Einstein y los experimentos mentales
Si bien casi todo el mundo se ha planteado alguna vez un “¿qué pasaría si…?” para intentar resolver un problema, pocas personas han sabido sacarle tanto provecho como Albert Einstein. Einstein llevó estos experimentos mentales, o Gedankenexperimenten como él los llamaba siguiendo a Mach, a nuevas cotas, creando formas únicas de visualizar un problema que no requerían que se llevase a cabo una prueba física.
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Los experimentos mentales no eran nada nuevo para los científicos, aunque pocos los elevaron a la categoría de arte como Einstein. Uno de los pensadores más admirados por Einstein, Ernst Mach, también basaba buena parte de su trabajo en esos juegos mentales, y es posible que Einstein le imitase desde una edad bastante temprana. En sus “Notas autobiográficas”, Einstein describe uno de sus experimentos mentales más fructíferos, con el que jugueteó por primera vez cuando tenía dieciséis años. Imaginó como sería ir montado en un rayo de luz.
Viajando a esas velocidades tan increíbles, la misma velocidad que la misma luz, ¿qué vería uno? ¿Qué aspecto tendría una onda electromagnética? ¿Parecería congelada en su movimiento? ¿Qué pasaría si uno iba montado en un rayo de luz que se alejaba de un reloj? Volviendo la vista atrás, el reloj parecería estar congelado, ya que las nuevas ondas de luz que te mostrarían un cambio en el tiempo marcado no te podrían alcanzar. ¿Qué implicaba esto para el tiempo mismo? Preguntas como estas estuvieron revoloteando por la cabeza de Einstein durante años, y encontraron una respuesta en 1905, cuando en varias semanas alumbró la teoría especial de la relatividad. Su nueva teoría afirmaba que incluso si estás viajando a velocidades cercanas a la de la luz, nunca podrás percibir la luz como congelada. En vez de eso, parecerá que se aleja de ti a los mismos 300.000 km/s de siempre. La teoría también decía que si el tiempo parecía estar congelado detrás de ti, entonces desde tu perspectiva ese marco de referencia estaba congelado, anclado para siempre en ese punto.
La teoría general de la relatividad de Einstein también tuvo su germen en un experimento mental, uno al que Einstein se refirió como “el pensamiento más feliz de mi vida”. Tras la publicación de la teoría especial de la relatividad, que describía tan bien cómo se movía la luz, Einstein quería aplicar el concepto a la gravitación. El problema era que la gravitación causaba aceleración y eso parecía bastante diferente a la luz y su única velocidad. Al igual que el anterior, este problema, de una forma vaga, rondó la cabeza de Einstein durante años.
Un día imaginó qué sentiría si estuviese cayendo libremente. De forma muy parecida a ir montado en un rayo de luz, visualizó montar la fuerza de la gravedad y se dio cuenta de que en un una caída libre uno no sentiría la gravedad. Por ejemplo, si Alicia cierra sus ojos mientras cae por la madriguera de conejo más vertical y larga que han conocido los siglos, y no pudiese ver pasar los juegos de té en las estanterías mientras cae, y si, de alguna manera no pudiese sentir el viento, no se daría cuenta de que está cayendo realmente. Fijémonos en que no cae a una velocidad constante, sino que va uniformemente más rápido, acelerándose debido a la gravedad. A pesar de ello, ella sentiría que está simplemente suspendida en el espacio. Si ella, estando en movimiento uniformemente acelerado, sentiría lo mismo que si estuviese quieta, entonces, de repente, Einstein tenía el punto de partida para relacionar su marco de referencia en aceleración con el de alguien en reposo observándola. Si los dos marcos de referencia se percibían iguales, Einstein podía crear ecuaciones partiendo de la hipótesis de que eran idénticos. La teoría general de la relatividad nació poco después.
Tras la teoría general de la relatividad Einstein dedicó su atención a la física atómica e hizo uso de sus Gedankenexperimenten una vez más. Todavía se recuerdan sus ardientes disputas con Niels Bohr acerca de cómo interpretar la nueva mecánica cuántica e, invariablemente, Einstein empleó experimentos mentales para apoyar sus ideas. Desde rayos de luz atravesando rendijas a cajas colgando de una balanza, Einstein empleó tantas situaciones como pudo para intentar convencer a Bohr y sus colegas. Uno de los últimos grandes artículos [1] de Einstein, escrito con Boris Podolsky y Nathan Rosen, es un experimento mental que hoy día se conoce como la paradoja EPR, en la que se visualizan dos partículas que están a varios kilómetros de distancia y, sin embargo, son capaces de comunicarse a una velocidad superior a la de la luz. Este Gedankenexperiment fue respondido por Bohr [2], al igual que tantos otros de los experimentos mentales cuánticos, de una manera que no satisfizo necesariamente a Einstein, pero sí al resto de la comunidad científica. Paradójicamente, muchos de los experimentos mentales de Einstein que tuvieron que ver con la mecánica cuántica terminaron ayudando a cimentar la nueva dinámica en los cerebros de sus defensores, exactamente lo contrario de lo que pretendía Einstein.
El famoso historiador de la ciencia Gerald Holton, que ha estudiado a Einstein de forma exhaustiva y ha intentado describir qué hizo a su cerebro tan creativo y fructífero, cree que estos experimentos mentales son parte de la respuesta. Einstein tenía la capacidad de visualizar soluciones a hipótesis tan vívidamente que podía resolver problemas complejos en su cabeza. Los experimentos mentales puede que hayan sido la clave de su genio.
Referencias:
[1] Einstein, A., Podolsky, B., & Rosen, N. (1935). Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? Physical Review, 47 (10), 777-780 DOI: 10.1103/PhysRev.47.777
[2] Bohr, N. (1935). Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete? Physical Review, 48 (8), 696-702 DOI: 10.1103/PhysRev.48.696
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
