XXI. LA FÍSICA DE PARTÍCULAS MUY VELOCES

CUANDO la energía de los proyectiles aumenta, el núcleo blanco puede volar en mil pedazos. Y si hacemos todavía más grande la velocidad de las partículas aceleradas, puede "verse" no sólo lo que hay en el interior del núcleo, sino que aun podemos incursionar dentro de los nucleones mismos. Entramos así, de lleno, al mundo subnuclear, o física de altas energías, o física de partículas elementales. Este mundo maravilloso está poblado por partículas muy pequeñas que se estudian con la ayuda de grandes aceleradores.

Como ya hemos dicho varias veces, los sistemas microscópicos se rigen por las leyes cuánticas; y, también ya lo mencionamos, las partículas muy rápidas sufren los efectos relativistas. A esos veloces proyectiles pequeñitos habrá que formularles, pues, un conjunto de leyes que sean al mismo tiempo cuánticas y relativistas. En otros términos, se deberá buscar el matrimonio de la mecánica de Schrödinger y Heisenberg con la física relativista de Einstein. Antes de contar las vicisitudes de este matrimonio es conveniente describir con un poco de detalle a uno de los cónyuges: la teoría de la relatividad. Hacia finales del siglo XIX, la óptica presentaba a los físicos una serie de quebraderos de cabeza: por ejemplo, no habían sido capaces de medir la velocidad de la luz con respecto al éter, medio misterioso y omnipresente que portaba las oscilaciones luminosas. ¿Qué sucedería, se dijo Einstein en 1905, si en verdad medir la velocidad absoluta de luz fuera imposible, debido a que así está construida la Naturaleza? En otros términos, y pensando en los sistemas de referencia inerciales que describimos al hablar de Galileo y Newton, ¿qué sucede si postulamos que la velocidad de la luz es la misma (e igual a trescientos mil kilómetros por segundo) cuando se mide no importa con respecto a qué sistema inercial?

El anterior postulado se justifica si lo planteamos de otra forma, tal vez más asequible. Vamos a suponer que existe una ley de la naturaleza que nos dice de un límite para la velocidad con que se pueden mover las cosas materiales. De acuerdo con la primera ley de Newton, o principio de relatividad, ese valor límite será el mismo en todo sistema inercial. Pero si buscamos una velocidad muy alta que pueda desempeñar el papel de velocidad límite, la más grande conocida es la de la luz. En tal caso, ninguna partícula, ni señal que lleve algún tipo de información, podrá rebasar la velocidad de la luz y ésta será la misma en todos los sistemas inerciales.

Las consecuencias de la suposición de Einstein son múltiples. Ahora los eventos que ocurren simultáneamente para un cierto observador, no son simultáneos para otro observador que se mueve respecto al primero, es decir, el postulado de Einstein ha demolido el concepto de tiempo absoluto, uniendo la idea de espacio a la de tiempo y creando el concepto del espacio-tiempo.

Las consecuencias dinámicas de la suposición de Einstein -aunada al principio de relatividad de Galileo-, son enormes. La segunda ley de Newton, que se refiere a la aceleración y por tanto al cambio en el tiempo de la velocidad, ya no es válida al alterarse el concepto básico de tiempo. Se genera, además, la equivalencia entre masa m y energía E que en la física relativista son en esencia lo mismo: E=mc², donde c es la velocidad de la luz, que es una constante física. En otros términos usar la energía en vez de la masa es como cambiar el sistema de unidades y por tanto no esencial.

Todo ello llevó también a una formulación matemática de las leyes de movimiento que es más complicada que la formulación newtoniana, lo que se traduce en "problemas conyugales" al tratar de casar a la mecánica cuántica con la relatividad.