Albert Einstein y la dosis sana de dogmatismo

Albert Einstein y la dosis sana de dogmatismo

Por Jorge Senior

Popper solía poner de ejemplo de actitud no dogmática a Einstein, especialmente con relación a la Relatividad General y la predicción diferencial con respecto a la mecánica celeste de Newton sobre el comportamiento de la luz al pasar cerca del Sol, puesta a prueba en el eclipse solar del 29 de mayo de 1919.  Este caso trata de la curvatura local del espacio-tiempo.

Sin embargo, la teoría especial de la relatividad fue refutada por experimentos poco después de formulada en dos fulgurantes artículos de 1905 en la revista alemana Anales de Física (Annalen der Physik).  Como veremos, en este episodio se refuta esa imagen ejemplarizante y aleccionadora del gran científico judío en la retórica popperiana.

La falsación de la teoría especial de la relatividad que se estudiará en este breve artículo fue realizada por el físico experimental Walter Kaufmann.  Este físico judío alemán tiene el mérito de haber sabido apreciar la diferencia clave entre la “teoría del electrón” de Einstein y la de Lorentz, que al principio muchos no captaron debido a que hacían predicciones idénticas. 

Einstein utilizó las tranformaciones de Lorentz, pero su aporte fue mucho más revolucionario: crear una nueva cinemática, nada menos.  Toda la primera parte del artículo seminal Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento está enfocado en la cinemática.  Allí Einstein aniquila el concepto absoluto de simultaneidad y sustenta la relatividad de longitudes y tiempos con respecto a los sistemas de referencia (que el autor llama sistemas de coordenadas, un detalle semántico que se corregirá después), prescindiendo por completo del éter.  También encuentra que la velocidad de la luz es una velocidad límite*, algo que ya Thomson (1881, 1893), George Searle (1897) y Hendrik Lorentz (1899, 1900) habían predicho y calculado.  Luego, en la segunda parte, Einstein pasa a analizar la electrodinámica con ese nuevo marco cinemático de modo tal que el electromagnetismo, en sus diversas manifestaciones, y su marco teórico elaborado por Maxwell, queden incluídos en el principio de relatividad de Galileo.  Es decir, logra ampliar este principio más allá de la mecánica, gracias a abandonar el espacio absoluto de Newton y el tiempo absoluto de Galileo y Newton.

En esa segunda parte del artículo Einstein aborda varias aplicaciones de la teoría a modelos específicos electrodinámicos.  En el punto 10 trata la dinámica del electrón, una partícula descubierta apenas diez años antes por J.J. Thomson.  Dice García Márquez en su obra maestra Cien años de soledad que en Macondo “el mundo era tan reciente que muchas cosas carecían de nombre”.  Así sucedía en la nueva física que estaba surgiendo en los inicios del siglo XX, por lo cual Einstein empieza ese acápite con la frase: “Sea una partícula electricamente cargada con carga e (en adelante llamada un «electrón»)”.  En otro artículo de 1906 sugiere, como era su estilo, un experimento con rayos catódicos que podría poner a prueba sus ecuaciones de movimiento del electrón.

Pero los experimentos que se venían haciendo por parte de Kaufmann desde comienzos de siglo no eran con rayos catódicos (electrones rápidos) sino con rayos Beta (electrones aún más rápidos) analizando la desviación producida por campos eléctricos y magnéticos.  Su más significativo logro fue haber ofrecido en esos años la primera prueba de la dependencia de la masa con respecto a la velocidad en el caso de los electrones (se refiere a “masa electromagnética”, después llamada “masa relativista” (Gilbert Lewis y Richard Tolman en 1909), un término que Einstein nunca avaló y que hoy ya no se utiliza salvo para efectos pedagógicos o de divulgación).  En 1905 Kaufmann informó que sus resultados experimentales y las predicciones de Einstein-Lorentz eran inconsistentes, llevando a una intensa discusión en la comunidad de físicos y sucesivos experimentos a lo largo de varios años en diversos laboratorios hasta que en 1916 por fin se zanjó el debate gracias a los trabajos de Guye y Lavanchy (otros dirán que no, que sólo se zanjó en 1940 con los experimentos de Marguerite Rogers, A.W. McReynolds y F.T. Rogers, Jr. publicados en Physical Review de EEUU, pero ya desde 1917 la fórmula de Einstein-Lorentz se había probado por otra vía en el trabajo sobre estructura fina de las líneas de hidrógeno por Karl Glitscher con fundamento en las elaboraciones de Arnold Sommerfeld).

¿Cuál fue la actitud de Einstein ante los resultados experimentales incompatibles con su teoría? 

A diferencia de Lorentz que expresó su famosa frase derrotista “au bout du mon Latin”, Einstein ripostó con escepticismo y dudas sobre tales datos.  A esto ayudó que Planck revisó minuciosamente los experimentos de Kaufmann y sentenció que no eran lo suficientemente precisos para considerarlos refutación de las predicciones de Einstein-Lorentz.  Algo parecido informó Röntgen.  En 1907 Einstein, analizando los datos de Kaufmann, escribió: “El que las desviaciones sistemáticas estén basadas o no en una fuente de error todavía no considerada, o en una falta de correspondencia entre los fundamentos de la teoría de la relatividad y los hechos, sólo puede decidirse con seguridad cuando dispongamos de datos experimentales más numerosos” (Collected papers, vol. 2, doc. 47, pp. 434-484).

La crítica a los datos experimentales no fue el único sustento de la actitud mesuradamente dogmática de Einstein.  También tenía razones teóricas.  Por ejemplo, las teorías alternativas de Abraham y Bucherer** (también Langevin) con ecuaciones de movimiento del electrón basadas en hipótesis dinámicas -que Einstein consideraba arbitrarias- le resultaban difíciles de aceptar.  En el mismo artículo de 1907 argüía: “En mi opinión, no obstante, hay que conceder una probabilidad más bien pequeña a dichas teorías, puesto que sus hipótesis fundamentales sobre la masa de un electrón en movimiento no están apoyadas por sistemas teóricos que engloben complejos de fenómenos más amplios”. 

Esta crítica al fundamento teórico de las hipótesis en competencia muestra el aspecto epistemológico racionalista que Einstein siempre mantuvo, su confianza en la potencia de la teorización, complementario al empirismo propio de la ciencia experimental.  La epistemología de Einstein era racioempirista.  En su concepción, la “teoría del electrón” (en concreto sus ecuaciones de movimiento) era sólo un teorema o aplicación teórica deducida desde un marco teórico mucho más amplio, la nueva cinemática que había propuesto y sus aplicaciones generales a la electrodinámica y que en 1907 ya Einstein y otros llamaban “la teoría de la relatividad”.  Sin duda, Einstein concebía su teoría de la relatividad de 1905 como un sistema axiomático, cuyos axiomas eran: (1) el principio de relatividad (que modificaba el de Galileo con las transformaciones de Lorentz) y (2) la constancia de la velocidad de la luz* (como ley natural establecida en la teoría electromagnética de Maxwell).  En el artículo seminal, sin embargo, no usa el término “axiomas”, sino “postulados”, para referirse a los que también denomina “principios” (principios cinemáticos fundamentales).  A la “teoría del electrón”, un estructuralista actual la denominaría Modelo Potencial Parcial (MPP) de la Teoría Especial de la Relatividad (TER).

Esta pequeña viñeta de la historia de la física que hemos resumido aquí nos muestra un Einstein diferente al héroe falsacionista popperiano.  Admitamos que el propio Popper tuvo que morigerar su falsacionismo y terminó acuñando esta hermosa expresión: “dosis sana de dogmatismo”, asumida como una cualidad necesaria.  En el episodio narrado no cabe duda que Einstein hizo gala de tal dosis, utilizando para ello la crítica de los datos y la crítica del marco teórico alternativo, como recursos argumentativos.  Esta actitud hasta cierto punto dogmática es imprescindible en la ciencia porque el proceso de contrastación empírica no es instantáneo, sino que se prolonga en el tiempo.  ¿Meses? ¿Años? ¿Décadas?  No hay una regla, simplemente hasta que la comunidad científica agote el asunto.  Esto significa que la evaluación de los modelos de cambio científico es dependiente de la escala de tiempo.  En el tema mencionado del electrón pasaron 11 años, pero por ejemplo en la predicción de las ondas gravitacionales pasó casi un siglo.  Y no se debe olvidar que incluso si el asunto se zanjara negativamente para una teoría, la dosis sana de dogmatismo tiene alternativas como recortar el dominio de aplicación, alterar el “cinturón protector” o proponer hipótesis ad hoc.  Como si fuera poco, las teorías refutadas pueden seguir siendo utilizadas en la práctica si hay ventajas en ello.  Y no sólo en la práctica, también en la teoría pueden ser sacadas de la gaveta histórica para ensayar una versión modificada.  Es lo que sucede con la física newtoniana, ampliamente usada en ingeniería pero también desempolvada para ensayar enfoques newtonianos modificados en estudios cosmológicos sobre la gravedad (hipótesis MOND alternativa a la materia oscura).

*Nota: la “velocidad de la luz en el vacío” es una constante fundamental de la naturaleza, pero no por tratarse de la luz o porque el electromagnetismo tenga un protagonismo especial.  Las ondas gravitacionales, por ejemplo, también se propagan a esa misma velocidad.  En física relativista esta constante fundamental es una velocidad límite que corresponde a cualquier objeto sin masa en reposo (masa invariante).  La luz tiene esa velocidad por el hecho circunstancial, experimental pero no exigido por la teoría, de ser el fotón una partícula sin masa en reposo. 

**Hay que reconocerle a Bucherer a que en 1908 hizo experimentos en los cuales concluyó que su propia teoría estaba equivocada y las equivalentes de Lorentz-Einstein eran consistentes con los resultados.