La fórmula más famosa del mundo — E=mc² — dice que la masa y la energía pueden transformarse una en otra. Incluso en reposo, cualquier objeto alberga una energía colosal: como si cada piedrecita fuera un resorte comprimido a punto de soltarse. Un poco de masa produce una energía enorme porque la velocidad de la luz (c) es muy grande y su cuadrado es una cifra astronómica. Así funcionan las estrellas y los reactores nucleares.
Historia
Albert Einstein publicó la formulación definitiva en 1905, aunque ideas sobre la relación entre masa y energía electromagnética ya habían sido sugeridas por Henri Poincaré en 1900. Las confirmaciones experimentales llegaron con el descubrimiento de las reacciones nucleares y el defecto de masa en la década de 1930. Hoy se verifica con altísima precisión en los aceleradores.
Cómo funciona
Pilar de la física nuclear y de partículas elementales: permite calcular la energía liberada en reacciones de fusión y fisión, y la creación de pares partícula-antipartícula. Limitaciones: es válida en sistemas de referencia inerciales; en relatividad general, la energía pasa a ser parte del tensor energía-impulso. El concepto de masa se complica en el espacio-tiempo curvo.
Dato curioso
¡El Sol convierte en luz cerca de 4 millones de toneladas de su materia cada segundo! Gracias a eso vivimos.
Dos electrones que salen de la punta de una aguja metálica casi al mismo tiempo comienzan a repelerse, como dos personas que intentan pasar a la vez por una puerta estrecha. Cuanto más cerca están el uno del otro, más se estorban.
En un cristal, el calor viaja en ondas. Los átomos vibran, y esas vibraciones —llamadas fonones— transportan energía desde el borde caliente hasta el frío. Durante mucho tiempo se pensó que si los fonones entraban en resonancia (sus frecuencias coincidían exactamente) y podían intercambiar energía, el calor fluiría en avalancha. Resulta que no es así.
Las señales gravitacionales de estrellas masivas moribundas son susurros que nos llegan desde los laboratorios más violentos del Universo. Einstein predijo estas ondas gravitacionales hace más de un siglo, pero solo hoy, con detectores como LIGO, comenzamos a escucharlas.
En un mundo ordinario sin energía oscura, la masa de cualquier cuerpo es siempre positiva. Parece obvio: la masa positiva atrae, creando gravedad. Pero en el universo real existe la energía oscura, una fuerza misteriosa que hace que el cosmos se expanda cada vez más rápido.
Dos cuerdas de guitarra tensadas en el mismo mástil. Son casi idénticas, pero una es un poco más corta, y suenan distinto. Así son aproximadamente los dos isómeros de la etanimina: moléculas con el mismo conjunto de átomos, pero orientadas de manera diferente en el espacio. Los astrónomos han detectado esta molécula en densas nubes cerca del centro de nuestra Galaxia.
Las ondas gravitacionales han desvelado el abismo: casi no nacen agujeros negros con masas entre 60 y 120 soles. Esta brecha la crean las supernovas por inestabilidad de pares, explosiones que no dejan ni una mota de polvo de la estrella.
La radioterapia del cáncer de próstata exige calcular con precisión la dosis de radiación en cada punto del cuerpo. El método clásico de Monte Carlo simula millones de partículas y tarda horas, pero para adaptar el plan a los cambios anatómicos diarios se necesitan segundos.
Una nube ultrafría de átomos atrapada en una trampa de luz láser sabe «respirar»: se contrae y se expande rítmicamente, como unos pulmones. Los físicos saben observar esta respiración desde hace tiempo, pero solo ahora han comprendido que su amplitud no es solo una imagen bonita, sino un medidor preciso de las ocultas vibraciones energéticas dentro de la nube.
Los rayos cósmicos son partículas cargadas que bombardean continuamente la Tierra desde las profundidades del espacio. Cuando una de estas partículas entra en la atmósfera, choca con los núcleos del aire y genera toda una cascada de partículas secundarias: electrones, muones, fotones.
Los rayos gamma son los destellos de luz más energéticos que nacen en las profundidades de los átomos. Su energía es como una huella dactilar: cada elemento radiactivo tiene su propio patrón. Pero medir ese patrón con alta precisión es como pesar un grano de arena en una balanza colocada sobre un camión que vibra.
Encender un miniatura sol es un viejo sueño de la humanidad. Generalmente, los científicos intentan confinar plasma incandescente (gas de partículas cargadas) a temperaturas de cientos de millones de grados.
La energía oscura y la materia oscura son los directores invisibles del cosmos. Normalmente se las considera independientes, pero un nuevo estudio propone verlas como compañeras de baile. La líder — energía oscura — cambia la masa de las partículas de materia oscura.
El agua caliente a veces se congela más rápido que la fría: eso es el efecto Mpemba. En el mundo cuántico, todo es aún más sorprendente: un sistema que hierve en desorden (con alta entropía) puede calmarse incomparablemente más rápido que uno casi tranquilo.
Todos los cuerpos caen de la misma manera — lo notó Galileo. Einstein convirtió esta observación en el principio de equivalencia: la gravedad y la aceleración son indistinguibles, de lo cual nació el espacio-tiempo curvado.
