Cinco pronósticos tecnológicos de Isaac Asimov para el año que empieza

Un dos de enero de 1920 nacia Isaac Asimov  considerado uno de los más grandes escritores de ciencia ficción de todos los tiempos.
Lugar: Petróvichi, Smolensk, Rusia
Muere: 6 de abril de 1992
Lugar: Nueva York, Estados Unidos
Escritor, historiador y bioquímico ruso, exitoso y excepcionalmente prolífico autor de obras de ciencia ficción y divulgación científica.

Los vaticinios sobre las tecnologías llamadas a regir el devenir del mundo se han convertido en habituales de los medios. En la mayoría de ocasiones se basan en fuentes expertas, aunque están lejos de representar una ciencia exacta. Sus pronósticos se nutren de los indicios del presente, y en ese sentido resulta improbable predecir el surgimiento de una tecnología radicalmente disruptiva: aquellas capaces de generar aplicaciones completamente nuevas.
En cualquier caso, este tipo de claves siguen siendo una fórmula efectiva para resumir las tendencias predominantes en una época. Por eso las grandes multinacionales, como hizo IBM hace varias semanas, acostumbran a lanzar sus quinielas. También los principales centros ciéntíficos del mundo, como el MIT, son habituales de este tipo de prácticas; y por supuesto las consultoras tecnológicas, ansiosas por generar corrientes de opinión.

Apuntes:¿Cuánto y durante cuánto tiempo hay que calentar el hidrógeno para mantener una reacción de fusión?

Al calentar el hidrógeno a temperaturas cada vez más altas, pierde energía por radiación a una velocidad cada vez mayor, Si la temperatura sigue aumentando, los átomos de hidrógeno pierden sus electrones, dejando que los núcleos desnudos choquen unos contra otros y se fundan. Esta fusión produce energía, Si la temperatura sigue subiendo, la cantidad de energía producida por fusión es cada vez mayor.

La cantidad de energía producida por la fusión aumenta más deprisa con la temperatura que la pérdida de energía por radiación. Al alcanzar cierta temperatura crítica, la energía producida por la fusión llega a ser igual a la perdida por radiación. En ese momento la temperatura se estabiliza y la reacción de fusión se automantiene. Con tal de suministrar hidrógeno al sistema, éste producirá energía a un ritmo constante.

La temperatura requerida varía con el tipo de hidrógeno. El tipo más común es el hidrógeno (H) con un núcleo compuesto por un solo protón. Después está el hidrógeno pesado, o deuterio (D), con un núcleo compuesto por un protón y un neutrón, y el hidrógeno radiactivo, o tritio (T), con un núcleo de un protón y dos neutrones.

La cantidad de energía producida por fusión nuclear a una temperatura dada con D es mayor que con H y menor que con T.

Las fusiones con H producen tan poca energía que haría falta una temperatura de más de mil millones de grados para mantener la reacción en el laboratorio. Es cierto que lo que se funde en el centro del Sol, donde la temperatura alcanza sólo los 15.000.000 de grados, es H, pero a una temperatura tan baja sólo se funde una proporción diminuta del hidrógeno. Sin embargo, la cantidad de H que hay en el Sol es tan ingente que aun esa diminuta proporción basta para mantener la radiación solar.

La fusión que menos temperatura requiere para iniciarse es la de T: basta unos cuantos millones de grados. Desgraciadamente el tritio es inestable y apenas se da en la naturaleza. Habría que formarlo en el laboratorio casi por encargo, y aun así sería imposible mantener a base de tritio la cantidad de reacciones de fusión que necesita la Tierra.

La fusión del deuterio tiene una temperatura de ignición de 400.000.000º C. El deuterio es estable pero raro; sólo un átomo de cada 6.700 es de deuterio. Pero tampoco exageremos. En un litro de agua ordinaria hay suficiente deuterio para producir por fusión una energía equivalente a la combustión de 67 litros de gasolina.

Un modo de alcanzar la temperatura necesaria es mediante la adición de algo de tritio para que actúe de detonador. La fusión de deuterio con tritio puede iniciarse a los 45.000.000º C. Si se logra prender un poco de la mezcla, el resto se calentaría lo suficiente para que el deuterio pudiese arder él solo.

El tiempo que hay que mantener la temperatura depende de la densidad del hidrógeno. Cuantos más átomos por centímetro cúbico, tantas más colisiones y más rápida la ignición. Si hay 1015 átomos por centímetro cúbico (una diezmilésima del número de moléculas por centímetro cúbico del aire normal), la temperatura habría que mantenerla durante dos segundos.

Claro está que cuanto mayor es la densidad y más alta la temperatura, tanto más difícil es mantener el deuterio en su sitio, incluso durante ese tiempo tan breve. Los sistemas de fusión han ido avanzando poco a poco durante todos estos años, pero aún no se han conseguido las condiciones para la ignición.

Isaac Asimov
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Apuntes:¿Qué relación hay entre entropía y orden?

Imaginemos nueve personas ordenadas en un cuadrado: tres columnas de tres, separadas las filas y columnas uniformemente. A esta disposición podemos calificarla de ordenada, porque es simétrica, fácil de visualizar y fácil de describir.

Si los nueve dan al mismo tiempo un paso hacia adelante, permanecerán en formación y la disposición seguirá siendo ordenada. Y lo mismo ocurre si todos dan un paso hacia atrás, o un paso a la izquierda, o a la derecha.

Pero supongamos que a cada uno se le dice que tiene que dar un paso hacia adelante, hacia atrás, a la izquierda o a la derecha dejándole que elija la dirección. Puede ser que todos ellos, sin mutuo acuerdo, decidan dar un paso hacia adelante, y en ese caso se mantendrá el orden. Pero la probabilidad que uno de ellos dé un paso hacia adelante es sólo de 1 entre 4, puesto que es libre de moverse en cuatro direcciones La probabilidad que los nueve hombres decidan independientemente avanzar hacia adelante es de

1 entre 4x4x4x4x4x4x4x4, ó 1 entre 262.144.

Si todos ellos se mueven hacia la derecha, o hacia la izquierda, o hacia atrás, también seguirán en orden, de manera que la probabilidad total que no se rompa la formación es de 4 entre 262.144, ó 1 entre 65.536. Como se ve, el orden tiene una probabilidad diminuta, y sabemos que en el momento que demos libertad para moverse, bastará un solo paso para romper el cuadrado y disminuir la cantidad de orden. Incluso si, por casualidad, todos se mueven en bloque, es casi seguro que el siguiente paso romperá la formación.

Todo esto para el caso que sólo haya nueve hombres y cuatro direcciones de movimiento. En la mayoría de los procesos naturales intervienen billones y billones de átomos que se pueden mover en infinidad de direcciones. Si, por casualidad, la disposición de átomos estuviera en un principio sometida a alguna clase de orden, es casi seguro que cualquier movimiento aleatorio, cualquier cambio espontáneo, disminuiría ese orden, o por decirlo de otra manera, aumentaría el desorden.

De acuerdo con el segundo principio de la termodinámica, la entropía del universo está en constante aumento; es decir, la distribución de energía en el universo está constantemente igualándose. Puede demostrarse que cualquier proceso que iguala las concentraciones de energía aumenta también el desorden. Por consiguiente, esta tendencia a incrementar el desorden en el universo con los movimientos aleatorios libres de las partículas que lo componen no es sino otro aspecto del segundo principio, y la entropía cabe considerarla como una medida del desorden que existe en el universo.

Miradas las cosas de esta manera, es fácil ver la mano del segundo principio por doquier, porque los cambios naturales actúan claramente en la dirección del desorden; para restaurar el orden hace falta un esfuerzo especial, y su esfuerzo cae sobre nuestras espaldas. Los objetos se descolocan, las cosas se desordenan, los vestidos se ensucian... Y para tener las cosas a punto es preciso estar constantemente arreglando y limpiando el polvo y ordenando. Quizá sirva de consuelo pensar que todo esto es el resultado de una gran ley cósmica; pero, no sé por qué, a mí no me sirve.

Isaac Asimov

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¿Está degradándose el universo?

Según el "segundo principio de la termodinámica", la entropía aumenta constantemente, lo cual significa que las diferencias en la concentración de energía también van desapareciendo. Cuando todas las diferencias en la concentración de energía se han igualado por completo, no se puede extraer más trabajo, ni pueden producirse cambios.

Pensemos en un reloj. Los relojes andan gracias a una concentración de energía en su resorte o en su batería. A medida que el resorte se destensa o la reacción química de la batería avanza, se establece un flujo de energía desde el punto de alta concentración al de baja concentración, y como resultado de este flujo anda el reloj. Cuando el resorte se ha destensado por completo o la batería ha finalizado su reacción química, el nivel de energía es uniforme en todo el reloj, no hay ya flujo de energía y la maquinaria se para. Podríamos decir que el reloj se ha "degradado". Por analogía decimos que el universo se "degradará" cuando toda la energía se haya igualado.

Claro está que podemos dar otra vez cuerda al reloj o comprar una batería nueva. Para dar cuerda al reloj utilizamos nuestra fuerza muscular, "degradándonos" nosotros mismos un poco. O si compramos un batería nueva, esa batería habrá que fabricarla, y para fabricarla es preciso que la industria del hombre se "degrade" un poco.

Comiendo podemos reponer la fuerza muscular gastada, pero los alimentos provienen en último término de las plantas, que utilizan la luz solar. La industria del hombre funciona principalmente a base de carbón y petróleo, que fueron formados por plantas, en épocas remotas, a partir de la energía solar. A medida que las cosas se degradan, podemos volver a "darles cuerda" utilizando algo que, por lo general, se remonta a la energía del Sol y al modo en que éste se está "degradando".

El Sol se compone en su mayor parte de hidrógeno, elemento que contiene mucha más energía por partícula que otros átomos más complicados, como el helio, el oxígeno y el hierro. Dentro del Sol se está produciendo constantemente una gradual uniformización de la concentración de energía a medida que el hidrógeno se convierte en átomos más complicados. (En las plantas de energía atómica de la Tierra ocurre otro tanto, a medida que los átomos de uranio se convierten en átomos menos complejos. Si algún día se llegan a construir plantas de fusión de hidrógeno, lo que estaríamos haciendo sería copiar en cierto modo lo que ocurre en el Sol.)

Por lo que hoy sabemos, llegará un momento en que las concentraciones de energía del Sol se igualarán, quedando sólo átomos de tamaño intermedio. Y lo mismo reza para todas las demás estrellas del universo y en general para todo lo que hay en él.

Si es cierto el segundo principio de la termodinámica, todas las concentraciones de energía en todos los lugares del universo se están igualando, y en ese sentido el universo se está degradando. La entropía alcanzará un máximo cuando toda la energía del universo esté perfectamente igualada; a partir de entonces no ocurrirá nada, porque aunque la energía seguirá allí, no habrá ya ningún flujo que haga que las cosas ocurran.

La situación parece deprimente (si es que el segundo principio es cierto en todo tipo de condiciones), pero tampoco hace falta alarmarse antes de tiempo. El proceso tardará billones de años en llegar a su fin, y el universo, tal como hoy existe, no sólo sobrevivirá a nuestro tiempo, sino con toda probabilidad a la humanidad e incluso a la Tierra.

Isaac Asimov

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Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz? (Parte 2)

Las explicaciones anteriores no dejaron sentada del todo la cuestión, sino que plantearon dudas e incitaron a muchos a formular por carta nuevas preguntas. Algunos preguntaban: “¿Por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?” o “¿Por qué se propaga la luz a 299.793 kilómetros por segundo y no a otra velocidad?”

Hoy por hoy, la única respuesta posible a esas preguntas es: “Porque así es el universo”.

Otros preguntaban: “¿Cómo aumenta la masa?” Esto ya es más fácil. No es que aumente el número de átomos, que sigue siendo el mismo, sino que es la masa de cada átomo (en realidad de cada partícula dentro del átomo) la que aumenta.

Hubo quienes preguntaron si no sería posible aumentar los recursos terrestres a base de mover la materia muy deprisa, doblando así su masa. De ese modo tendríamos justamente el doble.

No es cierto. El aumento de masa no es “real”. Es una cuestión de medida. La velocidad sólo adquiere significado como medida relativa a algo: a la persona que efectúa la medida, pongamos por caso. Lo único que cuenta es la medición. Ni tú ni yo podemos medir materia que se mueve más deprisa que la luz.

Pero supón que te agarras a esa materia que acabas de comprobar que tiene el doble de su masa normal y que la quieres utilizar para un fin determinado. Al moverte junto con ella, su velocidad con respecto a ti es cero y de pronto su masa es otra vez la normal.

Si pasas como un relámpago al lado de tu amigo a una velocidad próxima a la de la luz, verías que su masa es enorme y él vería igual de enorme la tuya. Tanto tú corno él pensaríais que vuestra propia masa era normal.

Preguntaréis: “¿Pero cuál de los dos ha aumentado realmente de masa?” La respuesta es: “Depende de quién haga la medida”. No hay “realmente” que valga; las cosas son tal como son medidas con respecto a algo y por alguien. De ahí el nombre de teoría de la “relatividad”.

Nosotros pensamos que estamos cabeza arriba y que los australianos están cabeza abajo. Los australianos piensan lo mismo pero al revés. ¿Cuál de las dos visiones es “realmente” la correcta? Ninguna de las dos. No hay “realmente” que valga. Depende de en qué punto de la Tierra nos encontremos. Todo es relativo.

Hubo también lectores que preguntaron: “Si la masa aumenta con la velocidad, ¿no se haría cero cuando el objeto estuviera absolutamente quieto?” Pero es que no hay el “absolutamente quieto”. Sólo hay “reposo relativo”. Una cosa puede estar en reposo en relación con otra. Cuando un objeto está en reposo en relación con la persona que efectúa la medida, posee una cierta masa mínima denominada “masa en reposo”. La masa no puede ser menor que eso.

A velocidades relativas grandes no sólo aumenta la masa de un objeto, sino que disminuye también la longitud del mismo en la dirección del movimiento y se retrasa el paso del tiempo por dicho objeto.

Y si preguntamos que por qué, la respuesta es: “Porque si no fuese así, la velocidad de la luz no sería la velocidad máxima para la materia.”

Isaac Asimov
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Apuntes: ¿Qué es la teoría del campo unificado?

A mediados del siglo XIX se conocían cuatro fenómenos que eran capaces de hacerse notar a través del vacío. Eran:

* gravitación,
* luz,
* atracción y repulsión eléctricas, y
* atracción y repulsión magnéticas.

Al principio parecía que los cuatro fenómenos eran completamente independientes, que no tenían necesariamente ninguna conexión entre sí. Pero entre 1864 y 1873 el físico teórico escocés J. Clerk Maxwell analizó matemáticamente los fenómenos eléctricos y magnéticos, encontrando ciertas relaciones básicas (las “ecuaciones de Maxwell”) que describían tanto los fenómenos eléctricos como los magnéticos y que demostraban que los unos dependían de los otros. No había ningún efecto eléctrico que no fuese acompañado de un determinado efecto magnético, y viceversa. En otras palabras, podía hablarse de un “campo electromagnético”, que se extendía a través del vacío y que, por contacto, influía sobre los cuerpos de acuerdo con la intensidad del campo en ese punto del espacio.

Maxwell demostró también que haciendo oscilar de manera regular a este campo se originaba una radiación que se alejaba de la fuente de oscilación a la velocidad de la luz en todas direcciones. La luz propiamente dicha era una de esas “radiaciones electromagnéticas” y Maxwell predijo la existencia de formas de luz con longitudes de onda mucho más pequeñas y mucho más grandes que la de la luz ordinaria. Esas otras formas de luz fueron descubiertas a lo largo de los veinte años siguientes, y hoy día se habla de todo un “espectro electromagnético”.

Así pues, de los cuatro fenómenos mencionados al principio, tres (electricidad, magnetismo y luz) quedaron fundidos en un único campo. Pero quedaba aún la gravedad por explicar. Estaban 1) el campo electromagnético y 2) el campo gravitatorio, que al parecer seguían siendo dos campos independientes.

Los físicos, sin embargo, pensaban que sería mucho más bonito que hubiese un solo campo (esa es la “teoría del campo unificado”); y así empezaron a buscar la manera de describir los efectos electromagnéticos y los gravitatorios de modo que la existencia de unos pudiera utilizarse para describir la naturaleza de la existencia de los otros.

Pero aunque se descubriesen unas ecuaciones que combinaran los efectos electromagnéticos y los gravitatorios, no lograrían del todo proporcionar, según los criterios actuales, un campo auténticamente unificado. Después de 1935 se descubrieron dos nuevos tipos de campo que sólo afectan a las partículas subatómicas y, además, sólo a distancias inferiores al diámetro de un núcleo atómico. Son la “interacción nuclear fuerte” y la “interacción nuclear débil”.

Un auténtico campo unificado tendría que dar cuenta de los cuatro campos que hoy se conocen.
Isaac Asimov,
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Apuntes: ¿Qué ocurre con toda la energía emitida por las estrellas?

Las estrellas emiten energía de tres diferentes maneras:

En forma de fotones de radiación electromagnética carentes de masa, desde los rayos gamma más energéticos a las ondas radioeléctricas menos energéticas (incluso la materia fría radia fotones; cuanto más fría es la materia, tanto más débiles son los fotones). La luz visible es parte de esta clase de radiación.

En forma de otras partículas sin masa, como son los neutrinos y los gravitones.

En forma de partículas cargadas de alta energía, principalmente protones, pero también cantidades menores de diversos núcleos atómicos y otras clases de partículas. Son los rayos cósmicos.

Todas estas partículas emitidas, fotones, neutrinos, gravitones, protones, etc. son estables mientras se hallen aisladas en el espacio. Pueden viajar miles de millones de años sin sufrir ningún cambio, al menos por lo que sabemos.

Así pues, todas estas partículas radiadas sobreviven hasta el momento (por muy lejano que sea) en que chocan contra alguna forma de materia que las absorbe. En el caso de los fotones sirve casi cualquier clase de materia. Los protones energéticos son ya más difíciles de parar y absorber, y mucho más difíciles aún los neutrinos. En cuanto a los gravitones, poco es lo que se sabe hasta ahora.

Supongamos ahora que el universo sólo consistiese en estrellas colocadas en una configuración invariable. Cualquier partícula emitida por una estrella viajaría por el espacio hasta chocar contra algo (otra estrella) y ser absorbida. Las partículas viajarían de una estrella a otra y, a fin de cuentas, cada una de ellas recuperaría toda la energía que había radiado. Parece entonces que el universo debería continuar inmutable para siempre.

El hecho que no sea así es consecuencia de tres cosas:

El universo no consta sólo de estrellas sino que contiene una cantidad importante de materia fría, desde grandes planetas hasta polvo interestelar. Cuando esta materia fría frena a una partícula, la absorbe y emite a cambio partículas menos energéticas. Lo cual significa que en definitiva la temperatura de la materia fría aumenta con el tiempo, mientras que el contenido energético de las estrellas disminuye.

Algunas de las partículas (neutrinos y gravitones, por ejemplo) emitidas por las estrellas y también por otras formas de materia tienen una tendencia tan pequeña a ser absorbidas por éstas que desde que existe el universo sólo han sido absorbidas un porcentaje diminuto de ellas. Lo cual equivale a decir que la fracción de la energía total de las estrellas que pulula por el espacio es cada vez mayor y que el contenido energético de las estrellas disminuye.

El universo está en expansión. Cada año es mayor el espacio entre las galaxias, de modo que incluso partículas absorbibles, como los protones y los fotones, pueden viajar por término medio distancias mayores antes de chocar contra la materia y ser absorbidas. Esta es otra razón que cada año sea menor la energía absorbida por las estrellas en comparación con la emitida, porque hace falta una cantidad extra de energía para llenar ese espacio adicional, producido por la expansión, con partículas energéticas y hasta entonces no absorbidas. Esta última razón es suficiente por sí misma. Mientras el universo siga en expansión, continuará enfriándose.

Naturalmente, cuando el universo comience a contraerse de nuevo, suponiendo que lo haga, la situación será la inversa y empezará a calentarse otra vez.

Isaac Asimov

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Apuntes: ¿Qué temperatura puede alcanzar una estrella?

Depende de la estrella y de qué parte de la estrella consideremos.  Más del 99% de las estrellas que podemos detectar pertenecen, como nuestro Sol, a una clasificación llamada "secuencia principal", y al hablar de la temperatura de una estrella queremos decir, por lo general, la temperatura de su superficie. Empecemos por aquí.
Toda estrella tiene una tendencia a "colapsar" (derrumbarse hacia el interior) bajo su propia atracción gravitatoria, pero a medida que lo hace aumenta la temperatura en su interior. Y al calentarse el interior, la estrella tiende a expandirse. Al final se establece el equilibrio y la estrella alcanza un cierto tamaño fijo. Cuanto mayor es la masa de la estrella, mayor tiene que ser la temperatura interna para contrarrestar esa tendencia al colapso; y mayor también, por consiguiente, la temperatura superficial.
El Sol, que es una estrella de tamaño medio, tiene una temperatura superficial de 6.000º C. Las estrellas de masa inferior tienen temperaturas superficiales más bajas, algunas de sólo 2.500ºC.
Las estrellas de masa superior tienen temperaturas más altas: 10.000  ºC, 20.000  ºC y más. Las estrellas de mayor masa, y por tanto las más calientes y más brillantes, tienen una temperatura superficial constante de 50.000  ºC como mínimo, y quizá más. Nos atreveríamos a decir que la temperatura superficial constante más alta posible de una estrella de la secuencia principal es 80.000  ºC.
¿Por qué no más? ¿Y si consideramos estrellas de masa cada vez mayor? Aquí hay que parar el carro. Si una estrella ordinaria adquiere una masa tal que su temperatura superficial supera los 80.000 ºC, las altísimas temperaturas del interior producirán una explosión. En momentos determinados es posible que se alcancen temperaturas superiores, pero una vez pasada la explosión quedará atrás una estrella más pequeña y más fría que antes.
La superficie, sin embargo, no es la parte más caliente de una estrella. El calor de la superficie se transmite hacia afuera, a la delgada atmósfera (o "corona") que rodea a la estrella. La cantidad total de calor no es mucha, pero como los átomos son muy escasos en la corona (comparados con los que hay en la estrella misma), cada uno de ellos recibe una cuantiosa ración. Lo que mide la temperatura es la energía térmica por átomo, y por esa razón la corona solar tiene una temperatura de 1.000.000  ºC aproximadamente.
También el interior de una estrella es mucho más caliente que la superficie. Y tiene que ser así porque sino, no podría aguantar las capas exteriores de la estrella contra la enorme atracción centrípeta de la gravedad. La temperatura del núcleo interior del Sol viene a ser de unos 15.000.000  ºC.
Una estrella de masa mayor que la del Sol tendrá naturalmente una temperatura nuclear y una temperatura superficial más altas. Por otro lado, para una masa dada las estrellas tienden a hacerse más calientes en su núcleo interior a medida que envejecen. Algunos astrónomos han intentado calcular la temperatura que puede alcanzar el núcleo interior antes que la estrella se desintegre. Una de las estimaciones que yo conozco da una temperatura máxima de 6.000.000.000 ºC.
¿Y qué ocurre con los objetos que no se hallan en la secuencia principal? En particular, ¿qué decir acerca de los objetos descubiertos recientemente, en los años sesenta? Tenemos los pulsares, que según se cree son "estrellas de neutrones" increíblemente densas, con toda la masa de una estrella ordinaria empaquetada en una esfera de un par de decenas de kilómetros de diámetro. La temperatura de su interior ¿no podría sobrepasar ese "máximo" de los seis mil millones de grados? Y también están los quasares, que según algunos son un millón de estrellas ordinarias, o más, colapsadas todas en una ¿Qué decir de la temperatura de su núcleo interior?
Hasta ahora nadie lo sabe.
Isaac Asimov
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¿Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz? (Parte 2)

Las explicaciones anteriores no dejaron sentada del todo la cuestión, sino que plantearon dudas e incitaron a muchos a formular por carta nuevas preguntas. Algunos preguntaban: “¿Por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?” o “¿Por qué se propaga la luz a 299.793 kilómetros por segundo y no a otra velocidad?”
Hoy por hoy, la única respuesta posible a esas preguntas es: “Porque así es el universo”.
Otros preguntaban: “¿Cómo aumenta la masa?” Esto ya es más fácil. No es que aumente el número de átomos, que sigue siendo el mismo, sino que es la masa de cada átomo (en realidad de cada partícula dentro del átomo) la que aumenta.
Hubo quienes preguntaron si no sería posible aumentar los recursos terrestres a base de mover la materia muy deprisa, doblando así su masa. De ese modo tendríamos justamente el doble.
No es cierto. El aumento de masa no es “real”. Es una cuestión de medida. La velocidad sólo adquiere significado como medida relativa a algo: a la persona que efectúa la medida, pongamos por caso. Lo único que cuenta es la medición. Ni tú ni yo podemos medir materia que se mueve más deprisa que la luz.
Pero supón que te agarras a esa materia que acabas de comprobar que tiene el doble de su masa normal y que la quieres utilizar para un fin determinado. Al moverte junto con ella, su velocidad con respecto a ti es cero y de pronto su masa es otra vez la normal.
Si pasas como un relámpago al lado de tu amigo a una velocidad próxima a la de la luz, verías que su masa es enorme y él vería igual de enorme la tuya. Tanto tú corno él pensaríais que vuestra propia masa era normal.
Preguntaréis: “¿Pero cuál de los dos ha aumentado realmente de masa?” La respuesta es: “Depende de quién haga la medida”. No hay “realmente” que valga; las cosas son tal como son medidas con respecto a algo y por alguien. De ahí el nombre de teoría de la “relatividad”.
Nosotros pensamos que estamos cabeza arriba y que los australianos están cabeza abajo. Los australianos piensan lo mismo pero al revés. ¿Cuál de las dos visiones es “realmente” la correcta? Ninguna de las dos. No hay “realmente” que valga. Depende de en qué punto de la Tierra nos encontremos. Todo es relativo.
Hubo también lectores que preguntaron: “Si la masa aumenta con la velocidad, ¿no se haría cero cuando el objeto estuviera absolutamente quieto?” Pero es que no hay el “absolutamente quieto”. Sólo hay “reposo relativo”. Una cosa puede estar en reposo en relación con otra. Cuando un objeto está en reposo en relación con la persona que efectúa la medida, posee una cierta masa mínima denominada “masa en reposo”. La masa no puede ser menor que eso.
A velocidades relativas grandes no sólo aumenta la masa de un objeto, sino que disminuye también la longitud del mismo en la dirección del movimiento y se retrasa el paso del tiempo por dicho objeto.
Y si preguntamos que por qué, la respuesta es: “Porque si no fuese así, la velocidad de la luz no sería la velocidad máxima para la materia.”
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Apuntes: ¿Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz? (Parte 1)

La energía suministrada a un cuerpo puede influir sobre él de distintas maneras. Si un martillo golpea a un clavo en medio del aire, el clavo sale despedido y gana energía cinética o, dicho de otro modo, energía de movimiento. Si el martillo golpea sobre un clavo incrustado en madera dura e incapaz por tanto de moverse, el clavo seguirá ganando energía, pero en forma de calor.
Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad que la masa cabía contemplarla como una forma de energía (y el invento de la bomba atómica probó que estaba en lo cierto). Al añadir energía a un cuerpo, esa energía puede aparecer por tanto en la forma de masa, o bien en otra serie de formas.
En condiciones ordinarias, la ganancia de energía en forma de masa es tan increíblemente pequeña, que sería imposible medirla. Fue en el siglo XX, con la observación de partículas subatómicas que se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo, cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 kilómetros por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que en reposo (siempre respecto a nosotros).
La energía que se comunica a un cuerpo libre puede integrarse en él de dos maneras distintas:
en forma de velocidad, con lo cual aumenta la rapidez del movimiento, y
en forma de masa, con lo cual se hace “más pesado”.
La división entre estas dos formas de ganancia de energía, tal como la medimos nosotros, depende en primer lugar de la velocidad del cuerpo (medida, una vez más, por nosotros).
Si el cuerpo se mueve a velocidades normales, prácticamente toda la energía se incorpora en forma de velocidad: el cuerpo se mueve más aprisa sin sufrir apenas ningún cambio de masa.
A medida que aumenta la velocidad del cuerpo (y suponiendo que se sigue inyectando constantemente energía) es cada vez menos la energía que se convierte en velocidad y más la que se transforma en masa. Observamos que aunque el cuerpo siga moviéndose cada vez más rápido, el ritmo de aumento de velocidad decrece. Como contrapartida notamos que gana masa a un ritmo ligeramente mayor.
Al aumentar aún más la velocidad y acercarse a los 299.793 kilómetros por segundo, que es la velocidad de la luz en el vacío, casi toda la energía añadida entra en forma de masa. Es decir, la velocidad del cuerpo aumenta muy lentamente, pero ahora es la masa la que sube a pasos agigantados. En el momento en que se alcanza la velocidad de la luz, toda la energía añadida aparece en forma de masa adicional.
El cuerpo no puede sobrepasar la velocidad de la luz, porque para conseguirlo hay que comunicarle energía adicional, y a la velocidad de la luz toda esa energía, por mucha que sea, se convertirá en nueva masa, con lo cual la velocidad no aumentará ni un ápice.
Todo esto no es “pura teoría”. Los científicos han observado con todo cuidado durante años las partículas subatómicas. En los rayos cósmicos hay partículas de energía increíblemente alta, pero por mucho que aumenta su masa, la velocidad nunca llega a la de la luz en el vacío. La masa y la velocidad de las partículas subatómicas son exactamente como predice la teoría de la relatividad, y la velocidad de la luz es una velocidad máxima como una cuestión de hecho, no en virtud de simples especulaciones.
Isaac Asimov
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Apuntes: ¿Cuál es la unidad de tiempo más pequeña posible?

Poco después de 1800 se sugirió que la materia consistía en pequeñas unidades llamadas "átomos". Poco después de 1900 se aceptó que la energía constaba de pequeñas unidades llamadas "cuantos". Pues bien, ¿hay alguna otra magnitud común que venga en pequeñas unidades fijas? ¿El tiempo, por ejemplo?
Hay dos maneras de encontrar una "unidad lo más pequeña posible". Está primero el método directo de dividir una cantidad conocida hasta que no se pueda seguir dividiendo: descomponer una masa conocida en cantidades cada vez más pequeñas hasta quedarnos con un solo átomo, o dividir energías conocidas hasta obtener un solo cuanto. El otro método, indirecto, consiste en observar algún fenómeno que no pueda explicarse a menos que supongamos la existencia de una unidad mínima.
En el caso de la materia, la necesidad de una teoría atómica vino a través de una serie muy nutrida de observaciones químicas, entre las cuales figuraban la "ley de las proporciones definidas" y la "ley de las proporciones múltiples". En el caso de la energía, fue el estudio de la radiación del cuerpo negro y la existencia del efecto fotoeléctrico lo que determinó la necesidad de la teoría cuántica.
En el caso del tiempo, el método indirecto falla... al menos hasta ahora. No se han observado fenómenos que hagan necesario suponer que existe una unidad de tiempo mínima.
¿Y por el método directo? ¿Podemos observar períodos de tiempo cada vez más cortos, hasta llegar a algo que sea lo más corto posible?
Los físicos empezaron a manejar intervalos de tiempo ultracortos a raíz del descubrimiento de la radiactividad. Algunos tipos de átomos tenían una vida media muy breve. El polonio 212, por ejemplo, tiene una vida media inferior a una millonésima (10-6) de segundo. Se desintegra en el tiempo que tarda la Tierra en recorrer una pulgada en su giro alrededor del Sol a 29,8 kilómetros por segundo. Pero por mucho que los físicos estudiaron estos procesos con detalle, no había ningún signo, durante ese intervalo, que el tiempo fluyese a pequeños saltos y no uniformemente.
Pero podemos ir un poco más lejos. Algunas partículas subatómicas se desintegran en intervalos de tiempo mucho más cortos. En la cámara de burbujas hay partículas que, viajando casi a la velocidad de la luz, logran formar, entre el momento de su nacimiento y el de su desintegración, una traza de unos tres centímetros, que corresponde a una vida de una diezmilmillonésima (10-10) de segundo.
Más ahí tampoco acaba la cosa. Durante los años sesenta se descubrieron partículas de vida especialmente corta. Tan efímeras, que aun moviéndose casi a la velocidad de la luz no podían desplazarse lo bastante para dejar una traza medible. El tiempo que vivían había que medirlo por métodos indirectos y resultó que estas "resonancias" de vida ultracorta vivían sólo diezcuatrillonésimas (10-23) de segundo.
Es casi imposible hacerse una idea de un tiempo tan fugaz. La vida de una resonancia es a una millonésima de segundo lo que una millonésima de segundo a tres mil años.
O mirémoslo de otra manera, la luz se mueve en el vacío a unos 300.000 kilómetros por segundo, que es la velocidad más grande que se conoce. Pues bien, la distancia que recorre la luz entre el nacimiento y la muerte de una resonancia es de 10-13 centímetros. ¡Aproximadamente la anchura de un protón!
Pero tampoco hay que pensar que la vida de una resonancia es la unidad de tiempo más pequeña que puede haber. No hay signos que exista un límite.
Isaac Asimov