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  • Noviembre 2015Nº 470

Física teórica

Los experimentos mentales de Einstein

¿Cuán importante ha sido para el avance de la fisica el uso de la imaginación?

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Gedankenexperiment, combinación de palabras que en alemán significa «experimento mental», es el famoso nombre que Albert Einstein les daba a las situaciones imaginarias que le sirvieron para idear sus mayores descubrimientos físicos. De adolescente fantaseaba acerca de perseguir haces de luz; él mismo diría que fue el punto de partida de la idea central de la relatividad especial. La relatividad general, su monumental teoría de la gravitación, se originó en sus reflexiones sobre ascensores que subían o caían. En ambos casos, Einstein elaboró nuevas teorías sobre la naturaleza valiéndose de la imaginación para ir más allá de las limitaciones del laboratorio.

Einstein no fue ni el primero ni el último teórico en proceder así, pero sus destacados logros fueron fundamentales a la hora de establecer el Gedankenexperiment como una pieza básica de la física teórica moderna. Hoy en día, los teóricos usan los experimentos mentales de manera habitual, sea para elaborar nuevas teorías, sea para localizar inconsistencias o efectos inusuales en las ya existentes.

Pero esta aceptación de los experimentos mentales plantea algunas cuestiones incómodas. En la búsqueda de una teoría de gran unificación que case el mundo a pequeña escala de la mecánica cuántica con la descripción relativista de Einstein del universo a gran escala, las ideas más seguidas hoy carecen del apoyo observacional de los experimentos reales. ¿Puede el pensamiento por sí solo sustentarlas? ¿Hasta qué punto podemos confiar en la deducción lógica? ¿Dónde está la frontera entre la intuición científica y la fantasía? El legado de Einstein no ofrece respuestas seguras. Por un lado, su confianza en el poder del pensamiento obtuvo, sin duda, un éxito espectacular. Por otro, muchos de sus experimentos mentales más conocidos estaban basados en datos de experimentos reales, como el clásico de Michelson y Morley que estableció que la velocidad de la luz era constante. Es más, la fijación de Einstein con aquello que podía medirse en ocasiones lo cegaba y le impedía acceder a capas de la realidad más profundas, aunque incluso los errores que cometió en los experimentos mentales han contribuido a posteriores avances.

Aquí revisaremos algunos de los experimentos mentales de Einstein más emblemáticos. Se destacará cómo tuvieron éxito, dónde fracasaron y su importancia permanente para algunas cuestiones actuales en las fronteras de la física teórica.

EL ASCENSOR SIN VENTANAS
En sus experimentos mentales, la genialidad de Einstein radicaba en comprender qué aspectos de la experiencia eran esenciales y cuáles podían descartarse. Consideremos el más famoso: el experimento mental del ascensor. Lo empezó a concebir en 1907. Einstein argumentaba que dentro de un ascensor sin ventanas una persona no podría distinguir si el ascensor estaba en reposo en un campo gravitatorio o si, por el contrario, estaba siendo izado con aceleración constante en un espacio libre de gravedad. Conjeturó entonces que las leyes de la física tenían que ser idénticas en ambas situaciones. De acuerdo con este «principio de equivalencia», los efectos de la gravedad son, de manera local (en el ascensor), los mismos que los de la aceleración en ausencia de gravedad. Transformado en ecuaciones matemáticas, este principio se convirtió en la base de la relatividad general. En otras palabras, el experimento mental del ascensor impulsó a Einstein a realizar el audaz salto intelectual que, en última instancia, lo llevó a su mayor logro, la descripción geométrica de la gravedad.

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