Isaac Asimov - El Monstruo Subatomico

8/12/2019 Isaac Asimov - El Monstruo Subatomico

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EL MONSTRUO SUBATMICO

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Isaac AsimovEl monstruo subatmico

SALVAT


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Versin espaola de la obra The subatomic monster,recopilacin de ensayos publicados en The Magazine of Fantasy and Science Fiction

Traduccin: Lorenzo CortinaDiseo de cubierta: Ferran Cartes/ Montse Plass

Digitalizado por NorbertoCrdoba, Noviembre 2002

1993 Salvat Editores, S.A., Barcelona (para esta edicin) 1986 Plaza & Jans Editores, S.A. Mercure Press, Inc.

Nightfall, Inc.ISBN: 84-345-8880-3 (Obra completa)ISBN: 84-345-8884-6 (Volumen 4)Depsito Legal: B-24169-1993Publicada por Salvat Editores, S.A., BarcelonaImpresa por Printer, i.g.s.a., Agosto 1993Printed in Spain


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NDICEPrimera ParteI. EL MONSTRUO SUBATMICOII. E PLURIBUS UNUMIII. LAS DOS MASASIV. EL GENERAL VICTORIOSOSegunda ParteASTRONOMAV. ACTUALIZACION DE LOS SATLITES

VI. EL BRAZO DEL GIGANTE...VII. EL MUNDO DEL SOL ROJOVIII. EL AMOR HACE GIRAR AL MUNDOTercera ParteQUMICAIX. LAS PROPIEDADES DEL CAOSX. VERDE, VERDE, VERDE ES EL COLORCuarta ParteBIOLOGAXI.MS PENSAMIENTOS ACERCA DEL PENSAMIENTOXII.VOLVIENDO AL PUNTO DE PARTIDAQuinta ParteTECNOLOGAXIII. QU CAMIN?

XIV.DONDE TODO El CIELO ES RESPLANDORXV. ARRIBA!Sexta ParteCRONOLOGAXVI. LOS DIFERENTES AOS DEL TIEMPO1. Ao de Estados Unidos2. El Ao de Norteamrica3. Ao de la Historia4. El Ao de la Civilizacin5. El Ao Humano6. El Ao Homnido7. El Ao Fsil8. El Ao TerrestreXVII. LOS DIFERENTES AOS DEL UNIVERSO

9. El Ao del Universo10. Ao del Sistema Solar11. El Ao Solar12. El Ao de la Enana roja


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extraa mutacin cambi la frase en mi cabeza por 50 minutos de arco... Pero yo deseabasegundos de arco, y saba muy bien que cada minuto de arco equivale a 60 segundos de arco, por loque multipliqu 50 por 60 y, concienzudamente, mecanografi la afirmacin que el dimetro angularde Jpiter era de 3.000 segundos de arco.Y as fue tambin como apareci en la revista. De haber dejado de escribir a toda velocidad el tiemposuficiente para pensar durante un quinto de segundo, hubiera recordado que la Luna tena undimetro angular de 30 minutos de arco, o 1.800 segundos de arco, y que, por lo tanto, estabaproporcionando al firmamento de la Tierra un Jpiter mucho ms grande en apariencia que la Luna.Mi rostro se ti del ms bonito rojo cereza cuando Mr. Fortier lo indic. Naturalmente, elimin alinstante esta afirmacin errnea, y en este libro aparecen las cifras correctas.O, tambin, en el captulo titulado Donde todo el firmamento es sol, al principio hice la afirmacingratuita de que el oro, salvo por el valor artificial que le concede la gente a causa de su belleza yrareza, era intil, que no tena ningn uso que valiera la pena mencionar.Al instante, dos queridos amigos mos, Lester del Rey (que se menciona en la introduccin del ltimocapitulo) y Jay Kay Klein, me escribieron unas largas cartas, haciendo una lista de toda clase de usosque tendra el oro en el caso de que fuese ms abundante y barato. Para este libro, elimin esaofensiva frase como si se hubiera convertido en hierro candente en mis manos. Que en cierto modo,era lo que haba ocurrido.Y as son las cosas. Puedo escribir con la rapidez con que lo hago porque tengo unos lectores convista de lince que comprueban cada una de las observaciones que realizo y me informan de cadaerror y desliz al instante, para que pueda corregirlo y aprender de mis errores.Qu hara sin ellos? Puedo aprovechar esta oportunidad para dar las gracias a todos a todosquienes me han enviado una carta para corregirme y me han ayudado a aprender? Djenme tambin

decir que todas las cartas de esta clase que he recibido han sido, sin excepciones, redactadas en untono de lo ms agradable y educado. Y tambin les doy a ustedes humildemente las gracias por ello.


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Primera parte

FSICA


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I. EL MONSTRUO SUBATMICO

De vez en cuando me dicen que me he equivocado de vocacin. Naturalmente, esto me lo dicen,como broma sin mala intencin, y por lo general cuando he dado una charla divertida o he cantadoalguna cancin cmica. As pues, la idea es que debera haber sido comediante o cantante, quizs.Sin embargo, no puedo dejar pasar por alto esta observacin, y, con la experiencia, he descubiertoque la respuesta ms efectiva a ese Has equivocado tu vocacin, Isaac, es:Lo s, amigo mo, pero quin quiere un viejo semental de cabello gris?Pero nadie est a prueba de tonteras. He empleado esta rplica por lo menos cincuenta veces con elmayor de los xitos, pero hace unos cuantos das, al intentarlo de nuevo, me lleg esta instantnearespuesta:Una vieja ninfomanaca de cabello gris!Y con esto me devolvieron la pelota elegantemente, y tuve que aguardar un buen rato hasta quecesaron las risas. (Incluidas las mas).Pero, en realidad, no he errado mi vocacin, y todo el mundo lo sabe. Mi vocacin es ser escritor, yeso es lo que soy. En particular, mi vocacin es explicar, y eso es lo que hago tambin. Por lo tanto,si no les importa, proseguir con mi vocacin.

Por ejemplo: cmo se mide la energa?Vern, el trabajo significa un gasto de energa, y, por as decirlo, no es otra cosa que energa enaccin. Una forma de definir el trabajo es decir que implica el vencimiento de una resistencia a ciertadistancia en particular. Se vence la resistencia ejerciendo fuerza.Por ejemplo, la atraccin gravitatoria de la Tierra tiende a tener un objeto sobre el suelo. Paralevantarlo, hay que ejercer una fuerza que venza la resistencia gravitatoria.Cuanto mayor sea el peso del objeto a levantar, mayor ser la fuerza que se habr de hacer y mayorel trabajo que se realiza. Cuanto ms larga sea la distancia en la que se alce el peso, ms trabajo seefectuar. As pues, el trabajo (y la energa consumida), es igual a la fuerza por la distancia.Si usted levanta un peso de 1 libra en una distancia de un pie (453,6 g x 30,48 cm), ha hecho 1 pielibra de trabajo. (Observe se pone primero la distancia en esta unidad de trabajo. No existe raznpara no colocar primero el peso y llamarlo 1 librapie pero nadie lo hace y en todos los idiomas yculturas la explicacin de nadie lo hace es la frase ms sin respuesta que hay.)Entonces, si usted pesa 150 libras y sube un tramo de escaleras que le hace ascender 8 pies, habrrealizado 150 x 8, o 1.200 pies de trabajo. Dado que he observado que, con frecuencia, un tramo deescaleras tiene 13 escalones, el trabajo efectuado por alguien que pese 150 libras al subir un escalnes de 1.200/13, o sea 92,3 pieslibras.Pero pies y libras son unidades del sistema comn que los fsicos miran con desprecio. Elsistema mtrico decimal es utilizado universalmente fuera de Estados Unidos, y los cientficos loemplean incluso en los Estados Unidos. La unidad de distancia del sistema mtrico es el metro, queequivale a 3,281 pies; el kilogramo, que equivale a 2,2046 libras, se usa para el peso.Una unidad de energa en el sistema mtrico sera, pues, 1 kilogrmetro (aqu el peso est primero,y usted no dir metro-kilogramo porque todos a la vez nadie lo hace). Un kilogrmetro es iguala 2,2046 libras por 3,281 pies, o 7,233 pies-libras. Por lo tanto, para una persona de 150 libras depeso, subir un escaln de un tramo de escaleras significa efectuar 12,76 kilogrmetros de trabajo.

El empleo del peso como parte de una unidad de trabajo no es lo ideal. No es errneo hacerlo as,puesto que el peso es una fuerza, pero se es precisamente el problema. Las unidades empleadaspopularmente para el peso (libras o kilogramos) no son, estrictamente hablando, unidades de fuerza,sino unidades de masa. La confusin surge porque el peso ha sido comprendido desde los tiemposprehistricos, en tanto que el concepto de masa fue aclarado por vez primera por Isaac Newton y lamasa es tan similar al peso en circunstancias ordinarias, que incluso los cientficos caen en la trampade emplear las unidades de peso, establecidas hace tanto tiempo, tambin como masa, creando conello la confusin.Si nos olvidamos del peso y tratamos slo con la masa, la definicin de fuerza (que surge de lasegunda ley del movimiento de Newton) es la de masa multiplicada por aceleracin. Supongamos queimaginamos una fuerza capaz de acelerar una masa de 1 kilogramo por una cantidad igual a 1 metropor segundo cada segundo. Esa fuerza es igual a 1 kilogrmetro por segundo cada segundo, o


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(empleando abreviaciones) 1 kgm/seg2. Para mayor brevedad, a 1 kgm/seg2se le llama 1 newtonen honor del gran cientfico. Por lo tanto, la fuerza requerida para levantar un peso de 1 kilogramo esde 9,8 newtons. Inversamente, 1 newton es la fuerza requerida para levantar un peso de 0,102kilogramos.Dado que trabajo es fuerza por distancia, la unidad de trabajo debera ser 1 newton de fuerzaconsumida en una distancia de 1 metro. Esto sera 1 newtonmetro. Al newtonmetro se le sueledenominar julio, por el fsico ingls James Prescott Joule, que realiz importantes trabajos sobreenerga. Por tanto, la unidad de trabajo es 1 julio, y puesto que el newton equivale a un peso de 0,102kilogramos, 1 julio es igual a 0,102 kilogrmetros. Por consiguiente, levantar 150 libras sobre unescaln de un tramo de escaleras representa una cantidad de trabajo igual a 125 julios.Como ven, el julio es una buena unidad de energa para la vida cotidiana, dado que una accincorriente representa un nmero pequeo que se maneja con facilidad.Sin embargo, supongamos que se quiere tratar con cantidades de trabajo o de energa mucho mspequeas. Entonces se tendran que utilizar diminutas fracciones de un julio. Sera til tener unaunidad ms pequea.En vez de una fuerza que imparte a un kilogramo una aceleracin de 1 metro por segundo cadasegundo, imaginemos una fuerza que imparte a 1 gramo una aceleracin de 1 centmetro porsegundo cada segundo. En ese caso se tendr una fuerza de 1 gramocentmetro por segundo cadasegundo, o 1 g.cm/seg2, que puede definirse como 1 dina (la primera slaba de una palabra griegaque significa poder).Dado que un gramo es 1/1.000 de un kilogramo, y un centmetro es 1/100 de un metro, una fuerza deuna dina produce 1/100 de la aceleracin en 1/1.000 de la masa, en comparacin con la fuerza de 1newton. Por consiguiente, 1 dina es igual a 1/100 x 1/1.000, o 1/100.000 de newton. Es lo mismo que

decir que 1 newton = 100.000 dinas.Si suponemos que se gasta 1 dina en una distancia de 1 centmetro, esto nos da como unidad detrabajo 1 dinacentmetro, o ergio (primera slaba de una voz griega que significa trabajo).Dado que un julio es el resultado de un newton consumido una distancia de 1 metro, mientras que unergio es el resultado una dina (1/100.000 de un newton) gastada en una distancia de 1 centmetro(1/100 de un metro), 1 ergio es igual a 1/100.000 x 1/100, o 1/10.000.000 de un julio. Es lo mismo quedecir que 1 julio = 10.000.000 ergios.Una persona de 150 libras de peso que suba un escaln de un tramo de escaleras realiza 13.000.000de ergios de trabajo. Este nmero muy incmodo para la vida corriente, pero muy manejable paracientficos que trabajan con pequeas cantidades de energa.Sin embargo, incluso el ergio es con mucho una unidad demasiado grande cuando se tiene que tratarcon tomos individuales y partculas subatmicas. Para estas cosas, necesitamos una unidad anms pequea.

As, en vez de emplear una masa de un kilogramo o un gramo, utilicemos la masa ms pequea quedefinitivamente se sabe que existe. Se trata de la masa de un electrn, que es de0,00000000000000000000000000091095 gramos, o 9,1095 x 10-28gramos. Para evitar todos estosceros, podemos tomar la masa de un electrn como igual a 1 electrn.Un electrn lleva una carga elctrica, y por tanto incluye una aceleracin en un campo elctrico. Estapropiedad del campo elctrico que induce una aceleracin es su voltaje, por lo que podemos suponerque un electrn recibe una aceleracin producida por 1 voltio1.Dada la masa y la carga del electrn, el trabajo realizado cuando se le expone a la aceleracinproducida por 1 voltio es 1 electrnvoltio. En forma abreviada, es 1 eV.sta es una unidad de trabajo verdaderamente muy pequea.En realidad, 1 electrnvoltio es igual a slo un poco ms de una billonsima de ergio. Para ser msprecisos, 1 electrnvoltio = 0,000000000016 ergios, o 1,6 x 1012ergios. (A propsito, recuerden quetodas las unidades de trabajo sirven tambin como unidades de energa.)Cabe decir que la masa es una forma de energa, una forma muy concentrada. Por lo tanto, la masa

puede expresarse en unidades de energa, pero la masa es una energa tan concentrada, que lasunidades de energa corrientes son incmodas para emplearlas con respecto a masas ordinarias.Por ejemplo, tomemos una masa de 1 gramo. No es mucho. Es slo la masa de un colibr an nocrecido del todo. La energa equivalente de esta masa, segn la clebre ecuacin de Albert Einstein,es e=mc2, donde ees la energa, mla masa y ela velocidad de la luz. Estamos tomando la masacomo 1 gramo, y la velocidad de la luz es de 29.980.000.000 centmetros por segundo (unacombinacin que nos dar la energa equivalente en ergios). La energa contenida en 1 gramo demasa es, pues, 1 x 29.980.000.000 x 29.980.000.000 x 898.800.000.000.000.000.000 o bien 8,988 x1020ergios. Admitirn que es muchsimo ms fcil hablar de 1 gramo que de casi un cuatrilln de

1Estoy resistindome al impulso de explicar las distintas unidades elctricas. Eso quedar para otro ensayo en otra ocasin.


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ergios.Sin embargo, cuando volvemos al electrn las cosas se invierten. Cuando multiplicamos la pequeamasa de un electrn, 9,1095 x 1028gramos, por el equivalente en energa de 1 gramo, que es 8,988 x1020ergios, el resultado es el equivalente en energa de la masa de un electrn de 8,1876 x l07ergios. En otras palabras, el equivalente en energa de la masa de un electrn es un poco menor queuna millonsima de un ergio, la cual resulta difcil de manejar.No obstante, si convertimos ese equivalente de energa en electrnvoltios, que son mucho msdiminutos que los ergios, el resultado ser que el equivalente de energa de la masa de un electrn esigual a, aproximadamente, 511.000 electrnvoltios.Naturalmente, 511.000 puede an considerarse un numero demasiado grande para resultar cmodo,pero 1.000 electrn-voltios equivalen a 1 kilo-electrn-voltio (keV), y 1.000.000 electrn-voltios esigual a 1 megaelectrn-voltio (MeV), por lo que podemos decir que el equivalente de energa de lamasa de un electrn es aproximadamente igual a medio MeV.El electrn (y su nmero opuesto, el positrn) posee, como ya he dicho antes, las masas mspequeas de cualquier objeto que, con certeza, sabemos que tiene masa. Es posible incluso que nopueda existir ninguna masa menor que sea todava mayor que cero. Existe alguna posibilidad de quelos varios neutrinos puedan tener masas an ms pequeas, masas tan pequeas como de 40electrn-voltios, pero eso hasta ahora no se ha demostrado.Y qu hay de las partculas con ms masa?Los electrones constituyen las regiones exteriores de los tomos, pero protones y neutrones formanlos ncleos de los tomos, y los protones y neutrones tienen bastante ms masa que los electrones.Un protn posee el equivalente de energa de 938.200.000 electrn-voltios, o 938,2 MeV, y eso es1.836 veces ms masa que un electrn. El neutrn tiene un equivalente de energa de 939.500.000

electrn-voltios, o 939,5 MeV, y as tiene 1.838,5 veces ms masa que el electrn y 1,0014 vecesms masa que el protn.Una energa de 1.000.000.000 electrn-voltios es 1 giga-electrn-voltio (1 GeV), por lo que podemosdecir que el protn y el neutrn estn muy cerca de 1 GeV en equivalente de energa.Existen partculas subatmicas con ms masa que el protn y el neutrn. Por ejemplo, la partcula W(algo de lo que quizs hablar en un prximo ensayo) ha sido descubierta recientemente y tieneaproximadamente 80 veces ms masa que un protn, por lo que su equivalente de energa es deunos 80 GeV, o bien 80.000.000.000 de electrn-voltios. Los ncleos de los elementos con ms masaposeen equivalentes de energa de casi 250 GeV, que es an ms de tres veces mayor, pero esosncleos son conglomerados de ms de 250 partculas subatmicas.Sin embargo, si deseamos un autntico monstruo subatmico, deberemos realizar primero unadigresin.

Electricidad y magnetismo estn ntimamente relacionados; en realidad, resultan inseparables. Todo

lo que posee un campo elctrico tiene un campo magntico, y viceversa. De hecho, los cientficosnormalmente hablan de un campo electromagntico, ms que de un campo elctrico o magntico porseparado. Hablan de la luz como de una radiacin electromagntica, y de la interaccin elec-tromagntica como de una de las cuatro interacciones fundamentales de la Naturaleza.Naturalmente, pues, no resulta sorprendente que la electricidad y el magnetismo, cuando seconsideran por separado, muestren numerosas semejanzas. As, un imn tiene dos polos, quepresentan extremos opuestos, por as decirlo, de propiedades magnticas Les llamados polo nortey polo sur. Existe una atraccin entre los polos norte y sur, y una repulsin entre dos polos norte oentre dos polos sur.De forma semejante, un sistema elctrico tiene dos extremo opuestos, que llamamos carga positivay carga negativa Existe una atraccin entre una carga positiva y otra negativa, una repulsin entredos cargas positivas o entre dos cargas negativas.En cada caso, la atraccin y la repulsin son de intensidades iguales, y tanto la atraccin como larepulsin se hallan en proporcin inversa al cuadrado de la distancia.

Sin embargo, queda una enorme diferencia de una clase.Suponga que tiene una varilla de material aislante en la que, de una forma u otra, ha producido en unextremo una carga negativa y en la otra, una carga positiva. As, pues, si se rompe la varil la por lamitad, una de esas mitades tiene una carga completamente negativa, y la otra mitad es enteramentepositiva. Y lo que es ms, existen partculas subatmicas, como los electrones, que llevan slo unacarga negativa y otros, como los protones, que llevan slo una carga positiva.No obstante, supongamos que tiene un imn largo, con un polo norte en un extremo y un polo sur enel otro. Si lo rompemos por la mitad, existe una mitad enteramente polo norte y otra mitadenteramente polo sur?No! Si se parte un imn en dos, la mitad del polo norte, al instante, desarrolla un polo sur en dondese ha roto, mientras que mitad del polo sur desarrolla en el punto de ruptura un polo norte. Esimposible hacer nada para que cualquier objeto posea slo 1 polo magntico; ambos estn siempre


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presentes. Incluso las partculas subatmicas que poseen una carga elctrica y, por ende, un campomagntico asociado, poseen un polo norte y un polo sur.Tampoco parece que existan partculas subatmicas concretas que lleven solo polos norte o slopolos sur, aunque hay incontables partculas subatmicas que llevan slo cargas positivas o slocargas negativas. No parece existir algo, en otras palabras, como un monopolo magntico.Hacia 1870, cuando el fsico escocs James Clerk Maxwell elabor por primera vez las relacionesmatemticas que describan el campo electromagntico como un fenmeno unificado, present elmundo con cuatro concisas ecuaciones que parecan totalmente suficientes para el propsito para elque haban sido ideadas. En caso de haber existido monopolos magnticos, las cuatro ecuacioneshubieran sido bellamente simtricas, con lo que electricidad y magnetismo habran representado unaespecie de imagen de espejo uno del otro. Sin embargo, Maxwell dio por supuesto que los polosmagnticos siempre existan por parejas mientras que las cargas elctricas no, y esto, forzosamente,introduca una asimetra.A los cientficos les disgustan las asimetras, puesto que ofenden el sentido esttico e interfieren en lasimplicidad (el desidertum de la ciencia perfecta), as que ha existido siempre una constantesensacin de que el monopolo debera existir; de que su no existencia representa un defecto en eldiseo csmico.Despus de que fuese descubierto el electrn, se lleg a saber finalmente que la carga elctrica estcuantificada; es decir, que todas las cargas elctricas son mltiplos exactos de algn valorfundamental ms pequeo.As, todos los electrones poseen una idntica carga negativa y todos los protones una carga positivaidntica, y las dos clases de carga son exactamente iguales la una a la otra en tamao. Todos losotros objetos con carga conocidos tienen una carga elctrica que es exactamente igual a la del

electrn, o a la del protn, o es un mltiplo exacto de una u otra.Se cree que los quarks tienen cargas iguales a 1/3 y 2/3 de la del electrn o protn, pero los quarksno han sido nunca aislados; e incluso aunque lo fuesen, esto meramente representara que el valorfundamental ms pequeo es un tercio de lo que se crea que era. El principio de la cuantificacinpermanecera.Por qu la carga elctrica debe cuantificarse? Por qu no podra existir en un valor desigual,exactamente como lo hace la masa? A fin de cuentas, la masa de un protn es un mltiplo ente-ramente desigual de la masa de un electrn. Por qu no habra de ocurrir lo mismo con la carga?En 1931, el fsico ingls Paul A. M. Dirac plante la cuestin de una forma matemtica, y lleg a ladecisin de que esta cuantificacin de la carga seria una necesidad lgica si existiesen los monopolosmagnticos. En realidad, aun cuando hubiese slo un monopolo en algn lugar del Universo, lacuantificacin de la carga seria una necesidad.Resulta tentador argumentar a la inversa, naturalmente: pues que la carga elctrica est cuantificada,los monopolos magnticos deben existir en algn lugar. Pareca acertado buscarlos.

Pero dnde y cmo pueden encontrarse, si es que existen? Los fsicos no lo saban y, lo que erapeor, no estaban seguros de cules podran ser las propiedades de esos monopolos. Parece naturalsuponer que eran partculas con bastante masa, porque no serlo no seran muy comunes y nopodran producirse con facilidad en el laboratorio; y esto explicara el por qu nadie haba tropezadocon ellos de manera accidental.No existi ninguna gua terica hasta los aos setenta, cuando haba gente elaborando algunasgrandes teoras unificadas con propsito de combinar las interacciones dbiles, fuertes yelectromagnticas, todo ello bajo una simple serie de ecuaciones (vase Contando los eones, delmismo autor.)En 1974, un fsico neerlands, Gerardt Hooft, y un fsico sovitico, Alexandr Poliakov, mostraron, deforma independiente que de las grandes teoras unificadas poda deducirse que monopolosmagnticos deban existir, y que no tienen meramente mucha masa, sino que son unos monstruos.Aunque un monopolo sera an ms pequeo que un protn, envuelta en su pequeez podra haberuna masa de entre diez trillones y diez cuatrillones de veces la del protn. Si se encontrase en el

extremo superior de este mbito, un monopolo tendra un equivalente en energa de10.000.000.000.000.000.000.000.000.000 electrn-voltios (1028eV).Y qu cantidad sera eso en masa? Al parecer, un monopolo magntico podra tener una masa dehasta 1,8 x 10-9gramos. Esto equivale a la masa de 20 espermatozoides humanos, todos metidos enuna sola partcula subatmica.Cmo pueden formarse estos monstruos subatmicos? No existe modo alguno de que los sereshumanos puedan encerrar tanta energa en un volumen subatmico de espacio, ni en actualidad ni enun futuro previsible. En realidad, no existe ningn proceso natural que tenga lugar en alguna parte delUniverso ahora (por lo que sabemos) que pudiera crear una partcula con una masa tan monstruosa.La nica posibilidad es volver al Big Bang, o gran explosin inicial, cuando las temperaturas eranincreblemente elevadas y las energas estaban increblemente concentradas (vase tambin el librocitado de Contando los eones). Se calcula que los monopolos debieron formarse slo 10-34segundos


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despus del Big Bang. Despus, el Universo habra sido demasiado fro y demasiado grande paraeste propsito.Probablemente, se formaron los monopolos norte y sur, quizs en cantidades enormes.Probablemente, un gran nmero de ellos se aniquilaron los unos a los otros, pero cierto nmero debide sobrevivir, simplemente porque, por pura casualidad, no llegaron a encontrar otros del tipoopuesto. Despus de que los monopolos sobrevivieran cierto tiempo, la firme expansin del Universohizo cada vez menos probable que se produjesen colisiones, y esto asegur su ulterior supervivencia.Por lo tanto, hoy existe cierto nmero de ellos flotando en torno del Universo.Cuntos? No demasiados, pues por encima de cierto nmero el efecto gravitatorio de esasmonstruosas partculas hubiera asegurado que el Universo, antes de ahora, alcanzase un tamaomximo y se derrumbase de nuevo por su propio impulso gravitatorio. En otras palabras, podemoscalcular una densidad mxima de monopolos en el Universo simplemente reconociendo el hecho deque nosotros mismos existimos.Sin embargo, aunque en escaso nmero, un monopolo debera, de vez en cuando, moverse en lasproximidades de un aparato de grabacin. Cmo podra detectarse?En un principio, los cientficos, suponan que los monopolos se movan a casi la velocidad de la luz,como lo hacen las partculas de rayos csmicos; y como las partculas de rayos csmicos, losmonopolos deberan estrellarse contra otras partculas en su camino y producir una lluvia de radiacinsecundaria que se podra detectar con facilidad, y a partir de la cual el mismo monopolo se podraidentificar.Ahora que se cree que el monopolo es de una masa monstruosa, las cosas han cambiado. Estosenormes monopolos no podran acumular suficiente energa para moverse muy rpidamente, y seestima que deben de viajar a una velocidad de un par de centenares de kilmetros por segundo; es

decir, menos de una milsima parte de la velocidad de la luz. A tan bajas velocidades, los monopolossimplemente se deslizaran al lado y a travs de la materia, sin dejar ninguna seal de la que hablar.Es posible que esto explique el que hasta aqu no se hubieran descubierto los monopolos.Bueno, entonces, qu debe hacerse?Un fsico de la Universidad de Stanford, Blas Cabrera, tuvo una idea. Un imn que impulse energa atravs de una bobina de cable enviar una oleada de corriente elctrica a travs de ese cable. (Estose conoce desde hace un siglo y medio.) Por qu no instalar una bobina as y esperar? Tal vezpasara un monopolo magntico a travs de la bobina y sealara su paso mediante una corrienteelctrica. Cabrera calcul las posibilidades de que esto sucediera basndose en la densidad ms altadel monopolo dado el hecho de que el Universo existe, y decidi que semejante eventualidad podaocurrir como promedio, cada seis meses.Por lo tanto, Cabrera instal una bobina de metal de niobio, y la mantuvo a una temperatura cercanaal cero absoluto. En esas condiciones, el niobio es superconductor y posee una resistencia cero anteuna corriente elctrica. Esto significa que si de alguna forma comienza a fluir por el mismo una

corriente, esa corriente fluir de manera indefinida. Un monopolo que pase a travs de la bobina nodar lugar a una oleada instantnea de corriente, sino una corriente continua.Naturalmente, una corriente podra ser iniciada por cualquier viejo campo magntico que seencontrase cerca; el propio campo magntico de la Tierra, los que son establecidos por cualquiera delos mecanismos tcnicos que le rodean, incluso por pedazos de metal que se estn moviendo porquese encuentran en el bolsillo de alguien.Por tanto, Cabrera coloc el carrete dentro de un globo de plomo superconductor, el cual estabadentro de un segundo globo plomo superconductor. Los campos magnticos ordinarios notraspasaran el plomo superconductor, pero un monopolo magntico lo hara.Aguard durante cuatro meses y no sucedi nada. El nivel corriente, sealado en un rollo mvil depapel, permaneci durante todo ese tiempo cerca de cero. Esto en s era bueno. Demostraba quehaba excluido con xito los campos magnticos al azar.Luego, a la 1:53 de la tarde del 14 de febrero de 1982, se produjo un flujo repentino de electricidad, yen la cantidad exacta que cabra esperar si hubiese pasado a travs de all un monopolo magntico.

Cabrera comprob todas las posibles eventualidades que podan haber iniciado la corriente sin laayuda de un monopolo, y pudo encontrar nada. El monopolo pareca la nica alternativa posible.As pues, se ha detectado el esquivo monopolo? En este caso se trata de una notable proeza y deun fuerte apoyo a la gran teora unificada.Sin embargo, el problema es que no se repiti ese suceso nico, y resulta difcil basar algo en un solocaso.Asimismo, la estimacin de Cabrera del nmero de monopolos que estn flotando por ah se basabaen el hecho de que el Universo se encuentra an en expansin. Algunas personas creen que existeuna restriccin ms fuerte derivada de la posibilidad de que esos monopolos que flotan por la galaxiaborren el campo magntico galctico general. Puesto que el campo magntico galctico an existe(aunque sea muy dbil), esto podra establecer un valor mximo de la densidad del monopolo anmucho ms bajo, tan bajo tal vez como 1/10.000 de la cifra de Cabrera.


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Si eso fuese as, cabra esperar que pasase un monopolo a travs de su carrete una vez cada 5.000aos como promedio. Y en este caso que hubiese pasado uno despus de esperar slo cuatro meseses pedir una suerte excesiva, y se hace difcil creer que se tratase de un monopolo.Slo se puede hacer una cosa, y los fsicos lo estn haciendo. Continan sus investigaciones.Cabrera est construyendo una versin mayor y mejor de su mecanismo, lo cual incrementar encincuenta veces sus posibilidades de hallar un monopolo. Otros fsicos estn ideando otras formas deabordar su descubrimiento.En los prximos aos, la bsqueda del monopolo aumentar enormemente en intensidad, porque haymucho en juego. Su descubrimiento definitivo nos proporcionar una indicacin de las propiedadesdel monstruo subatmico y de sus nmeros. Y a partir de ello, podemos aprender cosas acerca delprincipio del Universo, por no hablar de su presente y de su futuro, algo que, en caso contrario, tal vezjams averiguaramos.Y, naturalmente, hay un Premio Nobel que est esperando a alguien.


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II. E PLURIBUS UNUM

Mi querida esposa, Janet, es una autntica escritora, que ya haba vendido bastante antes deconocerme. En la actualidad, ha publicado dos novelas (The Second Experiment y The Last Immor-tal), bajo su nombre de soltera, J. O. Jeppson, y ha colaborado conmigo en la antologa de ciencia-ficcin humorstica (incluyendo versos y chistes) titulada Laughing Space. Los tres libros han sidopublicados por Houghton Miffin. Adems, Doubleday ha publicado un libro de sus relatos cortos.Y lo que es mejor an, ha publicado un alegre libro de ciencia-ficcin juvenil que lleva el ttulo deNorby, the Mixed-up Robot (Walker, 1983), en colaboracin conmigo, y la autora incluso reconocenuestro matrimonio. El nombre de los autores es el de Janet e lsaac Asimov. Es el primero de unaserie, y el segundo, Norby's Other Secret, se edit en 1984. Es agradable vernos unidos as, en letrasde molde.En realidad, la unificacin es muy agradable en numerosos campos. Los norteamericanos estn sinduda contentos de que trece Estados independientes decidieran unirse en un solo Gobierno federal.Esto es lo que ha hecho de E pluribus unum (en latn, De muchos, uno) una frase tan asociada conlos Estados Unidos. Y a los cientficos les gusta tambin la unidad, y les complace mostrar quesucesos que pueden parecer totalmente distintos son, en realidad, aspectos diferentes de un solofenmeno.Empecemos con la accin a distancia.Normalmente, si se quiere conseguir alguna accin como impartir movimiento a un objeto que est enreposo, debe establecerse un contacto fsico con el mismo, directa o indirectamente. Se le puedegolpear con la mano o con el pie, o con un palo o una maza que se sostenga. Se puede sujetarlo enla mano mientras uno hace que la mano se mueva, y luego soltarlo. Se puede arrojar un objeto deesta manera y hacerlo chocar contra un segundo objeto, al que de este modo imparte movimiento. Enrealidad, es posible mover un objeto y lograr que ese movimiento se transmita, poco a poco, anumerosos objetos (como al caer una hilera de fichas de domin). Se puede tambin soplar,consiguiendo que el aire se mueva y, gracias a su impacto, que se desplace otra cosa.Sin embargo, podra conseguirse que un objeto distante se moviera sin tocarlo, y sin permitir quealgo que usted haya tocado previamente lo toque? En ese caso, tendramos una accin a distancia.Por ejemplo, supongamos que usted sostiene una bola de billar a la altura de los ojos sobre el suelo.Usted la sujeta bien para que est perfectamente inmvil y luego, de repente, la suelta. Usted la haestado tocando, ciertamente, pero al soltarla ha dejado de tocarla. Slo despus de dejar de tocarlacae al suelo. Ha sido movida sin que hubiera ningn contacto fsico.La Tierra atrae la bola, y a esto le llamamos gravitacin. La gravitacin parece ser un ejemplo deaccin a distancia.O pensemos en la Luz. Si sale el Sol, o se enciende una lmpara, una habitacin queda iluminada alinstante. El sol o la lmpara originan la iluminacin sin que nada material parezca intervenir en elproceso. Y esto tambin parece una accin a distancia. Digamos de paso que la sensacin de calorque producen el Sol o la lmpara puede sentirse a cierta distancia. Y ste es otro ejemplo.Tambin se cree que hacia el ao 600 a. de C., el f ilsofo griego Tales (624-546a. de C.) estudi, porprimera vez, una piedra negra que posea la capacidad de atraer objetos de hierro a distancia. Dadoque la piedra en cuestin proceda de los alrededores de la ciudad griega de Magnesia, en la costade Asia Menor, Tales la llam ho magnetes lithos (la piedra magnsica) y el efecto se ha llamadodesde entonces magnetismo.

Tales descubri asimismo que si se frota una varilla de mbar, sta puede atraer objetos ligeros adistancia. La varilla de mbar atrae objetos que no se ven afectados por un imn, por lo queconstituye un fenmeno diferente. Dado que la voz griega para mbar es elektron, el efecto ha sidodenominado desde entonces electricidad. El magnetismo y la electricidad parecen representar,tambin, acciones a distancia.Finalmente, tenemos el sonido y el olor. Si una campana suena a distancia, usted la oye aunque noexista contacto fsico entre la campana y usted. O coloque un bist encima de una llama y lo oler adistancia.Tenemos, pues, siete de estos fenmenos: gravitacin, luz, calor, magnetismo, electricidad, sonido yolor.En realidad, los cientficos se sienten incmodos con la nocin de accin a distancia. Existen tantosejemplos de efectos que slo pueden producirse con alguna clase de contacto, que los pocos


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ejemplos que parecen omitir el contacto suenan a falsos. Tal vez haya contacto, pero de una formatan sutil que no lo notamos.El olor es el fenmeno de este tipo ms fcil de explicar. El filete encima del fuego chisporrotea yhumea. Resulta obvio que se sueltan pequeas partculas y f lotan en el aire. Cuando alcanzan lanariz de alguien, entran en accin con sus membranas y son interpretadas como olor. Con el tiempo,esto se vio confirmado por entero. El olor es un fenmeno que implica contacto, y no es una accin adistancia.En cuanto al sonido, el filsofo griego Aristteles (384-322 a. de C.), hacia el ao 350 a. de C., trashaber observado que los objetos que emitan sonidos vibraban, sugiri que las vibraciones golpean elaire que est inmediatamente a su alrededor y lo hacen vibrar; este aire hace vibrar el aire que lerodea y as sucesivamente, como una serie de invisibles fichas de domin. Al final, la vibracin pro-gresiva alcanza el odo y lo hace vibrar, y as omos el sonido.En esto, como en realidad sucedi, Aristteles estaba perfectamente en lo cierto: pero cmo podaprobarse su sugerencia? Si el sonido es conducido por el aire, no debera transmitirse en el caso deque no hubiera ya aire. Si una campana suena en el vaco, no debera emitir ningn sonido. Elproblema era que ni Aristteles ni nadie ms de su tiempo, ni durante casi dos mil aos despus,pudo producir el vaco y probar el asunto.En 1644, el fsico italiano Evangelista Torricelli (1608-47) puso un largo tubo lleno de mercurio enposicin vertical en un plato con mercurio, y vio que se derramaba un poco del mismo. El peso de laatmsfera de la Tierra slo sostena 76 cm de mercurio. Cuando el mercurio se derram, dej detrs,entre el nivel sumergido y el extremo cerrado del tubo, un espacio que no contena nada, ni siquieraaire; por lo menos, nada excepto algunas pequeas trazas de vapor de mercurio. De esta forma, losseres humanos consiguieron el primer vaco decente, pero se trataba de uno muy pequeo, cerrado y

no demasiado til para la experimentacin.Unos aos ms tarde, en 1650, el fsico Otto von Guericke (1602-86) invent un artilugio mecnicoque, poco a poco, succionaba al exterior el aire de un contenedor. Esto le permiti conseguir un vacoa voluntad. Por primera vez, los fsicos fueron capaces de experimentar con vacos.En 1657, el fsico irlands Robert Boyle (1627-91) oy hablar de la bomba de aire de Guericke, yconsigui que su ayudante, Robert Hooke (1635-1703), ideara una mejor. En poco tiempo demostrque una campana que se haca sonar dentro de un contenedor de cristal en el que se haba hecho elvaco, no emita ningn sonido. En cuanto se permita que el aire entrara en el recipiente, la campanasonaba. Aristteles tena razn, y el sonido, al igual que el olor, no representaba una accin adistancia.(No obstante, tres siglos y cuarto despus, los que hacen pelculas an permiten a las navesespaciales avanzar a travs del espacio con un zumbido y estallar con estrpito. Supongo que, o bienlos que hacen pelculas son ignorantes, o, ms probablemente, dan por supuesto que el pblico lo esy creen que tienen un derecho divino para proteger y preservar esa ignorancia.)

La cuestin es, por lo tanto qu fenmenos se harn sentir por s mismos a travs de un vaco. Elhecho de que la presin del aire slo sostenga una columna de mercurio de 76 cm de altura significaque el aire nicamente puede extenderse unos cuantos kilmetros por encima de la superficie de laTierra. A partir de una altura de unos 16 kilmetros, slo quedan unas relativamente delgadas volutasde aire. Esto significa que el espacio de 150.000.000 de kilmetros que hay entre el Sol y la Tierra noes virtualmente, ms que, vaco, y sin embargo sentimos el calor del Sol y vemos su luz, mientras quela Tierra responde a la atraccin gravitatoria del Sol dando vueltas indefinidamente a su alrededor. Ylo que es ms, result tan fcil demostrar que un imn o un objeto electrificado ejerca sus efectos atravs de un vaco como el demostrar que una campana que sonaba no lo haca.Esto nos deja cinco fenmenos que representan accin a distancia: luz, calor, gravitacin,magnetismo y electricidad.No obstante, los cientficos, todava no estaban ansiosos por aceptar la accin a distancia. Elcientfico ingls Isaac Newton (1642-1727) sugiri que la luz consista en una pulverizacin departculas muy finas que se movan rgidamente en lneas rectas. La fuente luminosa emitira las

partculas y los ojos las absorberan, en medio, la luz podra ser reflejada por algo y los ojos veranese algo por la luz reflejada. Dado que las partculas tocaban el objeto y luego el ojo, no era unaaccin a distancia, sino una accin por contacto.Esta teora de las partculas de luz explicaba varias cosas, como el hecho de que los objetos opacosarrojen sombras bien definidas. Sin embargo, dejaba algunos interrogantes. Por qu, la luz quepasaba a travs de un prisma se descompona en un arco iris de colores? Por qu las partculas deluz roja se refractaban menos que las de la luz violeta? Haba explicaciones para ello pero no eran deltodo convincentes.En 1803, el cientfico ingls Thomas Young (1773-1829) llev a cabo unos experimentos quemostraban que la luz estaba formada por ondas (vase X representa lo desconocido, del mismoautor). Las ondas tenan longitudes muy diferentes; las de la luz roja eran el doble de largas que lasde la luz violeta, y la diferencia en la refraccin se explicaba con facilidad de este modo. La razn


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para las sombras bien definidas (las olas del mar y las ondas del sonido no las arrojan) radica en quelas longitudes de onda de la luz son muy pequeas. Incluso as, las sombras no estn en realidad,perfectamente definidas. Existe una pequea borrosidad (difraccin) y esto pudo demostrarse.Las ondas de la luz hicieron volver a los fsicos a la accin a distancia con una venganza. Se podaafirmar que las ondas viajaban a travs de un vaco..., pero cmo? Las ondas del agua se propagana travs del movimiento de las molculas del agua superficial en ngulos rectos respecto a ladireccin de propagacin (ondas transversales). Las ondas sonoras se propagan gracias almovimiento de las partculas de aire hacia detrs y hacia delante, en la direccin de propagacin(ondas longitudinales). Pero cuando las ondas de la luz viajan por el vaco, no existe material deninguna clase que se mueva hacia arriba y hacia abajo, hacia atrs o hacia delante. En ese caso,cmo tiene lugar la propagacin?La nica conclusin a la que pudieron llegar los cientficos fue que un vaco no poda no contenernada; que contena algo que suba y bajaba (se descubri que las ondas de la luz eran transversales,al igual que las ondas del agua). Por lo tanto, postularon la existencia del ter, una palabra pedidaprestada a Aristteles. Se trataba de una sustancia tan fina y sutil que no se poda detectar con lostoscos mtodos de la ciencia, slo poda inferirse del comportamiento de la luz. Permeabilizaba todoel espacio y la materia, reduciendo lo que pareca accin a distancia a una accin por contacto: porcontacto etreo.(Finalmente se descubri que el ter era un concepto innecesario, pero sta es otra historia. Porcuestin de comodidad, hablar provisionalmente de los diversos efectos que se dejan sentir a travsde un vaco como fenmenos etreos.)

Existen, pues, los cinco fenmenos etreos que he mencionado anteriormente, pero, no podra

haber ms que llegasen a descubrirse, como la electricidad y el magnetismo haban sido descubiertospor Tales? O, a la inversa, no podran ser menos? Podran existir fenmenos etreos que, aunpareciendo realmente distintos, demostrasen ser idnticos al contemplarlos de una forma msfundamental?Por ejemplo, en 1800 el astrnomo germanobritnico William Herschel (1738-1822) descubri laradiacin infrarroja: la radiacin ms all del extremo rojo del espectro. Los infrarrojos afectaban tanfuertemente a un termmetro que, al principio, Herschel pens que esa regin invisible del espectroconsista en rayos de calor.Sin embargo, no pas mucho antes de que la teora de las ondas de la luz quedase establecida, y secomprendi que exista una extensin de la longitud de onda mucho ms amplia que la que el ojohumano estaba equipado para percibir.Asimismo comenz a comprenderse mejor el calor. Poda transmitirse por conduccin a travs de lamateria slida, o por conveccin en corrientes de lquido o gas en movimiento. Esto es una accin pormedio de tomos o molculas en contacto. Cuando el calor se deja sentir a travs de un vaco, no

obstante, con lo cual constituye un fenmeno etreo, lo hace por la radiacin de ondas de luz,particularmente en el infrarrojo. Estas radiaciones no son en s mismas calor pero son nicamentepercibidas como tales cuando son absorbidas por la materia, y la energa as absorbida hace que lostomos y molculas de esa materia se muevan o vibren con mayor rapidez.Por lo tanto, podemos ampliar el concepto de luz para que signifique todo el espectro de ondasparecidas a la luz, puedan o no ser percibidas por el ojo, y de este modo cabe incluir tambin el caloren su aspecto de radiaciones. La l ista de los fenmenos etreos se reduce, pues, a cuatro: luz,gravitacin, magnetismo y electricidad.Existe alguna posibilidad de reducir an ms esta lista? Todos los fenmenos etreos son similaresen que cada uno de el los tiene su origen en alguna fuente e irradia hacia delante en todas direccionespor igual. Adems, la intensidad del fenmeno disminuye, en cada caso, con el cuadrado de ladistancia desde el origen.Si uno se encuentra a una distancia dada de una fuente de luz y mide su intensidad (la cantidad deluz que alcanza una unidad de rea), y luego se separa hasta que la distancia es de 2,512 veces la

distancia original, la nueva intensidad es 1/ 2,522, o 1/ 6,31 de lo que era la distancia original. Estaregla de la inversa del cuadrado puede tambin demostrar ser cierta en la intensidad de la gra-vitacin, la electricidad y el magnetismo.Pero esto tal vez no sea tan significativo como parece. Podramos visualizar cada uno de estosfenmenos como una radiacin movindose hacia delante con cierta velocidad fija en todos lasdirecciones por igual. Despus de cualquier lapso de tiempo concreto, el borde delantero de la ola enexpansin ocupa todos los puntos en el espacio que estn a una distancia concreta de la fuente. Sise conectan todos esos puntos, se hallar que se ha sealado la superficie de una esfera. Lasuperficie de una esfera aumenta con el cuadrado de su radio, es decir, con el cuadrado de su distan-cia desde el punto central. Si una cantidad fija de luz (o cualquier fenmeno etreo) se esparce por lasuperficie de una esfera en expansin, entonces cada vez que la superficie duplique el rea, lacantidad de luz disponible por unidad de rea en esa superficie se reducir a la mitad. Puesto que el


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rea superficial aumenta con el cuadrado de la distancia desde la fuente, la intensidad de luz (ocualquier fenmeno etreo) disminuye con el cuadrado de la distancia desde la fuente.Esto significa que los diversos fenmenos pueden ser, bsicamente, diferentes en propiedades y, sinembargo, parecerse unos a otros al seguir la ley de la inversa del cuadrado. Pero son los diversosfenmenos etreos bsicamente diferentes?Ciertamente as lo parecen. Gravitacin, electricidad y magnetismo, todos se hacen evidentes comouna atraccin. Esto los diferencia a los tres de la luz, que no parece estar relacionada con laatraccin.En el caso de la gravitacin, la atraccin es el nico efecto que puede observarse. Sin embargo, en laelectricidad y el magnetismo existe una repulsin al igual que una atraccin. Las cargas elctricas serepelen mutuamente, y lo mismo sucede con los polos magnticos. No obstante, electricidad ymagnetismo no son tampoco idnticos, dado que el primero parece capaz de atraer toda clase demateria, mientras que la atraccin magntica parece, en gran medida, limitarse slo al hierro.As, en los aos 1780, el fsico francs Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), que ya habamostrado que tanto electricidad como magnetismo seguan la ley de la inversa del cuadrado,argument de forma convincente que ambos podran ser similares en esto, pero que eranfundamentalmente diferentes en lo esencial. Esto se convirti en la opinin ortodoxa.

Pero incluso mientras Coulomb estaba planteando su ortodoxia, se estaba produciendo unarevolucin en el estudio de la electricidad.Hasta entonces se haba estado estudiando la electrosttica, la carga elctrica ms o menosinmvil en el cristal, el azufre, el mbar y en otros materiales que hoy se conocen como no conduc-tores. Se observaron efectos caractersticos cuando el contenido elctrico de tales objetos se

descargaba y se haca pasar toda la carga o a travs de una brecha de aire, por ejemplo, paraproducir una chispa y un crujido, o en un cuerpo humano para producir un choque elctrico muchoms desagradable.En 1791, el fsico italiano Luigi Galvani (1737-98) descubri que los efectos elctricos podanproducirse cuando dos metales diferentes entraban en contacto. En 1800 este asunto fue llevado msall por el fsico italiano Alessandro Volta (1745-1827), que utiliz una serie (o batera) decontactos de dos metales para producir un flujo continuo de electricidad. En un abrir y cerrar de ojos,todos los fsicos de Europa se pusieron a estudiar electrodinmica.Sin embargo, este descubrimiento hizo que la electricidad y el magnetismo parecieran ms diferentesque nunca. Era fcil producir una corriente de cargas elctricas mviles, pero ningn fenmenoanlogo se observaba con los polos magnticos.Un fsico dans, Hans Christian Oersted (1777-1851), vio las cosas de modo diferente. Adoptado elpunto de vista minoritario, mantuvo que exista una conexin entre electricidad y magnetismo. Unacorriente elctrica a travs de un cable desarrollaba calor; si el cable era delgado, incluso

desarrollaba luz. No poda ser argument Oersted en 1813, que si el cable fuese an msdelgado, la electricidad obligada a pasar a travs de l produjese efectos magnticos?Sin embargo, Oersted pasaba tanto tiempo enseando en la Universidad de Copenhague, que lequedaba muy poco para experimentar, y en todo caso tampoco estaba particularmente dotado para laexperimentacin.No obstante, en la primavera de 1820, se encontraba dando una conferencia sobre electricidad ymagnetismo ante un auditorio general, y haba un experimento que deseaba realizar pero que nohaba tenido tiempo de comprobar antes de la conferencia. Siguiendo un impulso, lo intent en eltranscurso de sta. Coloc un cable delgado de platino encima de una brjula magntica, hacindolocorrer paralelo a la direccin norte-sur de la aguja, y luego hizo fluir una corriente a travs del cable.Ante el asombro de Oersted (puesto que no se trataba precisamente del efecto que esperaba), laaguja de la brjula se movi cuando se conect la corriente. No fue una gran sacudida, y el pblico, alparecer, permaneci impasible, pero despus de la conferencia, Oersted volvi a experimentar.Descubri que, cuando se haca pasar corriente por el cable en una direccin, la aguja de la brjula

giraba en el sentido de las manecillas del reloj; cuando la corriente flua en la otra direccin, lo hacaen sentido contrario a las manecillas del reloj. El 21 de julio de 1820 public su descubrimiento, yluego dej correr el asunto. Pero ya haba hecho lo suficiente. Haba establecido alguna clase deconexin entre electricidad y magnetismo, y los fsicos se precipitaron a investigar ms el asunto, conuna avidez que no se volvi a ver hasta el descubrimiento de la fisin del uranio, ms de un siglodespus.Al cabo de pocos das, el fsico francs Dominique F. J. Arago (1786-1853) mostr que un cable quellevase una corriente elctrica atraa no slo agujas magnetizadas, sino tambin a las limaduras dehierro ordinarias no magnetizadas, igual que lo hara un autntico imn. Se trataba de un efectomagntico, absolutamente indistinguible del de los imanes corrientes, originado en la corrienteelctrica.Antes de que acabase el ao, otro fsico francs, Andr Marie Ampere (1775-1836), mostr que dos


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cables paralelos que estuviesen unidos a dos bateras separadas, de tal modo que la corrientefluyese a travs de cada una en la misma direccin, se atraan mutuamente. Si la corriente flua endirecciones opuestas, se repelan uno a otro. En otras palabras, las corrientes podan actuar comopolos magnticos.Ampere enroll un hilo en forma de solenoide, o hlice (como un muelle de colchn) y descubri quela corriente al fluir en la misma direccin en cada vuelta, produca un refuerzo. El efecto magnticoera ms fuerte que si se hubiese producido en un hilo recto, y el solenoide actuaba exactamente igualque un imn de barra, con un polo norte y un polo sur.En 1823, un experimentador ingls, William Sturgeon (1783-1850), coloc dieciocho vueltas de cobresimple en torno de una barra de hierro en forma de U, sin permitir que, en realidad, el hierro tocase labarra. Esto concentraba el efecto magntico an ms, hasta el punto que consigui un electroimn.Con la corriente dada, el electroimn de Sturgeon poda alzar veinte veces su propio peso en hierro.Con la corriente desconectada, ya no era un imn y no poda levantar nada.En 1829, el fsico estadounidense Joseph Henry (1797-1878) emple cable aislado y enrollinnumerables vueltas en torno de una barra de hierro para producir un electroimn an ms potente.Hacia 1831, haba conseguido un electroimn de no gran tamao que poda levantar ms de unatonelada de hierro.Entonces se plante la pregunta: dado que la electricidad produce magnetismo, puede elmagnetismo producir tambin electricidad?El cientfico ingls Michael Faraday (1791-1867) demostr que la respuesta era afirmativa. En 1831coloc un imn de barra dentro de un solenoide de cable en el que no haba conectada ningunabatera. Cuando meti el imn, se produjo una descarga de corriente elctrica en una direccin (estose observ con facilidad con un galvanmetro, que haba sido inventado en 1820 empleando el

descubrimiento de Oersted de que una corriente elctrica hara mover una aguja magnetizada).Cuando retir el imn, se produjo una descarga de electricidad en la direccin opuesta.Entonces Faraday sigui con la construccin de un mecanismo en el que se haca girarcontinuamente un disco de cobre entre los polos de un imn. Se estableci as una corriente continuaen el cobre, y sta poda extraerse. Esto constituy el primer generador elctrico. Henry invirti lascosas haciendo que una corriente elctrica hiciese girar una rueda, y esto fue el primer motorelctrico.Faraday y Henry, conjuntamente, iniciaron la era de la electricidad, y todo ello deriv de laobservacin inicial de Oersted.Era ahora cierto que la electricidad y el magnetismo constituan fenmenos ntimamente relacionados,que la electricidad produca magnetismo y viceversa. El interrogante era s podan existir tambin porseparado; si haba condiciones en las que la electricidad no produjese magnetismo, y viceversa.En 1864, el matemtico escocs James Clerk Maxwell imagin una serie de cuatro ecuacionesrelativamente simples, que ya hemos mencionado en el captulo 1. Describan la naturaleza de las

interrelaciones de la electricidad y el magnetismo. Se hizo evidente pronto que las ecuaciones deMaxwell se cumplan en todas las condiciones y que explicaban la conducta electromagntica. Inclusola revolucin de la relatividad introducida por Albert Einstein (1879-1955) en las primeras dcadas delsiglo XX, una revolucin que modific las leyes de Newton del movimiento y de la gravitacinuniversal, dej intactas las ecuaciones de Maxwell.Si las ecuaciones de Maxwell eran vlidas ni los efectos elctricos ni los magnticos podan existiraislados. Los dos estaban siempre presentes juntos, y slo exista electromagnetismo, en el que loscomponentes elctricos y magnticos eran dirigidos en ngulos rectos uno a otro.Adems, al considerar las implicaciones de sus ecuaciones, Maxwell descubri que un campoelctrico cambiante tena que inducir un campo magntico cambiante, que, a su vez, tena que inducirun campo elctrico cambiante, y as sucesivamente. Por as decirlo, ambos saltaban por encima, porlo que el campo progresaba hacia afuera en todas direcciones en forma de una onda transversal quese mova a una velocidad de 300.000 kilmetros por segundo. Esto era la radiacin electromagnti-ca. Pero la luz es una onda transversal que se mueve a una velocidad de 300.000 kilmetros por

segundo, y la conclusin irresistible fue que la luz en todas las longitudes de onda, desde los rayosgamma hasta las ondas radio, era una radiacin electromagntica. El conjunto formaba un espectroelectromagntico.Luz, electricidad y magnetismo se mezclaban en un solo fenmeno descrito por una sola serie derelaciones matemticas: e pluribus unum.Ahora slo quedaban dos formas de accin a distancia:gravitacin y electromagnetismo. Al desaparecer el concepto del ter, hablamos de campos; de uncampo gravitatorio y de un campo electromagntico, consistiendo cada uno de ellos en unafuente y una radiacin que se expande indefinidamente desde esta fuente, movindose hacia afueraa la velocidad de la luz.

Habiendo reducido los cinco a dos, no deberamos buscar alguna serie de relaciones matemticasan ms general que se refiera a un solo campo electromagnetogravitatorio, con la gravitacin y el


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electromagnetismo meramente como dos aspectos del mismo fenmeno?Einstein trat durante treinta aos de elaborar semejante teora del campo unificado, y fracas.Mientras lo intentaba, se descubrieron dos nuevos campos, disminuyendo cada uno en intensidadcon la distancia con tanta rapidez, que mostraban su efecto slo a distancias comparables al dimetrode un ncleo atmico o menos (de ah que se descubrieran tan tarde). Se trata del campo nuclearfuerte y del campo nuclear dbilEn los aos 1870 el fsico estadounidense Steven Weinberg (n. 1933) y el fsico paquistanobritnicoAbdus Salam (n. 1926), independientemente elaboraron un tratamiento matemtico que mostrabaque los campos elecromagntico y nuclear dbil eran aspectos diferentes de un nico campo, yprobablemente puede lograrse tambin que este nuevo tratamiento incluya el campo nuclear fuerte.Sin embargo, hasta hoy la gravitacin sigue estando tozudamente fuera de la puerta, tan recalcitrantecomo siempre.As pues, lo que cuenta es que ahora existen dos grandes descripciones del mundo: la teora de larelatividad, que trata de la gravedad y el macrocosmos, y la teora cuntica, que trata del campoelectromagntico dbil fuerte y el microcosmos.An no se ha encontrado la manera de combinar los dos, es decir ninguna manera de cuantificar lagravitacin. No creo que exista ningn modo ms seguro de conseguir un premio Nobel dentro de unao que el de realizar esta tarea.


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III. LAS DOS MASAS

Vi a Albert Einstein en una ocasin.Fue el 10 de abril de 1935. Yo regresaba de una entrevista en el Columbia College, una entrevista dela que dependa mi permiso para entrar en el mismo. (Result desastrosa, puesto que yo era unmuchacho de quince aos totalmente inexpresivo, y no entr.)Me detuve en un museo para recuperarme, puesto que no me haca ilusiones en cuanto a misposibilidades despus de aquella entrevista, y me encontraba tan confuso y alterado que nunca hesido capaz de recordar de qu museo se trataba. Pero al pasear en un estado semiconsciente porsus salas, vi a Albert Einstein, y no estaba tan sordo y ciego al mundo que me rodeaba para noreconocerle al instante.A partir de ese momento, durante media hora, le segu con paciencia de una sala a otra, sin mirarnada ms, simplemente contemplndole. No estaba solo, puesto que haba otros que hacan lomismo. Nadie pronunciaba una palabra, nadie se le acerc para pedirle un autgrafo o con cualquierotro propsito; todos, simplemente, se limitaban a mirarle. De todos modos Einstein tampoco prestabala menor atencin; supongo que estaba acostumbrado a ello.A fin de cuentas, ningn otro cientfico, excepto Isaac Newton, fue tan reverenciado en vida, inclusopor otros grandes cientficos y tambin por los profanos y por los adolescentes. Y no se trata slo deque sus logros fuesen enormes, sino que son, en ciertos aspectos, casi demasiado refinados paradescribirlos, especialmente en relacin con lo que se considera en general como su descubrimientoms importante: la relatividad general.Sin duda es tambin algo demasiado sutil para m, puesto que slo soy bioqumico (en cierto modo) yno un fsico terico, pero en el papel que he asumido de entrometido que lo sabe todo, supongo que,de todos modos, debo intentarlo.

En 1905, Einstein haba formulado su teora especial de la relatividad (o relatividad especial, paraabreviar), que es la parte ms familiar de su trabajo. La relatividad especial comienza suponiendo quela velocidad de la luz en un vaco se medir siempre con el mismo valor constante, sin tener encuenta la velocidad de la fuente de luz respecto del observador.A partir de aqu, una lnea ineludible de deducciones nos dice que la velocidad de la luz representa lavelocidad lmite de cualquier cosa de nuestro Universo; es decir, que si observamos un objeto enmovimiento, descubriremos que su longitud en la direccin del movimiento y el ndice de paso deltiempo por l se ve disminuido y su masa aumentada, en comparacin con lo que sera si el objetoestuviese en reposo. Estas propiedades varan con la velocidad de una manera fija tal, que a lavelocidad de la luz, la longitud y el t iempo podran medirse como cero mientras la masa se harainfinita. Adems, la relatividad especial nos dice que energa y masa estn relacionadas, segn laactualmente famosa ecuacin e = mc2.Sin embargo, supongamos que la velocidad de la luz en un vaco no es inmutable en todas lascondiciones. En ese caso, ninguna de las deducciones es vlida. Cmo, pues, podemos decidiracerca de este asunto de la constancia de la velocidad de la luz?En realidad, el experimento de Michelson-Morley(vase The Light That Failed, enAdding adimension, Doubleday, 1964) indic que la velocidad de la luz no cambiaba con el movimiento de laTierra, es decir, que era la misma tanto si la luz se mova en la direccin de las vueltas de la Tierra entomo del Sol, o en ngulos rectos respecto del mismo. Se podra extrapolar el principio general a

partir de esto, pero el experimento de Michelson-Morley es susceptible de otras interpretaciones.(Llegando hasta un extremo, podra indicar que la Tierra no se mova, y que Coprnico estabaequivocado.)En cualquier caso, Einstein insisti ms tarde en que no haba tenido noticia del experimento deMichelson-Morley en la poca en que concibi la relatividad especial, y que le pareca que lavelocidad de la luz deba ser constante porque se encontraba envuelto en contradicciones si no eraas.En realidad, la mejor manera de comprobar el supuesto de Einstein seria comprobar si lasdeducciones de tal presuncin se observan en el Universo real. Si es as, entonces nos vemos obli-gados a llegar a la conclusin de que el supuesto bsico debe ser cierto, porque entonces noconoceramos otra forma de explicar la verdad de las deducciones. (Las deducciones no proceden delanterior punto de vista newtoniano del Universo, ni de ningn otro punto de vista no einsteiniano, o no


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relativista.)Hubiera sido en extremo difcil comprobar la relatividad especial si el estado de los conocimientosfsicos hubiera sido el de 1895, diez aos antes de que Einstein formulase su teora. Losdesconcertantes cambios que predijo en el caso de la longitud, la masa y el tiempo con la velocidadslo son perceptibles a grandes velocidades, mucho ms que las que encontramos en la vida coti-diana. No obstante, por un golpe de suerte, el mundo de las partculas subatmicas se haba abiertoen la dcada previa a los enunciados de Einstein. Estas partculas se mueven a velocidades de15.000 kilmetros por segundo y ms, y a esas velocidades los efectos relativsticos son apreciables.Se demostr que las deducciones de la relatividad especial estaban todas all, todas ellas; no slocualitativamente sino tambin cuantitativamente. No slo un electrn ganaba masa si se aceleraba alos nueve dcimos de la velocidad de la luz, sino que la masa se multiplicaba 3 1/6 veces, tal y comohaba predicho la teora.La relatividad especial ha sido verificada un increble nmero de veces en las ltimas ocho dcadas, yha pasado todas las pruebas. Los grandes aceleradores de partculas construidos desde la SegundaGuerra Mundial no funcionaran si no tuviesen en cuenta los efectos de la relatividad, exactamentedel modo requerido por las ecuaciones de Einstein. Sin la ecuacin e= mc2, no existe explicacin paralos efectos energticos de las interacciones subatmicas, el funcionamiento de las centrales deenerga nuclear, el brillo del Sol. Por consiguiente, ningn fsico que se halle mnimamente cuerdoduda de la validez de la relatividad especial.Esto no quiere decir que la relatividad especial represente necesariamente la verdad definitiva. Esmuy posible que algn da pueda proponerse una teora ms amplia para explicar todo lo que larelatividad especial hace, y ms incluso. Por otra parte, no ha surgido hasta ahora nada que parezcarequerir tal explicacin excepto la llamada aparente separacin de los componentes del quasar a ms

de la velocidad de la luz, y la apuesta es que probablemente se trata de una ilusin ptica que puedeexplicarse dentro de los lmites de la relatividad especial.Pero aunque esta teora ms amplia se desarrollara, debera llegar hasta la relatividad especial dentrode los limites de la experimentacin actual, igual que la relatividad especial llega hasta las leyes delmovimiento ordinarias de Newton, si uno se atiene a las bajas velocidades que empleamos en la vidacotidiana.Por qu es especial esa relatividad a la que tildamos de "especial"? Porque trata del caso especialdel movimiento constante. La relatividad especial nos dice cuanto se necesita saber si se est tra-tando con un objeto que se mueve a velocidad constante y en una direccin fija con respecto a unomismo.Pero qu ocurre si la velocidad o la direccin de un objeto (o ambas cosas) cambia con respecto auno? En ese caso, la relatividad especial resulta insuficiente.Estrictamente hablando, el movimiento nunca es constante. Existen siempre fuerzas que introducencambios en la velocidad, la direccin, o ambas cosas, en el caso de cualquier objeto que se mueva.

Por consiguiente, podramos argumentar que la relatividad especial es siempre insuficiente.As es, pero esa insuficiencia puede ser lo bastante pequea para no hacerle caso. Las partculassubatmicas que se mueven a enormes velocidades en distancias cortas no tienen tiempo de ace-lerarse demasiado, y se puede aplicar la relatividad especial.Sin embargo, por lo general, en el Universo, que implica estrellas y planetas, la relatividad especial estotalmente insuficiente, puesto que all hay que tratar con grandes aceleraciones y stas soninvariablemente producidas por la existencia de vastos y omnipresentes campos gravitatorios.A nivel subatmico, la gravitacin es tan excesivamente dbil en comparacin con otras fuerzas, quepuede pasarse por alto. A nivel macroscpico de los objetos visibles, sin embargo, no puede pasarsepor alto; en realidad, se puede pasar por alto todo menos la gravitacin.Cerca de la superficie de la Tierra, un objeto que cae se acelera mientras un cuerpo que asciende vams despacio, y ambos constituyen ejemplos de aceleraciones causadas enteramente por el avancea travs del campo gravitatorio de la Tierra. La Luna viaja en una rbita alrededor de la Tierra, laTierra alrededor del Sol, el Sol en torno del centro galctico, la galaxia alrededor del centro del grupo

local, y as sucesivamente, y en cada caso el movimiento orbital incluye una aceleracin, puesto queexiste un cambio continuo en la direccin del movimiento. Estas aceleraciones tambin sonproducidas como respuesta a los campos gravitatorios.Por lo tanto, Einstein se dedic a aplicar sus nociones de relatividad al caso del movimiento engeneral, tanto acelerado como constante; en otras palabras, a todos los movimientos autnticos delUniverso. Cuando estuvo elaborado, esto constituy la teora general de la relatividad, o relatividadgeneral. Para hacerlo, ante todo y principalmente tuvo que considerar la gravitacin.

Existe un misterio acerca de la gravitacin que se remonta a Newton. Segn la formulacinmatemtica de Newton de las leyes que gobiernan la forma en que los objetos se mueven, la fuerzade la atraccin gravitatoria depende de la masa. La atraccin de la Tierra sobre un objeto con unamasa de 2 kilogramos es, exactamente, el doble de intensa que sobre un objeto que tenga una masa


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de slo 1 kilogramo. Adems, si la Tierra doblase su propia masa, lo atraera todo con una fuerzaexactamente doble a como lo hace ahora. Por tanto, podemos medir la masa de la Tierra midiendo laintensidad de su atraccin gravitatoria sobre un objeto dado; o bien podemos medir la masa de unobjeto midiendo la fuerza ejercida sobre l por la Tierra.Una masa determinada as es una masa gravitatoria.No obstante, Newton tambin elabor las leyes del movimiento y aleg que cualquier fuerza ejercidasobre un objeto hace que dicho objeto sufra una aceleracin. La cantidad de aceleracin esinversamente proporcional a la masa del objeto. En otras palabras, si se ejerce la misma fuerza sobredos objetos, uno con una masa de 2 kilogramos y el otro con una de 1 kilogramo, el objeto de 2kilogramos se acelerar exactamente la mitad que el objeto de 1 kilogramo.La resistencia a la aceleracin se denomina inercia, y podemos afirmar que cuanto mayor sea lamasa del objeto, mayor ser su inercia; es decir, menos se acelerar bajo el impulso de una fuerzadada. Por lo tanto, podemos medir la masa de un objeto midiendo su inercia; es decir, midiendo laaceleracin producida sobre el mismo por una fuerza dada.Una masa determinada as es una masa inerte.Todas las masas que se han determinado han sido medidas o bien a travs de los efectosgravitatorios, o bien por los efectos de la inercia. Cada una de estas formas se toma como vlida y seconsideran intercambiables, aunque las dos masas no tengan una relacin aparente.A fin decuentas, no es posible que existan algunos objetos, hechos con ciertos materiales o mantenidos enciertas condiciones, que presenten un intenso campo gravitatorio pero muy poca inercia, o viceversa?Por qu no?Sin embargo, cuando se mide la masa de un cuerpo gravitatoriamente, y se mide la masa del mismocuerpo segn la inercia, las dos medidas resultan ser iguales. No obstante, esto puede ser slo

apariencia. Pueden existir pequeas diferencias, tan pequeas que normalmente no se noten.En 1909, un importante experimento en relacin con esto fue realizado por un fsico hngaro, Roland,barn Von Eotvos (el nombre se pronuncia ut vush).Lo que hizo fue suspender una barra horizontal en una fibra delicada. En un extremo de la barrahaba una bola de un material, y en el otro extremo una bola de otro material. El Sol atrae ambasbolas y fuerza una aceleracin en cada una de ellas. Si las bolas tienen una masa diferente porejemplo 2 kilogramos y 1 kilogramo, entonces la masa de 2 kilogramos es atrada con el doble defuerza que la masa de 1 kilogramo y cabria esperar que se acelerase con una fuerza dos vecessuperior. Sin embargo, la masa de 2 kilogramos posee el doble de inercia que la masa de 1kilogramo. Por esta razn, la masa de 2 kilogramos se acelera slo la mitad por kilogramo y acabapor acelerarse slo con la fuerza de la masa de 1 kilogramo.Si la masa inerte y la gravitatoria son exactamente iguales, en ese caso las dos bolas son aceleradasde un modo exactamente igual, y la barra horizontal puede ser atrada hacia el Sol en una cantidadinconmensurable, pero eso no la hace rotar. Si la masa inerte y la masa gravitatoria no son del todo

iguales, una bola, se acelerar un poco ms que la otra y la barra experimentar una leve fuerzagiratoria. Esto retorcer la fibra, la cual resiste hasta cierto punto la torsin y slo se retorcer enrespuesta a una fuerza dada. Por la extensin de la torsin, es posible calcular la cantidad dediferencia entre la masa inerte y la masa gravitatoria.La fibra empleada era muy delgada, por lo que su resistencia a la torsin era muy baja, y sin embargola barra horizontal no present ninguna vuelta medible. Etvs pudo calcular que una diferencia enlas dos masas de 1 parte en 200.000.000 habra producido una torsin mensurable, de modo queambas masas eran idnticas en cantidad dentro de ese lmite.(Desde entonces se han llevado a cabo versiones an ms delicadas del experimento de Etvs, yahora estamos seguros, a travs de la observacin directa, de que la masa inerte y la masa gravita-toria son idnticas en cantidad hasta 1 parte en 1.000.000.000.000.)Einstein, al elaborar la relatividad general, comenz por suponer que la masa inerte y la masagravitatoria eran exactamente iguales, porque son, en esencia, la misma cosa.A esto se le denominael principio de equivalencia, y desempea el mismo papel en la relatividad general que la

constancia de la velocidad de la luz en la relatividad especial.Incluso antes de Einstein era posible ver que la aceleracin producida inercialmente puede provocarlos mismos efectos que la gravitacin. Cualquiera de nosotros puede experimentarlo.Si, por ejemplo, se est en un ascensor que empieza a descender, ganando velocidad al principio,durante ese perodo de aceleracin el suelo del ascensor se separa de los pies de uno, por asdecirlo, de manera que se ejerce sobre l menos fuerza. Uno siente disminuir su peso, como si seestuviera yendo hacia arriba. La aceleracin hacia abajo es equivalente a una disminucin de laatraccin gravitatoria.Naturalmente, una vez que el ascensor alcanza una determinada velocidad y la mantiene, ya no hayms aceleracin y uno siente su peso normal. Si el ascensor se est moviendo a una velocidadconstante dada, y en una direccin constante, no se nota el efecto de la gravedad. En realidad, si seviaja por un vaco en una caja cerrada por completo, de modo que no se vea moverse el escenario, ni


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se sienta la vibracin de la resistencia del aire, ni se oiga el silbido del viento, no existe ningunamanera de distinguir este movimiento constante de cualquier otro (a diferente velocidad o en unadireccin diferente), o del estado de reposo. sta es una de las bases de la relatividad especial.Dado que la Tierra viaja por un vaco a una velocidad casi constante y en una direccin casiconstante (en distancias cortas), a la gente le resulta difcil diferenciar esta situacin de la de la Tierraestando en reposo.Por otra parte, si el ascensor siguiera acelerando hacia abajo y se moviera cada vez ms aprisa, unosentira como si su peso hubiese disminuido de forma permanente. Si el ascensor acelerara haciaabajo en una proporcin considerablemente importante, si cayera a la aceleracin natural que laatraccin gravitatoria le impondra (cada libre), en este caso desaparecera toda sensacin depeso. Uno se sentira flotar.Si el ascensor acelerase hacia abajo en una proporcin ms rpida que la asociada con la cada libre,se sentira el equivalente de una atraccin gravitatoria hacia arriba, y se encontrara que el techodesempea para uno las funciones del suelo.Naturalmente, no se puede esperar que un ascensor se acelere hacia abajo durante mucho tiempo.En primer lugar, se necesitara un hueco de ascensor extraordinariamente largo para que stepudiera seguir desplazndose hacia abajo, uno que tuviese aos luz de longitud, s queremos llevarlas cosas al extremo. En segundo lugar, aunque se tuviese ese imposiblemente largo hueco deascensor, un nivel de aceleracin constante pronto hara que la velocidad se convirtiese en unafraccin respetable de la velocidad de la luz. Eso introducira efectos relativistas apreciables y com-plicara las cosas.Sin embargo, podemos imaginar otra situacin. Si un objeto se encuentra en rbita alrededor de laTierra, est, en efecto, cayendo constantemente hacia la Tierra con una aceleracin impuesta por la

atraccin gravitatoria de la Tierra. No obstante, se est tambin moviendo horizontalmente en relacincon la superficie de la Tierra y, puesto que la Tierra es esfrica, esa superficie se curva alejndosedel objeto que est cayendo. De ah que el objeto est siempre cayendo, pero nunca llegue a lasuperficie. Estar cayendo durante miles de millones de aos, tal vez. Estar en perpetua cada libre.As, una nave espacial que se halle en rbita bordeando la Tierra, se mantiene en esa rbita gracias ala atraccin gravitatoria de la Tierra, pero cualquier cosa en la nave espacial cae con sta yexperimenta una gravedad cero, igual que si se encontrase en un ascensor que estuviese cayendoperpetuamente. (En realidad, los astronautas sentiran la atraccin gravitatoria de la nave espacial ens y de cada uno, por no hablar de las atracciones de los otros planetas y de las estrellas distantes,pero se tratara de unas fuerzas pequeas que seran por completo imperceptibles.) sa es la raznde que las personas que se encuentran en naves espaciales en rbita floten libremente.Una vez ms, la Tierra se halla sujeta a la atraccin gravitatoria del Sol y que la mantiene en rbitaalrededor del Sol. Igual que la Luna. La Tierra y la Luna caen juntas, perpetuamente, hacia el Sol y, alencontrarse en cada libre, no sienten la atraccin del Sol en lo que se refiere a su relacin mutua.

Sin embargo, la Tierra tiene una atraccin gravitatoria por s misma que, aunque es mucho ms dbilque la del Sol, es bastante fuerte. Por tanto, la Luna, en respuesta a la atraccin gravitatoria de laTierra, gira alrededor de sta, exactamente como si el Sol no existiese. (Realmente, dado que la Lunase halla un poco apartada de la Tierra, y a veces est un poco ms cerca del Sol que la Tierra, y aveces un poco ms lejos, la atraccin solar es un poco diferente en los dos mundos, y esto introduceciertos efectos de marea menores que ponen de manifiesto la realidad de la existencia del Sol.)De nuevo, nos encontramos sobre la Tierra y sentimos slo la atraccin de sta y no la del Sol,puesto que nosotros y la Tierra compartimos la cada libre respecto del Sol, y puesto que el efecto demarea que el Sol ejerce sobre nosotros es demasiado pequeo para que lo percibamos o seamosconscientes del mismo.A continuacin, supongamos que nos encontramos en un ascensor que est acelerando hacia arriba.Esto sucede en un grado muy pequeo cada vez que nos hallamos en un ascensor que se muevehacia arriba desde el estado de reposo. Si se trata de un ascensor rpido, cuando se pone en marchahay un momento de aceleracin apreciable durante el cual el suelo se mueve hacia arriba, hacia

nosotros, y sentimos una presin hacia abajo. La aceleracin hacia arriba produce la sensacin deuna mayor atraccin gravitatoria.Tambin en este caso la sensacin es muy breve, puesto que el ascensor alcanza su velocidadmxima y luego la mantiene durante el transcurso de su viaje hasta que llega el momento de detener-se, cuando momentneamente reduce su velocidad y se tiene la sensacin de que la atraccingravitatoria decrece. Mientras el ascensor se encontraba a la velocidad mxima, sin acelerar ni ir msdespacio, uno se senta por completo normal.Bueno, supongamos que nos encontramos en el hueco de un ascensor de una longitud de aos luz yque hay all un ascensor cerrado que podra acelerarse con suavidad hacia arriba a travs de unvaco durante un perodo indefinido, yendo cada vez ms deprisa. Se sentira indefinidamente unamayor atraccin gravitatoria. (Los astronautas tienen esta sensacin durante un perodo de tiempocuando un cohete acelera hacia arriba y sienten una incmoda presin hacia abajo. Existe un lmite


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respecto a lo intensa que puede permitirse que sea una aceleracin, o la sensacin adicional deatraccin gravitatoria puede hacerse lo bastante fuerte para que la presin lleve los astronautas a lamuerte.)Pero supongamos que no existe la Tierra, que se trata slo de un ascensor que acelera hacia arriba.Si el ndice de aceleracin estuviera en el nivel apropiado, se sentira el equivalente de una atraccingravitatoria igual que en la superficie de la Tierra. Se podra andar all con perfecta comodidad eimaginarnos que el ascensor descansa inmvil en la superficie de la Tierra.

Aqu es donde Einstein realiz el mayor salto en su imaginacin. Al suponer que la masa inerte y lamasa gravitatoria eran idnticas, tambin supuso que no exista ninguna manera ninguna manera depoder decir si uno se encontraba en un cubculo cerrado movindose hacia arriba con unaaceleracin regular de 9,8 m por segundo cada segundo, o si uno estaba en ese mismo cubculocerrado en reposo sobre la superficie de la Tierra.Esto significa que cualquier cosa que sucediese en el cubculo en aceleracin tambin debe ocurriren reposo sobre la superficie de la Tierra.Esto resulta fcil de ver en lo que se refiere a los cuerpos ordinarios que caen. Un objeto que sesostuviera con el brazo extendido en un cubculo acelerado caera cuando se lo soltase, y pareceracaer a un ndice en constante aceleracin porque el suelo del cubculo se desplazara haca arriba,para encontrarse con l a un ndice en constante aceleracin.Por tanto, un objeto que se sostuviera en la Tierra caera de la misma forma. Esto no significa que laTierra se est acelerando hacia arriba, hacia el objeto. Significa simplemente que la atraccingravitatoria produce un efecto que no se puede distinguir del de una aceleracin hacia arriba.Sin embargo, Einstein insisti en que esto lo incluye todo. Si un rayo de luz fuera enviado

horizontalmente a travs de un ascensor que acelerase hacia arriba, el ascensor estara un poco msarriba cuando el rayo de luz acabase su viaje, y por lo tanto ste parecera curvarse hacia abajo alcruzar el cubculo. En realidad, la luz viaja con tanta rapidez, que en el tiempo que tardase en cruzarel cubculo, ste se habra desplazado hacia abajo slo de modo imperceptible, pero se curvaraigualmente; no hay duda respecto a eso.Por tanto, deca Einstein, un rayo de luz sujeto al campo gravitatorio de la Tierra (o a cualquier campogravitatorio) debe tambin viajar en una trayectoria curva. Cuanto ms intenso sea el campogravitatorio y ms larga la trayectoria por la que ha viajado el rayo de luz, ms perceptible ser lacurva. ste es un ejemplo de una deduccin que puede extraerse del principio de equivalencia que nopoda extraerse de las teoras anteriores de la estructura del Universo. Todas las deduccionesreunidas constituyen la relatividad general.Otras deducciones incluyen la sugerencia de que la luz debera tardar un poco ms de tiempo enviajar deA a B cuando se hallase sujeta a un campo gravitatorio, porque sigue una trayectoria curva;que la luz pierde energa cuando de desplaza contra la atraccin de un campo gravitatorio y, por lo

tanto, muestra un desplazamiento haca el rojo, etctera.Una vez ms, examinando todas las deducciones, parece acertado considerar curvado el espacio-tiempo. Todo sigue la curva, de modo que los efectos gravitatorios se deben a la geometra delespacio-tiempo ms que a una atraccin.Es posible elaborar una simple analoga de los efectos gravitatorios imaginando una lminaindefinidamente grande de una goma infinitamente ampliable que se extendiese muy por encima de lasuperficie de la Tierra. El peso de cualquier masa que descanse sobre la lmina empuja la gomahacia abajo hasta el punto de crear un pozo de gravedad. Cuanto mayor sea la masa y mscomprimida se encuentre, ms profundo ser el pozo y ms empinados los lados. Un objeto queruede a travs de la lmina puede rozar un borde del pozo de gravedad, hundindose en el someroreborde del pozo y salir de nuevo. De este modo se ver forzado a seguir una trayectoria curvadacomo si hubiese sufrido una atraccin gravitatoria.Si el objeto rodante siguiese una trayectoria que lo llevase a ms profundidad en el pozo, podraquedar atrapado all y tendra que seguir una trayectoria oblicua elptica por las paredes del pozo. Si

existe friccin entre el objeto en movimiento y las paredes, la rbita decaer y el objeto, finalmente,caer en el objeto mayor del fondo del pozo.En resumen: utilizando la relatividad general, Einstein pudo establecer ciertas ecuaciones decampo, que son aplicables al Universo en conjunto. Esas ecuaciones de campo fundaron la cienciade la cosmologa (el estudio de las propiedades del Universo como un todo).Einstein anunci la relatividad general en 1916, y la siguiente cuestin fue si podra verificarse por laobservacin como la relatividad especial lo haba sido poco despus de su formulacin once aosantes.Aqu existe una trampa. Mientras la relatividad especial y la general predecan efectos que diferan delviejo punto de vista newtoniano en tan poco como para no poder observarse, el descubrimientofortuito de los fenmenos subatmicos hizo posible estudiar versiones muy pronunciadas de losefectos de la relatividad especial.


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La relatividad general no tuvo tanta suerte. Durante medio siglo despus de haberlo sugeridoEinstein, slo se poda contar con efectos muy pequeos para distinguir la relatividad general delanterior tratamiento newtoniano.Las observaciones que pudieron realizarse tendan a ser favorables a la relatividad general, pero noabrumadoramente favorables. Por lo tanto, la teora de la relatividad general sigui siendo objetodiscusin durante mucho tiempo (pero no la relatividad especial, que es una cuestin ya establecida).Y lo que es ms, dado que la versin de Einstein no fue firmemente confirmada, otros cientficostrataron de elaborar formulaciones matemticas alternativas, basadas en el principio de equivalencia,por lo que existe cierto nmero de diferentes relatividades generales.De todas las distintas relatividades generales, la de Einstein result ser la ms simple y la que podaser expresada de forma ms ntida en ecuaciones matemticas. Era la ms elegante.La elegancia resulta poderosamente atractiva para los matemticos y los cientficos, pero no es unagaranta absoluta de la verdad. Por lo tanto, era necesario encontrar pruebas (si era posible) quedistinguieran la relatividad general de Einstein no slo del punto de vista newtoniano del Universo,sino tambin de todas las relatividades generales que competan con ella.Trataremos de esto en el captulo siguiente.


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IV. EL GENERAL VICTORIOSO

Carol Brener, la ingeniosa propietaria de Murder Ink, una librera especializada en novelas demisterio, me telefone el otro da para preguntar si podra enviar a alguien con un ejemplar de mi l ibroThe Robots of Dawn, para que se lo firmase para un cliente especial. Naturalmente, accedenseguida.Ese alguien lleg, y, ms bien ante mi asombro, result ser una joven dama de considerablebelleza. Al instante me convert en todo suavidad (como suele ser mi costumbre). La invit a entrar yle firm el libro.No me diga le dije, exudando encanto que Carol la ha enviado a mi casa sin prevenirla acerca dem.Oh, me previno respondi la joven dama con calma. Me dijo que me relajase, porque en el fondousted es inofensivo....Y sa es, confo, la actitud apropiada que debe tomarse respecto de este segundo ensayo queestoy escribiendo acerca de la relatividad general. El tema puede parecer formidable pero (con losdedos cruzados) espero que demuestre ser, en el fondo algo inofensivo.

En el captulo precedente he explicado que la relatividad general se basaba en el supuesto de que lamasa gravitatoria era idntica a la masa inerte, y que, por tanto, se podan considerar los efectosgravitatorios como idnticos a los efectos que se observaran en un sistema en aceleracin infinita.La pregunta es: Cmo puede demostrarse que este punto de vista de la gravitacin es ms correctoque el de Newton?Para empezar, existe lo que se ha denominado las tres pruebas clsicas.

La primera de ellas surgi del hecho que, en la poca en que Einstein formul la teora de larelatividad general, en 1916, segua existiendo un enigma con respecto al Sistema Solar. Cada vezque Mercurio giraba alrededor del Sol en su rbita elptica, pasaba por ese punto en que estaba mscerca del Sol (perihelio). La posicin de este perihelio no era fija en relacin con el fondo deestrellas, sino que avanzaba un poco en cada vuelta. Se supona que lo haca as a causa de losefectos menores (perturbaciones) de las atracciones gravitatorias de otros planetas. Sin embargo,cuando se tuvieron en cuenta todas esas perturbaciones, se vio que haba un ligero avance delperihelio anterior, que ascenda a cuarenta y tres segundos de arco por siglo.Se trataba de un movimiento muy pequeo (asciende slo a la anchura aparente de nuestra Lunadespus de 4.337 aos), pero se poda descubrir y era preocupante. La mejor explicacin que podadarse era que exista un planeta an no descubierto en la rbita de Mercurio, y esta fuerzagravitatoria que no se tena en cuenta era la razn de ese avance, de otro modo inexplicable, delperihelio. El nico problema era que semejante planeta no poda hallarse. (Vase The Planet ThatWasnt en The Planet That Wasnt, Doubleday, 1976.)Sin embargo, para Einstein el campo gravitatorio era una forma de energa, y esa energa eraequivalente a una masa pequea, la cual, a su vez, produca un poco ms de campo gravitatorio. Porlo tanto, el Sol posea un po

Isaac Asimov - El Monstruo Subatomico

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