0. Esbozo biográfico Albert Einstein nace en 1879 en Ulm, Alemania. Estudia en un instituto alemán sin mucho entusiasmo, sufriendo una educación que exigía aprender de memoria lo que se encuentra en los libros. De carácter independiente; según los profesores, es un inadaptado. El 1900 acaba los estudios superiores en Suiza, en el Polytechnicum de Zurich; el año siguiente renuncia a la nacionalidad alemana convirtiéndose en ciudadano suizo. En 1902, después de gestiones sin éxito, consigue trabajo de técnico en la Oficina de Patentes de Berna; trabajará allí hasta el 1909. En este periodo, aprovechando intensamente el tiempo libre, elabora y publica, en el milagroso año 1905, los cinco artículos que le otorgan reconocimiento de físico eminente. En uno de este artículos presenta a la relatividad especial; en otro, la fórmula que relaciona masa y energía

Einstein dedicó toda su vida a la ciencia, pero también se implica en diferentes causas y problemáticas políticas. Fue uno pacifista en una sociedad alemana mayoritariamente partidaria de la guerra; acabada la Gran Guerra, promueve la reconciliación. Defensa la causa judía cuando la situación de éstos era insostenible; el antisemitismo le lleva a descubrir que era judío. Con la llegada de Hitler al poder, en el 1933, se ve obligado en abandonar Alemania. De las muchas ofertas que recibe, opta por el Instituto de Estudios Adelantados de Princeton, EEUU.

Si bien uno de los artículos de 1905 era sobre los quanta y supuso un impulso a favor de lo que sería la física cuántica, Einstein se opone a los trabajos que Heisenberg publica en el 1926 sobre mecánica cuántica y el indeterminismo a ella asociado. En estos años, hasta el final de su vida, se centra en la investigación de una teoría unificada que reconcilie relatividad y física cuántica.

Desde el 1940 es ciudadano de Estados Unidos. Muere en el 1955, después de haber rechazado la presidencia del Estado de Israel, después de haber condenado la intervención militar norteamericana en Corea, después de lamentar haber propiciado la fabricación de la bomba atómica: "Si hubiese sabido que mi temor no estaba justificado, no habría participado en la apertura de esta caja de Pandora, porque mi desconfianza hacia los gobiernos no se limitaba a Alemania".

1. El tiempo no corre igual. Relatividad especial

1.1 Un conflicto

En la cosmovisión newtoniana, el espacio es el receptáculo donde está ubicada la materia; el tiempo, el receptáculo de los acontecimientos o cambios. Ambos son absolutos, o sea, independientes de les cosas y de los acontecimientos. Esta teoría clásica había entrado en conflicto con otra teoría emergente, el electromagnetismo. En la primera, se suman velocidades (velocidad tren + desplazamiento de un observador al interior); en la segunda, no. Las ondas electromagnéticas, que son como perturbaciones al agua cuando se echa una piedra, se propagan a velocidad constante con respecto a un supuesto fondo absoluto o éter.

La preocupación de los físicos del momento (alrededores del 1900) era resolver el conflicto. La teoría especial o restringida de la relatividad de Albert Einstein (1905) es una solución que, aparte de considerar superflua la hipótesis del éter como referente absoluto, comporta renunciar a aspectos que se consideraban de sentido común. La solución de Einstein parte de dos principios simples pero de grandes implicaciones. En primer lugar, postula (generalizando el principio de relatividad de Galileo) que las leyes de la naturaleza tienen que ser las mismas independientemente de si el observador está en movimiento uniforme o está en reposo; la distinción entre reposo y movimiento no tiene carácter absoluto sino relativo. En segundo lugar, postula la constancia absoluta de la velocidad de la luz (300.000 km/s), una velocidad insuperable.

Einstein. Berna, 1905

1.2 Pérdida de referentes absolutos La primera implicación del principios que Einstein anuncia el 1905 fue la no existencia de un tiempo absoluto válido para todos los observadores y, más globalmente, la no existencia de ningún sistema de referencia absoluto: las descripciones de los fenómenos estudiados dependen siempre del sistema de referencia en el cual se hace la observación.

Así, según la teoría de la relatividad especial, el tiempo de un fenómeno no es absoluto sino que está vinculado al movimiento del observador y depende de su velocidad respeto el fenómeno. Desde puntos de observación y a velocidades diferentes, los resultados también son diferentes: el tiempo de un observador a gran velocidad (astronauta) se dilata en relación al tiempo de un observador situado a la Tierra. Que el tiempo se dilata quiere decir que los relojes en movimiento marchan más lentamente; igualmente en cuanto al espacio, los objetos en movimiento se contraen o se acortan. El físico holandés Hendrik Lorentz encontró la fórmula precisa que permite concretar los tiempo y hacer las correspondientes transformaciones.

1.3 No simultaneidad Relatividad del tiempo quiere decir no simultaneidad en la descripción de un mismo fenómeno por parte de dos observadores en sistemas de referencia diferentes (uno supuestamente parado y el otro en movimiento). La simultaneidad es expresión del tiempo; toda afirmación sobre el tiempo es una afirmación sobre acontecimientos simultáneos.

Imaginemos un tren relativista, o sea, que viaja a velocidades próximas a la de la luz. Suponemos que dos relámpagos caen en palos cerca de la vía. El espectador que se encuentra en el exterior del tren, a la misma distancia de los dos puntos del impacto, registra como simultáneos los dos relámpagos. ¿Los dos acontecimientos simultáneos por este espectador, serán simultáneos por el pasajero dentro del tren? No. Los relámpagos caen y las señales luminosas necesitan un tiempo siempre constante para propagarse y llegar donde se encuentra el pasajero; pero el tren se aleja del relámpago que ha caído a la parte posterior y se acerca al que ha caído a la parte anterior. De este modo, el pasajero registra primero el relámpago caído en las proximidades de la cabecera del tren y, posteriormente, el relámpago caído más cerca del final del tren: para el pasajero, los dos acontecimientos no son simultáneos.

¿Relámpagos o acontecimientos simultáneos?

Desde el exterior: los acontecimientos son simultáneos

Desde el tren: los acontecimientos no son simultáneos

Los efectos relativistas suelen chocar con el sentido común. El físico francés Paul Langevin ilustró, con la paradoja de los gemelos, la existencia de tiempos diferentes en función de la velocidad, una velocidad que dilata el tiempo y contrae el espacio.
Imaginemos dos gemelos, uno de los cuales emprende un viaje al espacio a velocidades próximas a las de la luz y el otro permanece en tierra. La nave vuelve veinte años después, veinte años pasados por el hermano que se ha quedado en tierra. Para el gemelo astronauta, contrariamente, el tiempo se ha dilatado y no han pasado veinte años, para él sólo habrá transcurrido un año.

1.4 Otros puntos básicos La teoría de la relatividad especial o restringida establece que todo fenómeno físico requiere, en orden a ser identificado, no sólo tres ejes de coordenadas, sino cuatro, siendo éste el tiempo. Exige hablar de un espacio-tiempo cuatridimensional, cuatro números para identificar todo fenómeno.
	La fórmula que establece la relación entre masa y energía ha devenido un icono del siglo XX: E =mc2. En la física clásica, masa (material) y energía (inmaterial) son dos realidades de categoría muy diferenciada. Ahora son dos caras de una misma cosa: a cada cantidad de masa corresponde una cierta cantidad de energía; la masa es energía latente. A altas velocidades, masa y energía se fusionan.

Einstein dio a entender que la unión de materia y energía es la consecuencia más importante de la relatividad especial. La conversión de la materia en energía ha sido una predicción relativista confirmada en las centrales nucleares, en las bombas nucleares y en la producción de energía en el interior de estrellas como nuestro Sol.

2. Un espacio curvado. Relatividad general

2.1 ¿Cómo actúa la gravedad? Once años más tarde de la relatividad especial, en el 1916, Einstein hace frente a un tema que no considera suficientemente explicado: el problema de la gravedad. ¿Como actúa la fuerza gravitacional? ¿Qué hace la Tierra para atraer los objetos, los satélites,...? La gravedad, que actúa instantáneamente a millones de kilómetros de distancia, no encaja con la relatividad especial, que parte de velocidades limitadas. La solución a esta problemática constituye el punto básico de la relatividad general: la masa de un cuerpo, de una estrella por ejemplo, curva el espacio-tiempo, y es esta curvatura lo que determina tanto el movimientos de los planetas como la trayectoria de la luz. Einstein, 1920

La imagen que mejor representa el espacio-tiempo curvado o deformado de la relatividad general es la de una superficie flexible, como por ejemplo una tela tensa con una bola grande que crea una depresión alrededor suyo; es esta pendiente o depresión lo que altera la trayectoria de otras bolas más pequeñas, como si fuesen atraídas por la bola grande. Así, la masa del Sol curva el espacio-tiempo y la Tierra se mueve siguiendo esta curvatura. Igualmente, la masa del Sol desvía, curvándose el espacio-tiempo de su alrededor, rayos luminosos de otras estrellas; una predicción de la teoría que se confirmó en el eclipse solar de 1919.

2.2 Espacio-tiempo, afectado

El espacio-tiempo no sólo no es un marco absoluto donde se encuentra la materia y los acontecimientos, sino que él mismo sufre la influencia de éstos. Espacio y tiempo están afectados por la gravedad que producen la masa y la energía. En campos gravitatorios diferentes, el tiempo transcurre con ritmos diferentes.

2.3 Universo finito pero ilimitado Einstein se resiste a abandonar la visión clásica de un universo estático; introduce en sus ecuaciones un factor llamado constante cosmológica en orden a hacer aceptable la visión estática del universo. Más consecuente con la relatividad general, el físico ruso Alexander Friedmann desarrolló la idea de un universo en expansión. El universo estático de Einstein es un universo finito pero ilimitado; la gravedad es tan intensa que el espacio se curva como una esfera. Como la superficie de la Tierra, que es finita (se puede calcular su valor) pero a la vez ilimitada (podemos seguir avanzando siempre), el universo es finito, tiene un radio y, al mismo tiempo, nunca encontraremos una barrera o límite; si viajemos en la misma dirección volveremos al punto de partida.

3. Aspectos filosóficos

3.1 Conceptos y teorías, creaciones humanas Einstein se sintió atraído por la filosofía de Kant, especialmente por su epistemología. Resonancias kantianas encontremos cuando escribe: "Los conceptos científicos son creaciones libres del espíritu humano. Y, al contrario de lo que se podría creer, no son únicamente determinados por el mundo exterior." Los conceptos científicos, y aún más las teorías, no se obtienen por inducción o abstracción a partir de la observación o de experiencias sensoriales, sino que exigen la actividad imaginativa y creativa del pensamiento. A menudo repite, formulado de una forma u otra que "lo más incomprensible es que el mundo sea comprensible". Hace suyo el pensamiento de Kant según el cual el mundo real exterior no tendría sentido si no tuviese comprensibilidad. El mundo es inteligible: no es un caos que se nos escapa, no es un puro azar, es un orden escondido. Pero no deja de ser milagrosa esta correspondencia entre la mente humana y la lógica que gobierna la naturaleza.

3.2 Epistemología. Predicciones arriesgadas

La actitud de Einstein ante la confirmación de una de los más arriesgadas predicciones de la teoría de la relatividad general dio paso a un nuevo modelo epistemológico. Había predicho la desviación de los rayos estelares por la atracción de la masa del Sol; en mayo de 1919, dos expediciones británicas contrastaron exitosamente la predicción. Einstein, pero, no consideró verificada su teoría, sólo no refutada. Un solo caso en contra -sostenía- es suficiente para refutar y eliminar una teoría; muchos casos en favor no la establecen de modo definitivo.

La actitud científica es una actitud crítica. "La ciencia es una intento de conseguir que la diversidad caótica de nuestras experiencias sensoriales se corresponda con un sistema de pensamiento lógicamente uniforme". Pero este sistema de pensamiento, con las teorías que resultan, es un proceso extremadamente difícil: "hipotético, nunca definitivo, siempre sujeto a la crítica y a la duda".

La confirmación el 1919 de la predicción que Einstein había hecho supuso su lanzamiento mediático deviniendo un icono del siglo XX. Después de la Gran Guerra, la teoría parecía abrir nuevas y reconciliadoras perspectivas: se había acabado un mundo (supuestamente el mundo de Newton), y un sabio alemán y unos experimentadores británicos enunciaban una nueva interpretación de la realidad.

3.3 Sin un marco de referencia absoluto

Con la física relativista, espacio y tiempo han perdido la categoría de absoluto o de marco universal de referencia. La relatividad lleva a abandonar la idea intuitiva de un marco de referencia al interior del cual se producen los acontecimientos. La teoría supone el final de referencias espacio-temporales fijas e independientes, y lleva a pensar que todo contexto (espacio-tiempo) se encuentra siempre unido a aquello (materia y acontecimientos) de lo que es contexto.

La Gran Guerra, con la absurdidad que la acompañó, hizo tambalear y caer referentes absolutos. La relatividad científica fue trastocada y confundida con el relativismo, especialmente con el relativismo de orden cultural. Tal vez el mismo Einstein propició este desplazamiento cuando en un artículo de divulgación, publicado el 1919 y a petición del diario The London Times, escribió: «Hoy, en Alemania, se me describe como "sabio alemán" en tanto que en Inglaterra se dice que soy un "judío suizo". Si mi destino me llevara a ser un indeseable, entonces me convertiría en un "judío suizo" para los alemanes y en un "sabio alemán" para los ingleses». Einstein en Barcelona, 1923

4. Dios no juega a los dados con el universo

Si bien, pues, fue uno de los pioneros de la cuántica, en 1927 entró en debate y conflicto con los físicos que la desarrollaron, especialmente con Werner Heisenberg y Niels Bohr, miembros de la Escuela de Copenhague. Tanto la cosmovisión clásica o newtoniana como la relativista son deterministas. ¿Qué quiere decir? Quiere decir que el mundo físico es completamente predecible, o sea, que si se hacen experimentos idénticos, se espera que los resultados también sean idénticos.

4.2 Teoría unificada Los últimos años de su vida se centraron en la investigación de una teoría unificada que integrase la relatividad y la cuántica.

En su día, y aún hoy, la representación que da la ciencia de la naturaleza es doble: un macrocosmos determinista, imaginable y continuo regido por la relatividad y, en contraposición, un microcosmos probabilista o indeterminista, inimaginable o abstracto y discontinuo regido por la cuántica. Un dualismo que Einstein buscaba superar y que muchos coetáneos suyos consideraban una investigación imposible e infructuosa; hoy, no obstante, en los inicios del siglo XXI, esta investigación vuelve a ser un objetivo o aspiración de la cosmología contemporánea: una teoría "cuántica de la relatividad".