El elogio del éter

No es raro leer personas denigrando una teoría científica contemporánea diciendo que es “el éter del siglo XXI”. Muchas veces esta comparación se hace en relación a la materia oscura, esta misteriosa forma de materia que forma un cuarto de la energía del universo y que no sabemos qué es.

Yo creo que no sólo esto es falso en el caso de la materia oscura ya que sus propiedades son muy distintas de las del éter luminífero, sino que, peor aún, asume incorrectamente que la teoría del éter (el hipotético medio por el cual se transmitiría la luz) fue una idea ridícula de la física del siglo XIX que mejor olvidar; algo así como nuestros años de adolescencia con pelo largo y uñas pintadas de negro.

Pero así como no hay que avergonzarse por sus decisiones de estilo durante el secundario, yo sostengo que no hay que renegar el éter. Tanto el éter como las pulseras de tachas cumplieron su función y para se desechados requirieron una importante maduración del conocimiento pero para entender las razones detrás de estas nociones hay que conocer un poco sobre la tumultuosa adolescencia de la física.

La batalla de la luz

Durante varios siglos hubo un gran debate en la comunidad científica entre dos teorías rivales acerca de la naturaleza de la luz.

De un lado de la cancha estaban los que decían que la luz era una partícula. Liderados por el Newton (el famoso inglés), los campeones de la teoría corpuscular consideraban que en cada rayo de luz se escondía una infinidad de pequeñas ‘pelotitas’ que tenían características distintas según eran pelotitas azules, rojas, amarillas, etc… Esta teoría podía explicar una gran cantidad de observaciones, como la reflexión (entendible para cualquiera que haya jugado a los billares), la refracción y la división de la luz blanca en los colores del arcoíris.

Del otro lado estaba Huygens (un neerlandés no tan conocido) quien comandaba a la patota ondulatoria, quienes defendían la idea de que la luz era mejor entendida como una onda. En vez de pensarla como pequeñas bolitas cruzando el espacio, concebían a la luz eran como olas sobre el agua. Esta teoría podía explicar otros fenómenos que eran difíciles de encajar en la teoría corpuscular como la difracción y los fenómenos de interferencia. El problema de esta teoría era que, como analogía a las olas en el mar o el sonido en el aire, estas ondas lumínicas tenían que propagarse en un medio. El éter luminífero era ese hipotetizado medio; ese océano que transporta las olas lumínicas a través del espacio desde las estrellas más distantes hasta nuestros ojos.

Durante el siglo XVII, los instrumentos de medición no eran lo suficientemente precisos como para medir las predicciones de la teoría ondulatoria. Y esto, sumado a que Newton era más conocido y autoritativo –y, si se me permite, bastante forro con sus adversarios intelectuales– significó que su teoría corpuscular tuvo más éxito, fue más ampliamente adoptada y el éter no fue necesario. Gol para Newton.

Pero en la ciencia ningún partido dura sólo 90 minutos. A principios del 1800 Thomas Young (otro de los gigantes del pensamiento) revitalizó la teoría ondulatoria con su experimento de la doble ranura. Este gol a favor del nerlandés, sin embargo, significó el regreso del éter luminífero. Durante todo el siglo XIX la teoría ondulatoria se fue refinando más y más hasta que su formalización matemática en las ecuaciones de Maxwell en los ‘60 (del 1800) significaron un golazo de media cancha para el equipo ondulatorio.

Como consecuencia de esta brutal paliza propiciada por la teoría ondulatoria, el éter luminífero fue aceptado como un hecho. Ante la aceptación general de que la luz era una onda, no había otra conclusión posible que postular que esa onda debía propagarse a través de algo. Ese algo tenía que estar en todo el universo ya que de otra forma no podríamos ver estrellas a años luz de distancia. Lejos de ser un invento ridículo o un capricho de físicos ociosos, el éter era un elemento necesario de una teoría respetada e increíblemente exitosa.

Aún así, para esta época, estaba claro que el éter estaba en problemas. Sus propiedades resultaban cada vez más implausibles: tenía que ser extremadamente rígido para trasmitir la onda lumínica, pero a la vez debía fluir libremente en el espacio; además tenía que ser perfectamente transparente, y carecer de viscosidad para no influir en la órbita de los planetas. No sólo eso, sino que el las propias ecuaciones de Maxwell, gran éxito de la teoría ondulatoria, eran en cierta forma contrarias a la existencia del éter por demostrar que la velocidad de la luz era constante; algo que no sucede con otro tipo de ondas, como el sonido o las olas del mar cuya velocidad cambia si nos movemos con respecto al medio.

En este punto parecería que la caricatura del éter como una etapa olvidable de la adolescencia de la física es correcta, pero yo no creo que así sea. Simplemente la ciencia estaba siguiendo su curso, encontrando más y más agujeros en una teoría que en principio parecía necesaria; una crisis al estilo de Kuhn. Es muy fácil juzgar a los defensores del éter sabiendo cómo terminó la historia, pero yo desafío a cualquiera a nacer en el siglo XIX e inventar la noción de que una onda se puede desplazar en el vacío. La idea de que toda onda necesita un medio es razonable y no podemos culpar a los grandes científicos del pasado por no darse cuenta de que la luz era una excepción.

Y para demostrar que sabían lo que hacían, los físicos ya estaba remangados e inmersos en la difícil tarea de medir los efectos del éter. Uno pensaría que medir algo que está en todas partes tendría que ser una papa, pero uno tras otro los distintos e ingeniosos intentos para detectar esta escurridiza substancia fallaron miserablemente.

En 1887, Michelson y Morley famosamente fallan en detectar al éter y, aunque el debate continuó por varios años, en general se considera que este experimento fue el que puso el anteúltimo clavo en el ataúd del famoso éter luminífero. El clavo final, el entierro y el velatorio fueron responsabilidad respectivamente de las transformaciones de Lorenz, que ofrecieron una explicación a los resultados negativos de Michelson que mantenía la existencia del éter, la relatividad especial, que generó la misma explicación que Lorenz sin necesidad del éter, y, finalmente, la Navaja de Occam, que dijo que si no hacía falta postular un ente para explicar lo que observamos, entonces no tenemos por qué creer en su existencia.

Pero si bien este es el final del camino para el éter luminífero, la épica batalla entre ondas y partículas no termina acá. A pesar de que el éter estuviera en problemas y eventualmente sufriera una muerte agonizante, la teoría ondulatoria de la luz siguió en vigencia durante todo el siglo XIX.

También en 1887 se descubre el efecto fotoeléctrico, sólo explicable desde la teoría corpuscular, y la pelota se acercó peligrosamente al arco de Huygens. Luego, ni bien comenzado el siglo XX, luego de que sus profesores le dijeran que en la física “lo esencial ya está todo descubierto”, Max Planck rompe todo y redescubrió la esencia de la física al fundar la física cuántica. Entre otras cosas, esto significó que la luz se dividía en “cuantos” de energía sospechosamente similares a los corpúsculos de Newton. Esa rápida sucesión de tanto para la teoría corpuscular dejó la cancha en un estado de honesta confusión.

Para los años 20, la teoría corpuscular parecía haber agarrado un segundo aire. Aparecían más y más fenómenos que la teoría ondulatoria no podía explicar. Al efecto fotoeléctrico se le sumaba la radiación de cuerpo negro, el efecto Compton, la producción de luz por colisión de partículas, la absorción y emisión de luz de los átomos y una larga lista que, con buena razón, ponían nervioso al espíritu de Huygens.

Sin embargo, en 1924 aparece en la cancha un jugador que pateaba para los dos lados. Luis de Broglie decide irse por la suya y postular que la luz es una onda y la luz es una partícula; es una “ondícula”. Todos esos siglos de confusión se debieron a que el universo es más complejo de lo que pensamos.

La luz, entonces, se comporta como partícula bajo ciertas condiciones y como ondas en otras. Eventualmente la física cuántica determinó que esta dualidad onda-partícula vale también para toda la materia y energía del universo. Marche premio Nobel para de Broglie y declárese empate. Archívese.

Más respeto que soy tu éter.

Quien se ría del éter por sus propiedades aparentemente mágicas y antiintuitivas, ¿qué tiene para decir de la física actual que permite meter un coche en un garage más chico que el mismo? ¿O que hace que el tiempo pase más lento si nos movemos rápido? ¿Realmente es más loco pensar en un éter luminífero que permea todo el cosmos que pensar que un electrón puede interactuar con sigo mismo y estar en dos lugares al mismo tiempo?

Es más, el campo de Higgs no es tan distinto a un éter con la única diferencia que el primero fue confirmado con el descubrimiento del Bosón de Higgs en 2012.

El éter, en mi humilde opinión, no fue un capítulo olvidable de la historia de la ciencia ni mucho menos un fracaso de la física. Fue un elemento que cumplió su función mientras las observaciones eran compatibles con su existencia y que para ser desechado necesitó nada menos que una reformulación total de nuestra idea del espacio y el tiempo protagonizada por la teoría de la relatividad.