Las ecuaciones relevantes en el progreso de sus incontables aplicaciones

Por Alejandro Toro Uzcategui

Haciendo un pequeño recuento de lo que las ecuaciones son capaces de dejarnos en nuestra vida diaria, y las incontables aplicaciones que funcionaron para el progreso y prosperidad del mundo. Asomamos las ideas que nos dejaron Albert Einstein y algunos de los precursores de la física y matemáticas.

En 1920, con el telescopio Hooker de 100 pulgadas en el observatorio del Monte Wilson revelaron que cuanto más lejos se hallan las otras galaxias, con mayor velocidad se separan de los demás sistemas solares (Ley de Hubble). De acuerdo a esta Ley, el universo se está expandiendo y la distancia entre dos galaxias cualesquiera aumenta regularmente con el tiempo. Por otro lado, los modelos teóricos cosmológicos basados en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein permitieron explicar esta expansión, ya que surge de forma natural a partir de las ecuaciones de campo de la teoría. Y en consecuencia la teoría demuestra y predice que el universo comenzó con la gran explosión (Teoría del big-bang), la cual explica que el tiempo tuvo un comienzo (Un segundo antes solo Dios sabe las leyes que aplicó en la creación del universo), acabándose en estrellas muy pesadas cuando lleguen al final de su vida, estas estrellas de masa superior a dos veces la masa del sol, continuarán encogiéndose hasta convertirse en agujeros negros, regiones del espacio tiempo tan deformadas que la luz no se puede escapar de ellas.

Sumado a lo anterior, Albert Einstein estudió la teoría de las superficies y los espacios curvados del matemático Georg Friedrich Riemann; integrales de Riemann, geometría diferencial. Por otra parte en 1915, había hablado de sus ideas al matemático David Hilbert, durante una visita a la universidad de Gotinga, quien halló las mismas ecuaciones unos pocos días antes que Einstein la desarrollara, ya que suya había sido la idea de relacionar la gravedad con la deformación del espacio-tiempo curvado; he aquí entonces la famosa ecuación E=𝑴𝑪𝟐, en la que Einstein tuvo que advertir a la hora de construir una bomba nuclear: -si un núcleo de uranio se fusiona en dos núcleos (2 protones y 2 neutrones),  con una masa total ligeramente menor, liberará un proceso de fusión nuclear (y neutrinos)-; ésta produciría la devastadora potencia explosiva de las armas nucleares. Lo que significa que la relación entre masa y energía es el postulado de Einstein de que la velocidad de la luz (299.792,458 Km/seg) debe ser la misma, lo que para cualquier observador implica que nada puede moverse con velocidad mayor que ella.

Este estudio develó, lo que ocurre si utilizamos energía para acelerar algo, sea una partícula o una nave espacial, su masa aumenta, lo cual hace más difícil seguirla acelerando. Es decir acelerar una partícula hasta la velocidad de la luz sería imposible, porque exigiría una cantidad infinita de energía, siendo ésta última revelación  incompatible con la teoría cuántica.

La otra gran revolución del siglo XX, específicamente en 1900 cuando Max Planck, en Berlín, descubrió que la radiación de un cuerpo al rojo era explicable si la luz sólo podía ser emitida y absorbida en paquetes discretos, llamados quantos, en 1905 Albert Einstein demostró matemáticamente que la hipótesis cuántica, la cual se conoce como efecto foto eléctrico, explica la manera en que algunos metales desprenden electrones al ser iluminados. Este efecto, constituye la base de los detectores de luz y cámara de televisores, siendo éstos conceptos la base de los modernos desarrollos en la química, biología molecular, óptica, electrónica y de toda la tecnología que tenemos. Trabajo con el que Einstein recibió el premio Nobel de Física.

Para reflexionar, ¿Cómo puede ser que las matemáticas, después de todo un producto del pensamiento humano independiente de la experiencia, son tan admirablemente adecuadas para describir los objetos de la realidad? (A. Einstein)

Referencias

  1.  International Astronomical Union (29 de octubre de 2018). «IAU members vote to recommend renaming the Hubble law as the Hubble–Lemaître law».
  2.  La web de Física. «Ley de Hubble – Lemaître, (anteriormente conocida como Ley de Hubble)». Consultado el 5 de febrero de 2021.
  3.  Una relación entre la distancia y la velocidad radial entre nebulosas extra-galácticas” (1929) Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias de EEUU, Volumen 15, Número 3, pp. 168-173 (Artículo completo, PDF)
  4.  «Chandra Confirma la Constante de Hubble». Consultado el 15 de julio de 2020.
  5.  «Los astrónomos se acercan a la energía oscura con una constante de Hubble refinada». 2009. Consultado el 9 de mayo de 2009.
  6. Francisco ÇR. Villatoro. «El nacimiento de la cosmología basada en ondas gravitacionales». http://francis.naukas.com/. Consultado el 22 de octubre de 2020.

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