domingo, septiembre 05, 2021

¿Por qué e=mc2?

Título: ¿Por qué e=mc2? (¿y por qué debería importarnos?)
Autor: Brian Cox y Jeff Forshaw
Editorial: Debate
Año: 2013
ISBN9788499922348

Brian Cox es, además de físico teórico, un gran divulgador científico, colaborador de la BBC, conferenciante... Jeff Forshaw es profesor de física de partículas en Manchester y ha obtenido diversos premios científicos. De la colaboración entre ambos han salido dos libros muy apetecibles: The Quantum Universe y este ¿Por qué e=mc2?

Sólo con citar la más famosa ecuación de la física puede preverse un éxito. Pero es que además, en este libro de poco más de doscientas páginas ambos autores desgranan paso a paso como con cálculos sencillos, con razonamientos y experimentos, podemos no sólo comprender como se llega a esta ecuación, sino también entender su significado y la importancia que ha tenido y tiene en el desarrollo de la ciencia y el conocimiento de nuestro universo.

Para empezar, vayamos al principio, al concepto de la ciencia, al significado de las ecuaciones ("que expresan relaciones entre cosas y son una forma de hacer afirmaciones precisas sobre el mundo real") y a la importancia del método científico (lanzar una hipótesis para explicar una observación y comprobarla mediante la experimentación). Varias veces inciden los autores en lo importante que es aceptar que "la ciencia es una disciplina que celebra la duda y la clave de su éxito radica en admitirlo".

Los primeros conceptos que nos explican pasan por la relatividad, pero la relatividad original, la de Galileo, junto con las ecuaciones del electromagnetismo de Maxwell, que contienen la clave de una de las constantes fundamentales del universo: la velocidad de la luz. Ya estamos en disposición de atacar la relatividad especial de Einstein. Con cálculos básicos (sí, con fórmulas y números reales) nos demuestran como el tiempo y el espacio no son absolutos. Así que a continuación introducimos una nueva magnitud, la del espacio-tiempo (las transformaciones de Lorenz, el diagrama de Minkoswky). Ejemplos como los relojes viajando a diferentes velocidades o los láseres nos convencen de los razonamientos de Einstein.

Factor de Lorentz, una de las fórmulas en el libro

Por fin el capítulo 6, con el mismo título del libro, nos adentra en los pormenores de la ecuación, como hay que tener en cuenta el momento de una partícula, la distancia espaciotemporal, el límite de velocidad universal y la masa. Además de la antigua energía cinética, aparece ahora la energía de un objeto en reposo, dada por mc2. La masa y la energía son potencialmente intercambiables.

A partir de este conocimiento, podemos entender la energía química de la materia, los trasvases entre masa y energía, el big bang, la energía nuclear de las estrellas... por eso esa ecuación debe importarnos.

Dos conceptos más entran aún en el libro. El primero es el de la masa y su origen, centrándose en la física cuántica, la física de las doce partículas elementales. Conoceremos los diagramas de Feynman que representan como interactúan entre ellas. Como curiosidad, al relatar los experimentos del LHC, se hace referencia al futuro descubrimiento de una de las partículas más esquivas, el bosón de Higgs. Pues bien, con posterioridad a que escribiera, en 2012 se descubrieron partículas consistentes con sus características en el LHC. El último concepto es el de la curvatura espacio-tiempo, que explica el origen de la gravedad como el resultado de la geometría y una consecuencia: los relojes van más rápido cuando los campos gravitatorios son más débiles.

Uno de los diagramas de Feynman que explican la interacción entre partículas

El último comentario: "Hoy en día los físicos se enfrentan a un dilema. La teoría de la relatividad general de Einstein, nuestra mejor teoría de la gravitación. no encaja con la teoría cuántica. Alguna de las dos, o ambas, han de revisarse. [...] ¿O la solución se encuentra en otra teoría aún por descubrir? Esta es la frontera de la física fundamental y, para quienes la pueblan, dirigir su mirada hacia lo desconocido es emocionante y apasionante".

Apasionante. Como el contenido del libro. Acabas con la sensación de que la física, la de verdad, puede llegar a comprenderse incluso por los que apenas tenemos los mínimos conocimientos.

Vídeo: el método científico en una de las clases de Richard Feynman, citado en el libro (1964).


Más información:
- Brian Cox y la BBC.
- Brian Cox en la web de la APS.
- Jeff Forhaw en la web de la Universidad de Manchester.
- Comentario en Por amor a la ciencia.

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