantidad de evidencias experimentales, como iremos viendo a lo largo del libro. Es muy importante hacer hincapié en que, llegado el momento, es posible que el modelo de Einstein tenga que cederle el lugar a una representación aún más precisa de la naturaleza. En ciencia no existen las verdades universales, sino únicamente formas de ver el mundo que aún no hemos podido demostrar que sean falsas. Lo único que podemos afirmar con seguridad es que, de momento, la teoría de Einstein funciona. La provocación reside, pues, en la forma en la que la ciencia nos espolea a pensar sobre el mundo que nos rodea. Seamos científicos o no, cada uno de nosotros posee intuición, y todos inferimos cosas sobre el mundo a partir de nuestras experiencias cotidianas. No obstante, si sometemos nuestras observaciones al escrutinio frío y preciso del método científico, descubrimos con frecuencia que la naturaleza engaña a nuestra intuición. A lo largo del libro, descubriremos que cuando los objetos se mueven de aquí para allá a grandes velocidades nuestras ideas preconcebidas sobre el espacio y el tiempo saltan en mil pedazos, siendo reemplazadas por algo completamente nuevo, inesperado y elegante. Es una oportuna lección de humildad, que provoca en muchos científicos una sensación de asombro: el universo es mucho más rico de lo que nuestras experiencias cotidianas nos dan a entender. Quizá lo más importante de todo sea el hecho de que la nueva física, con toda su riqueza, rebosa de una elegancia matemática arrebatadora.

Por difícil que a veces parezca, la ciencia no es, en esencia, una disciplina complicada. Podríamos incluso decir que se trata de un intento de deshacernos de nuestros prejuicios innatos y así poder observar el mundo de la manera más objetiva posible. Se acercará más o menos a ese objetivo, pero pocos pueden poner en duda su capacidad para enseñarnos cómo «funciona» el universo. Lo que realmente nos cuesta es aprender a desconfiar de lo que preferiríamos creer que es sentido común. Al enseñarnos a aceptar la naturaleza tal y como es, y no como nuestros prejuicios nos llevan a pensar que debería ser, el método científico ha engendrado el mundo tecnológico moderno. En una palabra, funciona.

En la primera mitad del libro deduciremos la ecuación E = mc2. Con «deducir» nos referimos a que veremos cómo Einstein llegó a la conclusión de que la energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, que es lo que dice la ecuación. Si te paras un momento a pensarlo, puede parecer muy raro. Quizá la forma más conocida de energía sea la energía del movimiento: si alguien te tira una pelota de críquet a la cara, te dolerá. Un físico diría que el lanzador le suministró energía a la pelota, que se transfiere a tu cara cuando esta detiene el movimiento de la pelota. La masa es una medida de la cantidad de materia que compone un objeto. Una pelota de críquet tiene más masa que una pelota de tenis de mesa, pero menos que un planeta. Lo que E = mc2 dice es que la energía y la masa son intercambiables, como los dólares y los euros son intercambiables, y que la velocidad de la luz al cuadrado es el tipo de cambio. ¿Cómo pudo Einstein llegar a esta conclusión y cómo es posible que la velocidad de la luz apareciese en una ecuación sobre la relación entre la energía y la masa? No asumimos ningún conocimiento científico previo y evitaremos las matemáticas siempre que podamos. No obstante, sí buscamos ofrecer al lector una explicación real de la ciencia, y no una mera descripción. En este sentido en particular, confiamos en ofrecer algo nuevo.

En la parte final del libro, veremos cómo E = mc2 constituye la base de nuestra manera de entender el funcionamiento del universo. ¿Por qué brillan las estrellas? ¿Por qué la energía nuclear es mucho más eficiente que el carbón o el petróleo? ¿Qué es la masa? Esta pregunta nos llevará a adentrarnos en el mundo de la física de partículas moderna, el gran colisionador de hadrones del CERN, en Ginebra, y la búsqueda de la partícula de Higgs, que podría proporcionarnos una explicación del origen mismo de la masa. El libro termina con el extraordinario descubrimiento, que debemos a Einstein, de que la estructura del espacio y del tiempo es en última instancia responsable de la fuerza de gravedad, y la extraña idea de que la Tierra está cayendo «en línea recta» alrededor del Sol.

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Espacio y tiempo

¿Qué significan para ti las palabras «espacio» y «tiempo»? Puede que te imagines el espacio como la oscuridad que ves entre las estrellas cuando alzas la mirada hacia el firmamento en una fría noche de invierno. O quizá te imagines

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