En su teoría especial de la relatividad Einstein
establecía como condición básica que la velocidad de la luz no se podía
superar. De este principio se derivaba que, tanto el espacio como el
tiempo eran relativos y sus magnitudes dependían del movimiento
relativo entre el observador y lo observado. Nada puede alcanzar a la
luz ni su velocidad es superable por nada. Pero, ¿qué sucedería si se
intentase acelerar un objeto hasta velocidades próximas a la de la luz?
Imaginemos una nave espacial que está en reposo y
se pone en movimiento. Cuando sus motores arrancan, consumen energía y
la nave comienza a desplazarse lentamente. Si se aumenta la potencia,
acelerará con facilidad y su velocidad será cada vez mayor. Supongamos
que la nave se acerca a una velocidad próxima a la de la luz; si los
pilotos intentasen acelerar, observarían que a pesar de forzar los
motores y gastar cantidades ingentes de energía la velocidad
prácticamente no aumentaría. No se llegaría a alcanzar la velocidad de
la luz. Puesto que la energía ni se crea ni se destruye, solo se
transforma. ¿en que se transformaría en este caso, si no se puede
conseguir que el vehículo llegue a alcanzar los 300.000 km/s?
A
la velocidad a la que se mueven nuestras naves espaciales no se pueden
apreciar los efectos que establece la teoría de la relatividad. Ahora
bien, si se consiguiese aumentar su velocidad y aproximarla a la de la
luz se apreciaría un aumento en la masa del transbordador. La energía
que se suministrara a los motores se transformaría en masa. Ambas
magnitudes quedan relacionadas por la ecuación de Einstein E=mc2. (Foto NASA)
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Einstein encontró la solución. Como propuso en su
relatividad especial, en esta nave que viaja próxima a la velocidad de
la luz, el tiempo transcurriría más lentamente y sus dimensiones se
acortarían con respecto a nosotros. Pero además podríamos comprobar que
su masa aumentaría progresivamente a medida que su velocidad se acerca
a la de la luz. La energía suministrada se invertiría en aumentar la
masa de la nave. Einstein dedujo la que se ha convertido en la ecuación
más famosa de todos los tiempos, la que todo el mundo conoce aunque
realmente no sepa claramente que significa, E=mc2.
La masa y la energía pasaron a ser conceptos equivalentes, relacionados
por un factor de conversión, curiosamente la velocidad de la luz
elevado al cuadrado. Estas conclusiones vieron la luz en un breve
artículo, el cuarto que Einstein publicaba en Annalen der
Physik en su annus mirabilis; la forma
definitiva de la ecuación aparecería posteriormente.
Esta relación se ha podido comprobar
experimentalmente en los aceleradores de partículas. Cuando se aceleran
protones a velocidades próximas a la de la luz, los observadores
externos verían como su masa aumentaría tanto más cuanto mayor fuese la
velocidad. Se ha comprobado que los protones que se mueven a un 99.99%
de la velocidad de la luz ven incrementada su masa 430 veces.
La relación entre masa y energía se ha puesto de
manifiesto en dos procesos: la fisión y la fusión atómica. Estos
fenómenos implican que unos átomos se pueden transformar en otros, bien
porque se rompen en otros más sencillos o bien porque algunos más
simples se unen para formar otros más pesados. En ambos casos hay
diferencia entre la masa de los productos iniciales y la de los
productos finales; la masa perdida se convierte en cantidades ingentes
de energía.
Para entender la fisión nuclear hay que hacer
varias consideraciones. En primer lugar, los núcleos de los átomos no
son rígidos ni indivisibles; los protones y neutrones se mueven
rápidamente en el núcleo; cuando un núcleo pesado es bombardeado por un
neutrón se vuelve inestable y se escinde en dos átomos de menor tamaño
cuya masa total es inferior a la del átomo de partida. La masa que
falta se transforma en energía.
Uno de los ejemplos más famosos de esta
transformación de masa en energía lo constituye la bomba átomica. La
que se arrojó sobre Hiroshima en 1945 llevaba una carga de unos 25 kg
de uranio 235. Las consecuencias de la bomba se debieron a la
transformación de unos 250 gramos de uranio en energía. La reacción
nuclear es la siguiente:
La energía nuclear, que primeramente se utilizó
con fines destructivos, se utiliza ahora para la obtención de energía
eléctrica en las centrales nucleares. Éstas están muy cuestionadas por
la posibilidad que presentan de ocasionar contaminación nuclear, como
sucedió en Chernobil, donde estalló un reactor liberando a la atmósfera
una gran cantidad de sustancias radiactivas que ha matado a muchísimas
de personas.
La
fusión nuclear es el caso contrario a la fisión. Dos átomos de
hidrógeno se combinan entre sí para dar lugar a un átomo de helio. Del
mismo modo hay una pérdida de masa que se transforma en energía. Este
mecanismo es el que alimenta a las estrellas; la energía que recibimos
del Sol se ha producido de este modo.
La energía que se obtiene por la fusión nuclear es
limpia y es prácticamente inagotable. Sin embargo aún no es viable su
explotación. Por ahora, conseguir la fusión requiere grandes cantidades
de energía y no se controla el proceso. El día que se logre la
humanidad habrá dado un gran paso para solucionar sus necesidades
energéticas, gracias a Einstein.
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