viernes, 7 de mayo de 2010

Logros científicos y legado histórico de Einstein

Veamos brevemente los principales logros científicos del brillante físico Alemán acumulados a través de una vida de arduo trabajo y estudio.

En 1901 apareció el primer trabajo científico de Einstein: trataba de la atracción capilar. (Es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.)

En 1902 y 1903 publicó dos trabajos sobre los fundamentos estadísticos de la termodinámica, corroborando experimentalmente que la temperatura de un cuerpo se debe a la agitación de sus moléculas, una teoría aún discutida en esa época.

En 1905 finalizó su doctorado presentando una tesis titulada Una nueva determinación de las dimensiones moleculares.

Ese mismo año escribió cuatro artículos fundamentales sobre la física de pequeña y gran escala.

El primero de esos artículos de 1905, titulado “Sobre el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario”, cubría sus estudios sobre el movimiento browniano. (es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hallan en un medio fluido) El movimiento browniano había desconcertado a la comunidad científica desde su descubrimiento unas décadas atrás. La explicación de Einstein proporcionaba una evidencia experimental incontestable sobre la existencia real de los átomos.

El segundo artículo se titulaba “Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz”. En él Einstein proponía la idea de "quanto" de luz (ahora llamados fotones) y mostraba cómo se podía utilizar este concepto para explicar el efecto fotoeléctrico. Una explicación completa del efecto fotoeléctrico solamente pudo ser elaborada cuando la teoría cuántica estuvo más avanzada. Por este trabajo, y por sus contribuciones a la física teórica, Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921.

El tercer artículo de Einstein de ese año se titulaba "Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento". En este artículo Einstein introducía la teoría de la relatividad especial estudiando el movimiento de los cuerpos y el electromagnetismo en ausencia de la fuerza de interacción gravitatoria. La relatividad especial resolvía los problemas abiertos por el experimento de Michelson y Morley en el que se había demostrado que las ondas electromagnéticas que forman la luz se movían en ausencia de un medio. La velocidad de la luz es, por lo tanto, constante y no relativa al movimiento. La teoría recibe el nombre de "teoría especial de la relatividad" o "teoría restringida de la relatividad" para distinguirla de la Teoría general de la relatividad, que fue introducida por Einstein en 1915.

El cuarto artículo de aquel año se titulaba “Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig” y mostraba una deducción de la ecuación de la relatividad que relaciona masa y energía. En este artículo se exponía que "la variación de masa de un objeto que emite una energía L, es:

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donde V era la notación de la velocidad de la luz usada por Einstein en 1905.

Esta ecuación implica que la energía E de un cuerpo en reposo es igual a su masa m multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado:

 

La equivalencia entre la masa y la energía dada por la expresión de la teoría de la relatividad de Einstein, E = mc2, indica que la masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque se encuentre en reposo, concepto ausente en mecánica clásica.

También indica la relación cuantitativa entre masa y energía en cualquier proceso en que una se transforma en la otra, como en una explosión nuclear. Entonces, E puede tomarse como la energía liberada cuando una cierta cantidad de masa m es desintegrada, o como la energía absorbida para crear esa misma cantidad de masa. En ambos casos, la energía (liberada o absorbida) es igual a la masa (destruida o creada) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.

Energía en reposo = Masa × (Velocidad de la luz)2

La Teoría General de la Relatividad predecía muchas más cosas, como los Agujeros Negros, la posible interpretación de nuestro universo en expansión, la predicción de lentes gravitacionales (donde la luz de una estrella no sólo es desviada sino que puede aumentar su tamaño aparente), y las hasta ahora no confirmadas ondas gravitacionales. Este último aspecto merece un breve comentario. De igual forma que cuando lanzamos una piedra a un estanque de agua se producen ondas en dicho medio, la presencia de determinados fenómenos cósmicos, colapsos de estrellas, púlsares, etc. producirían ondas en el continuo espacio-tiempo. Y este fenómeno se debería detectar en determinadas condiciones. Lo curioso es que para poder hacerlo se necesitaría no sólo los dos satélites (Ligo y GEO) que hay trabajando para este fin, sino poderosísimos ordenadores para analizar este ingente caudal de información.

En 1907 Descubre el principio de equivalencia. (Afirma que puntualmente es indistinguible un sistema campo gravitatorio de un sistema de referencia no inercial acelerado.)

En 1909 En Salzburgo lee su ponencia "Evolución de las ideas sobre la esencia y la constitución de la Radiación".

En 1915 Completa la estructura lógica de la Teoría de la Relatividad General. Tres contribuciones decisivas sobre la Teoría de la Relatividad General, explicación del movimiento perihélico de mercurio a partir de esta teoría de y ecuaciones del campo gravitatorio.

En la teoría de la relatividad todos los observadores son considerados equivalentes y no únicamente aquellos que se mueven con una velocidad uniforme. La gravedad no es ya una fuerza o acción a distancia, como era en la gravedad newtoniana, sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. La teoría proporcionaba las bases para el estudio de la cosmología y permitía comprender las características esenciales del Universo, muchas de las cuales no serían descubiertas sino con posterioridad a la muerte de Einstein. La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió también reformular el campo de la cosmología.

Las características esenciales de la teoría de la Relatividad General son las siguientes:

* El principio general de covariancia: las leyes de la física deben tomar la misma forma matemática en todos los sistemas de coordenadas.

* El movimiento libre inercial de una partícula en un campo gravitatorio se realiza a través de trayectorias geodésicas.

* El principio de equivalencia o de invariancia local de Lorentz: las leyes de la relatividad especial (espacio plano de Minkowski) se aplican localmente para todos los observadores inerciales.

La relatividad general fue obtenida por Einstein a partir de razonamientos matemáticos, experimentos hipotéticos y rigurosa deducción matemática sin contar realmente con una base experimental. A pesar de su popularidad, o quizás precisamente por ella, la teoría contó con importantes detractores entre la comunidad científica que no podían aceptar una física sin un Sistema de referencia absoluto. En 1919 Se anuncia en una asamblea de la Real Sociedad y la Real Sociedad Astronómica de Londres que la teoría de Einstein ha sido confirmada por la observación del eclipse. Aparecen titulares sensacionalistas en el Times y el New York Times. Einstein se convierte en una figura mundial.

En 1924 publica un articulo junto con el físico indio, Satyendra Nath Bose describiendo a la luz como un gas de fotones. Las estadísticas de Bose-Einstein explican el comportamiento de los tipos básicos de partículas elementales denominadas bosones.

En el año 1950, expuso su Teoría de campo unificada en un artículo titulado «Sobre la teoría generalizada de la gravitación» en la famosa revista Scientific American. (es llamada también la “Teoría del Todo” que es una teoría hipotética de la Física teórica que explica y conecta en una sola todos los fenómenos físicos conocidos)

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El siglo de la relatividad. El gran legado de Einstein

En cierta ocasión alguien le preguntó a Einstein: “¿Dónde tiene su laboratorio?” El físico sonrió y sacó una pluma estilográfica del bolsillo. “Aquí”, dijo. Un pluma, una mesa y un cerebro fue lo único que necesitó para trastocar el edificio de la física. Además de su teoría de la relatividad especial, Einstein impulsó la mecánica cuántica, que explica el mundo subatómico, y la mecánica estadística moderna, que describe el comportamiento de un sistema con miles de millones de átomos. La química y la biotecnología deben mucho a aquel oficial de patentes que, a hurtadillas en la oficina y en el bullicio de su casa, demostró la existencia de las moléculas. En la primavera de 1905 Einstein envió una carta a su amigo Conrad Habicht donde le prometía cuatro trabajos de los cuales sólo uno merecía el apelativo de “muy revolucionario”, mientras que el resto eran, según él, “balbuceos sin importancia”. El trabajo revolucionario le valió el Nobel en 1921. Se titulaba Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la creación y transformación de la luz y lo envió a Annalen der Physik el 17 de marzo. Tras ese abstruso título se oculta el ensayo que le convirtió en uno de los padres de la teoría cuántica, cuyas bases había puesto Planck cinco años antes. Según él, la materia absorbe y emite energía en forma de pequeños paquetes o cuantos. Einstein fue más allá y propuso que la propia luz estaba compuesta por cuantos, los fotones. Einstein afirmó que la luz se comporta, a la vez, como partícula y como onda. Gracias a este planteamiento explicó de un plumazo el efecto fotoeléctrico, que hoy subyace en el encendido del alumbrado público o en los fotomultiplicadores de las cámaras de vídeo. Pero Einstein no se detuvo aquí. En 1917 publicó Sobre la teoría cuántica de la radiación, un artículo donde seguía explorando la interacción de la luz con la materia. En aquel trabajo predijo algo que nadie tomó en consideración hasta la década de 1950: el láser.

La clave está en los átomos

El 11 de mayo, Annalen recibía su segundo artículo, dedicado al movimiento browniano. Se dice que a Einstein le llegó la inspiración mientras conversaba con su mejor amigo, Michele Besso, acerca de la relación entre la viscosidad del líquido y el tamaño de las moléculas de azúcar disueltas: al disolverse un terrón en el té, se difunde por toda la taza y lo hace más viscoso. De esta observación, Einstein dedujo una nueva forma de determinar el tamaño de las moléculas. Ambos trabajos pretendían respaldar “la existencia de átomos de tamaño definido”. Con ellos salvó los problemas teóricos a los que se habían enfrentado los físicos del siglo XIX y contribuyó sobremanera a la llamada física estadística. Sin ella hoy sería imposible comprender desde la estructura interna de las estrellas hasta los superconductores. Una de las aplicaciones más espectaculares de esta disciplina se da en economía. ¿Puede establecerse una relación entre ambas? Sí. En 1900, el matemático francés Bachelier descubrió que las fluctuaciones de la bolsa podían describirse usando la teoría del movimiento browniano. En particular, propuso una fórmula para fijar el precio de una opción basándose en la idea de que tales fluctuaciones seguían el mismo proceso que una molécula moviéndose en un gas. Este trabajo quedó olvidado hasta los años 70, cuando los científicos Black y Scholes usaron la física estadística para describir el mercado de opciones. Desde entonces, algunas entidades financieras contratan físicos expertos en este campo para evaluar los riesgos a los que se enfrentan en el mercado de futuros. Más recientemente se han diseñado los denominados “trinquetes brownianos”, una versión microscópica de las ruedas dentadas de los cabrestantes, capaces de transformar el movimiento aleatorio en un desplazamiento sistemático. Algo parecido sucede con los trinquetes de los relojes, que usan el movimiento de la muñeca para darle cuerda. Gracias a ello se pueden clasificar los virus por tamaño o separar los contaminantes del agua. Pero el artículo por el que Einstein sería más conocido fue el que los editores recibieron el 11 de junio. Se titulaba Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento y en él sentaba las bases de la relatividad especial. Con él eliminaba los problemas surgidos al querer reconciliar la teoría electromagnética de Maxwell con la mecánica de Newton y el descubrimiento experimental de que la velocidad de la luz parecía ser independiente de la velocidad del observador.

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Fuentes:
http://www.muyinteresante.es/el-siglo-de-la-relatividad-el-gran-legado-de-einstein
http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
http://iesuribarri.iespana.es/ciclo/guillermo/cronologia.htm

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Ver Sección: Ciencia y Tecnologia.

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4 comentarios:

  1. Una imaginacion ilimitada! gracias por tanto albert!!!

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  2. Muy buena informacion de un gran hombre y una gran frace...para reflexionar.

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