Albert Einstein, una de las mentes más brillantes del siglo XX, cambió para siempre el panorama de la ciencia al introducir conceptos revolucionarios que sacudieron la comprensión del mundo físico.
Una de las cualidades más definitorias de Einstein fue su notable capacidad para conceptualizar ideas científicas complejas imaginando escenarios de la vida real. Llamó a estos escenarios Gedankenexperiments, que en alemán significa experimentos mentales.
A pesar del nombre, los ejercicios mentales de Einstein incorporaban datos de experimentos reales.
A continuación presentamos aquellos que demuestran algunos de los descubrimientos más innovadores de Einstein, incluidas sus teorías de la relatividad especial y general.
¿Qué pasaría si persiguieras un rayo de luz mientras se desplaza por el espacio?
Einstein empezó a preguntarse sobre esto cuando tenía sólo 16 años.
Si de alguna manera pudieras alcanzar la luz y viajar tan rápido como ella, razonó Einstein, serías capaz de observar la luz congelada en el espacio. Pero desde que supo que la luz es una onda compuesta de campos eléctricos y magnéticos cambiantes, no podía estar realmente quieta.
«Se ve que en esta paradoja ya está contenido el germen de la teoría de la relatividad especial«, escribió Einstein en sus Notas autobiográficas. Esta teoría «especial» se aplica a ciertas relaciones entre el espacio y el tiempo, y la exploró más a fondo con otro experimento mental que involucra trenes y luz.
¿Pueden 2 personas vivir exactamente el mismo suceso de manera diferente?
Imagina que estás parado en un tren mientras tu amigo está parado fuera de este, mirándolo pasar. Si un rayo cayera cerca de ambos extremos del tren, tu amigo vería ambos rayos destellar al mismo tiempo.
Pero en el tren, estás más cerca del rayo hacia el que te diriges. Por lo que ves este relámpago primero porque la luz tiene que recorrer una distancia más corta.
La configuración de este experimento es un poco complicada e involucra postes y espejos en ángulo. Pero el resultado es que el tiempo se comporta de manera diferente para alguien en movimiento que para alguien que está parado.
Consolidó la creencia de Einstein de que el tiempo y el espacio son relativos y que la simultaneidad —2 eventos que suceden al mismo tiempo— depende de tu perspectiva. Esto es una piedra angular de la teoría especial de la relatividad de Einstein.
¿Cómo envejece tu gemelo que viaja por el espacio en comparación contigo?
Supongamos que tienes un gemelo que nació casi al mismo tiempo que tú.
Pero casi inmediatamente, tu gemelo sube a una nave espacial y se lanza al espacio para viajar por el universo casi a la velocidad de la luz.
Como, según la teoría especial de la relatividad de Einstein, el tiempo se mueve más despacio cuanto más cerca se está de la velocidad de la luz, tu gemelo en la nave espacial envejecería más despacio.
Cuando la nave aterrizara en la Tierra, tú estarías celebrando tu 65 cumpleaños, mientras que tu gemelo aún no habría cumplido los 10, según una estimación de Omni Calculator.
¿Tu ascensor está acelerando o flotando en el espacio?
Imagínate que estás en un ascensor sin ventanas y no puedes ver lo que sucede afuera. Sin señales visuales, no sabes si estás en un ascensor estacionado en la Tierra o en el espacio siendo arrastrado hacia arriba. El tirón de la gravedad y la aceleración hacia arriba en gravedad cero te empujan al suelo.
La física de ambos eventos es la misma, decidió Einstein, basándose en el «principio de equivalencia». De manera similar, si tu ascensor cayera en picado rápidamente a gran distancia, flotaría como si estuviera en el espacio.
Considera ahora la afirmación anterior de Einstein de que el tiempo y el espacio son relativos. Si el movimiento puede afectar el tiempo y el espacio —como en el experimento del tren— y la gravedad y la aceleración se comportan igual, eso significa que la gravedad en realidad puede afectar el tiempo y el espacio.
Si pones una bola de bolos en una cama elástica, presionará la tela. Si se colocan canicas cerca, rodarán hacia la bola. Los objetos de gran masa pueden afectar al espacio-tiempo de forma similar.
La capacidad de la gravedad para deformar el espacio-tiempo es una parte clave de la teoría general de la relatividad de Einstein, que publicó una década después de la teoría especial y la amplió.
¿Pueden las partículas comunicarse más rápido que la velocidad de la luz?
Einstein no era el mayor defensor de la teoría cuántica. De hecho, discutió con el físico Niels Bohr sobre ciertos sucesos que, en su opinión, violaban las leyes fundamentales de la física.
Uno de los experimentos mentales de Einstein tenía que ver con el entrelazamiento cuántico, que él llamaba «espeluznante acción a distancia«.
Imagina que tienes una moneda de 2 caras que puedes partir fácilmente por la mitad. Lanza la moneda. Sin mirar el resultado, le das una cara a tu amigo y te quedas con la otra. Entonces tu amigo se sube a un cohete y viaja por el universo.
Cuando miras tu moneda, ves que estás sosteniendo el lado de la cara. Al instante sabes que tu amigo, que está a miles de millones de años luz de distancia, tiene el lado de la cruz.
La versión de Einstein de este experimento mental es más complicada que las monedas e implica partículas enredadas que comparten una función de onda. Ambas partículas tienen el potencial de estar en 2 estados posibles, espín arriba y espín abajo. Si se mide una, se obtiene información sobre la otra, independientemente de la distancia que las separe.
Es un poco como si tu mitad de la moneda no fuera ni cara ni cruz hasta que la miras. Como la moneda no tenía 2 caras, sabes que tu amigo tiene cruz cuando tú tienes cara. Pero Einstein pensaba que las partículas se comportaban más como monedas reales. Tenían alguna propiedad inherente que las hacía «girar hacia arriba» o «girar hacia abajo» todo el tiempo.
Desde entonces, otros científicos han demostrado que estaba equivocado. En 2022, 3 físicos ganaron el Premio Nobel por demostrar la espeluznante acción a distancia.