«Persiguiendo a Einstein» d’Antonio Acín i Eduardo Acín

Descobrint la ciència

Persiguiendo a Einstein
El camino de la intuición a la relatividad
Antonio Acín y Eduardo Acín
Emse Edapp. Barcelona, 2016. 144 pàgines.

«Descubrir la ciencia» és el títol de la col·lecció on es publica aquest llibre i sembla prou adient. Els autors de Persiguiendo a Einstein, Antonio i Eduardo Acín, es pregunten què falta per dir del físic més famós de la història i de les seues idees i responen amb els propòsits del llibre. El primer d’aquests és mostrar que la ciència contemporània no és una disciplina abstrusa que desafia les nostres capacitats de comprensió. Aquesta sembla la idea de molts professors de batxillerat que li fan una retallada a la relativitat, oblidant l’interès que per als seus estudiants tenen els forats negres, les ones gravitacionals, el GPS i altres temes de física actuals que poden trobar en Internet i no a l’aula.

El segon propòsit és mostrar que la concepció del món que deriva de la relativitat respon –i hi encaixa– a principis intuïtius sobre la naturalesa. Aquests es mostren al primer capítol, que comença amb Aristòtil i les seues observacions quotidianes sobre com els objectes es troben en repòs i com, per a mantenir un objecte en moviment, cal aplicar-li una força. Amb això no s’explicava el moviment dels projectils, el que va portar Galileu a establir la llei de la inèrcia (que molts atribueixen a Newton) i el seu principi de relativitat: les lleis de la mecànica són invariants en sistemes de referència inercials (sistemes de referència en repòs o moviment rectilini uniforme). I per a fer-ho es va basar en aquests principis intuïtius que continuen aplicant-se en tot el llibre perquè són els de la ciència. Són els següents: les explicacions científiques s’han de sotmetre a la raó i a l’evidencia experimental; la naturalesa es pot expressar de manera matemàtica; les lleis i magnituds han de ser invariants perquè la realitat és una, i explicar representa establir relacions de causalitat.

Tot seguit els autors parlen de l’electromagnetisme i mostren que la velocitat de la llum en el buit c és constant en qualsevol sistema de referència. Però això és contradictori amb el principi de relativitat de Galileu i, per tant, o bé les lleis de Maxwell són incorrectes o hi ha un sistema de referència privilegiat, l’èter. Però les experiències de Michelson i Morley portaren a rebutjar aquest sistema. En el tercer capítol, plantegen que Einstein, en la relativitat especial, conserva a la vegada la velocitat constant de la llum c i el principi de relativitat, i el generalitza a l’electromagnetisme. Això sols es pot fer canviant els conceptes d’espai i temps: el primer es contrau i el segon es dilata en un sistema de referència en moviment rectilini uniforme, i ho demostren d’una manera senzilla, amb el rellotge de llum.

En el següent capítol plantegen l’equivalència entre massa i energia introduint, com molts llibres de divulgació i textos de física elementals (no així en els de física superior), la massa relativista. Però Einstein sempre es va referir a la massa invariant o en repòs utilitzant la lletra m. En l’espai-temps de Minkowski, m i l’interval són els principals invariants. I per això en física de partícules m és l’única massa i el concepte d’energia E ha reemplaçat la massa relativista. La veritat és que no costa gaire fer aquest canvi, però hi ha molta inèrcia divulgativa al respecte.

«Un dels propòsits del llibre és mostrar que la concepció del món que deriva de la relativitat respon a principis intuïtius sobre la naturalesa»

En el cinquè capítol s’introdueix la teoria general de la relativitat a partir de l’equivalència entre massa inercial i gravitatòria que es posa de manifest en la caiguda lliure. Mostren que la massa i l’energia m-E fan corbar-se l’espai-temps i que aquest li diu a la m-E com ha de moure’s. Presenten les principals prediccions de la teoria: la dilatació del temps en camps gravitatoris intensos, els 43 segons d’arc d’avanç del periheli de Mercuri no explicats per la dinàmica newtoniana i la desviació de la llum per camps gravitatoris, que Eddington va comprovar en l’eclipsi solar de 1919. Això va fer que els mitjans de comunicació proclamaren que Einstein havia desbancat Newton, i el van convertir en el científic més famós del món. En 2016, cent anys després que fera la predicció de les ones gravitatòries, aquestes van ser detectades pel LIGO (de l’anglès Observatori d’Interferometria Làser Gravitacional) als EUA.

El darrer capítol presenta les aportacions d’Einstein a la física quàntica: primer l’efecte fotoelèctric, pel qual li donaren el Premi Nobel en 1921 (i no per la relativitat). Els autors obliden altres contribucions, com l’explicació de la calor específica dels sòlids a baixes temperatures, l’emissió estimulada de radiació (base teòrica del làser) o l’estadística de Bose-Einstein. Sí que parlen de l’article d’Einstein, Podolsky i Rosen, en què tractaren de demostrar que si la quàntica era probabilística no era una teoria completa. Encara que Alain Aspect demostrés en 1982 que la quàntica sí és probabilística i que, per tant, estaven equivocats, en aquest article van utilitzar per primera vegada l’entrellaçament quàntic, de tanta importància en la computació quàntica (especialitat d’un dels autors).

«Un llibre molt recomanable per a aquells que pensen que això de la física moderna és molt difícil»

El llibre compta amb entretinguts quadres complementaris que van des d’una excursió a Planilàndia (el món creat per Edwin Abbot) a les belles dorments (articles que ningú cita, fins que anys després es converteixen en molt citats, com va passar amb el d’Einstein, Podolsky i Rogen), passant per les implicacions de la relativitat en el GPS. També hi ha tres apèndixs on fan càlculs geomètrics i algebraics senzills, un glossari i bibliografia recomanada. Tot això, i malgrat les dues mancances assenyalades, fa d’aquest un llibre molt recomanable per a estudiants interessats i el seu professorat, no sols per als convençuts, sinó també per a aquells que pensen que això de la física moderna és molt difícil.

© Mètode 2018 - 98. Elogi de la vida - Estiu 2018

Departament de Didàctica de les Ciències (UV).