Un año trascendental en la vida de Einstein
Un año trascendental en la vida de Einstein
EN 1905, un joven de 26 años empleado en una oficina de patentes publicó cuatro artículos científicos que revolucionaron nuestra visión del universo, desde sus partículas elementales hasta sus más gigantescas galaxias. Se llamaba Albert Einstein, y algunos de aquellos estudios sentaron las bases para inventos que han ido cambiando la vida del hombre durante los últimos cien años.
“Será difícil encontrar una sola idea fundamental de la física moderna que no se remonte siquiera parcialmente a Einstein”, señaló el premio Nobel de Física Isidor Rabi. Ahora bien, ¿qué descubrimientos efectuó Einstein hace un siglo?
La luz revela algunos de sus misterios
En marzo de 1905, Einstein publicó un tratado donde reveló algunos secretos sobre la naturaleza de la luz. La ciencia ya había constatado que al viajar por el espacio, la luz se comporta de forma muy semejante a las ondas de un estanque. Sin embargo, la teoría ondulatoria no explicaba satisfactoriamente por qué la luz que incide sobre los metales genera una corriente eléctrica solo cuando es de color azul tenue, y no rojo brillante. Se trataba del efecto fotoeléctrico, que Einstein contribuyó a explicar con aquella investigación.
Él afirmó que podría considerarse que la luz se comporta en determinados casos como si estuviera formada por paquetes de energía, a los que llamó fotones. Cuando los fotones poseen el nivel de energía (color) adecuado —nivel que no alcanzan los fotones de luz roja—, son capaces de liberar electrones de los átomos de los metales. Esta interacción desencadena el flujo de una corriente eléctrica en el material. Entre los inventos modernos ligados a la descripción einsteniana del efecto fotoeléctrico figuran los tubos electrónicos de las cámaras de televisión, las células fotovoltaicas solares y los fotómetros.
Este ilustre científico obtuvo en 1921 el Premio Nobel de Física por su explicación de la luz. Su trabajo de investigación abrió el camino para una nueva disciplina científica denominada cuántica. Esta, a su vez, puso los cimientos de innumerables aplicaciones en campos como la ciencia nuclear, la electrónica y la nanotecnología.
¿Por qué baila el polen?
En 1905, Einstein también centró su atención en los átomos y moléculas. Formuló una teoría para explicar el efecto que estos tenían sobre minúsculos granos de polen en una suspensión acuosa. Un biólogo llamado Robert Brown ya había observado por el microscopio en 1827 cómo los granos de polen se desplazaban en todas las direcciones cuando estaban sumergidos en agua. Aunque dio a este baile su nombre (movimiento browniano), no logró explicar por qué sucedía.
En mayo de 1905, Einstein publicó un artículo donde indicaba que las moléculas de agua ocasionaban al vibrar el movimiento browniano. No solo calculó las dimensiones de tales moléculas, sino que predijo las propiedades específicas de sus átomos. Partiendo de estas premisas, otros científicos prosiguieron con las investigaciones y establecieron fuera de toda duda que la materia está compuesta de átomos, concepto en el que se funda la física moderna.
El tiempo es relativo
La teoría restringida (o especial) de la relatividad, que Einstein publicó en junio de 1905, chocaba de plano con una creencia fundamental de científicos como Isaac Newton, según la cual la medición del tiempo es constante en todo el universo. Las implicaciones de la teoría de Einstein, que hoy goza de aceptación general, pudieran resultar muy sorprendentes.
Suponga, por ejemplo, que un amigo suyo y usted sincronizaran con toda precisión sus relojes. Si su amigo viajara en avión por todo el mundo y usted se quedara en casa, cuando él regresara, su reloj indicaría un minúsculo retraso al compararlo con el suyo. Mirando las cosas desde la perspectiva de usted, el tiempo avanzó más lento en el caso de su amigo viajero. Claro, la diferencia es infinitesimal cuando hablamos de velocidades humanas. Sin embargo, al acercarnos a la velocidad de la luz, no solo se hace significativamente más lento el tiempo, sino que también se reduce el tamaño de los objetos, a la vez que aumenta su masa. La teoría einsteniana sostenía que lo que se mantiene constante en todo el universo no es el tiempo, sino la velocidad de la luz.
La fórmula que cambió el mundo
En septiembre de 1905, Einstein publicó otro artículo al que pudiéramos considerar un anexo matemático a su teoría restringida de la relatividad. En él incluyó una fórmula que se ha convertido en símbolo de su labor: E=mc2. Esta ecuación implica que la cantidad de energía que se libera cuando se divide un átomo equivale a la pérdida de su masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.
Gracias a la labor de científicos como Einstein, el ser humano ha aprendido mucho sobre la naturaleza del universo. Con todo, el conocimiento que tiene incluso hoy en día encaja muy bien con la descripción que hizo Job en la antigüedad, quien admitió con humildad: “¡Miren! Estos son los bordes de sus caminos [o de las obras del Creador], ¡y qué susurro de un asunto se ha oído acerca de él!” (Job 26:14).
[Ilustraciones de la página 20]
(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)
La luz se comporta como ondas y también como partículas. La comprensión de este hecho ha permitido producir calculadoras activadas por energía solar y cámaras digitales con sensores de luz
[Ilustración de la página 21]
(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)
La agitación del movimiento browniano contribuyó a demostrar la existencia de los átomos
[Ilustraciones de la página 21]
(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)
E La energía
= es igual
m a la masa
c2 por la velocidad de la luz al cuadrado
c2 significa c por c, es decir 299.792 kilómetros por segundo multiplicado por 299.792 kilómetros por segundo
Dado que c2 es una cifra exorbitante (89.875.000.000 km2/s2), una pequeña cantidad de masa puede convertirse en una cantidad enorme de energía. Cuando se divide un átomo de uranio, forma enseguida dos átomos menores, aunque pierde una milésima parte de su masa; esa pequeña cantidad se transforma en una enorme liberación de energía
Energía liberada
Si realizáramos la conversión total en energía de tan solo un kilo [1 libra] de cualquier sustancia, tendríamos suficiente para
▪ suministrar cerca de 25.000 millones de kilovatios-hora
▪ cubrir el consumo de un automóvil que diera 400.000 vueltas a la Tierra
▪ mantener en marcha al mayor superpetrolero durante 900 vueltas al mundo, o
▪ aportar toda la electricidad que utiliza Estados Unidos en dos días
Mirándolo a la inversa, también hace falta una cantidad formidable de energía para “materializar” un solo átomo
[Ilustración de la página 21]
Cuanto más rápido se viaja, más lento avanza el tiempo
[Ilustración de la página 21]
El reloj integrado en un satélite del sistema de posicionamiento global (GPS) no funciona a la misma velocidad que otro situado en la Tierra. Si no se tomaran medidas para corregir este efecto de la relatividad, la señal del GPS sería inútil
[Reconocimientos de la página 20]
Einstein: foto de Topical Press Agency/Getty Images; fondo: CERN photo (Ginebra)