Albert Einstein

01.07.2010 20:44

1.      INTRODUCCIÓN

 

Albert Einstein

 

Albert Einstein es considerado uno de los mayores científicos de todos los tiempos. Tres artículos suyos publicados en 1905 fueron trascendentales para el desarrollo de la física e influyeron en el pensamiento occidental en general. Los artículos trataban de la naturaleza de la luz, describían el movimiento molecular e introducían la teoría de la relatividad restringida. Einstein es famoso por replantearse continuamente suposiciones científicas tradicionales y sacar conclusiones sencillas a las que nadie había llegado antes. No se conoce tanto su compromiso social, aunque era un ardiente pacifista y sionista. En la grabación, Einstein habla de Gandhi y elogia la no violencia.

Enciclopedia Encarta

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Albert Einstein (1879-1955), físico alemán nacionalizado estadounidense, premiado con un Nobel, famoso por ser el autor de las teorías general y restringida de la relatividad y por sus hipótesis sobre la naturaleza corpuscular de la luz. Es probablemente el científico más conocido del siglo XX.

 

Nació en Ulm el 14 de marzo de 1879 y pasó su juventud en Munich, donde su familia poseía un pequeño taller de máquinas eléctricas. Ya desde muy joven mostraba una curiosidad excepcional por la naturaleza y una capacidad notable para entender los conceptos matemáticos más complejos. A los doce años ya conocía la geometría de Euclides.

 

A la edad de 15 años, cuando su familia se trasladó a Milán, Italia, a causa de sucesivos fracasos en los negocios, Einstein abandonó la escuela. Pasó un año con sus padres en Milán y viajó a Suiza, donde terminó los estudios secundarios e ingresó en el Instituto Politécnico Nacional de Zurich.

 

Durante dos años Einstein trabajó dando clases particulares y de profesor suplente. En 1902 consiguió un trabajo estable como examinador en la Oficina Suiza de Patentes en Berna.

 

2.      PRIMERAS PUBLICACIONES CIENTÍFICAS

 

En 1905 se doctoró en la Universidad de Zurich, con una tesis sobre las dimensiones de las moléculas; también publicó cuatro artículos teóricos de gran valor para el desarrollo de la física del siglo XX. En el primero de ellos, sobre el movimiento browniano, formuló predicciones importantes sobre el movimiento aleatorio de las partículas dentro de un fluido, predicciones que fueron comprobadas en experimentos posteriores. El segundo artículo, sobre el efecto fotoeléctrico, anticipaba una teoría revolucionaria sobre la naturaleza de la luz. Según Einstein, bajo ciertas circunstancias la luz se comportaba como una partícula. También afirmó que la energía que llevaba toda partícula de luz, denominada fotón, era proporcional a la frecuencia de la radiación. Lo representaba con la fórmula E = hu, donde E es la energía de la radiación, h una constante universal llamada constante de Planck y u es la frecuencia de la radiación. Esta teoría, que planteaba que la energía de los rayos luminosos se transfería en unidades individuales llamadas cuantos, contradecía las teorías anteriores que consideraban que la luz era la manifestación de un proceso continuo. Las tesis de Einstein apenas fueron aceptadas. De hecho, cuando el físico estadounidense Robert Andrews Millikan confirmó experimentalmente sus tesis casi una década después, éste se mostró sorprendido e inquieto por los resultados.

 

Einstein, interesado por comprender la naturaleza de la radiación electromagnética, propugnó el desarrollo de una teoría que fusionara las ondas y partículas de la luz. De nuevo fueron muy pocos los científicos que comprendieron y aceptaron estas ideas.

 

3.      TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN

 

Lecturas adicionales

Fragmento de La teoría de la relatividad.

De Albert Einstein y otros.

Espacio y tiempo en la mecánica clásica.

 

Si yo formulara la tarea de la mecánica del siguiente modo: «La mecánica debe describir cómo varía con el tiempo la posición de los cuerpos en el espacio», sin añadir prolijas consideraciones y explicaciones detalladas, estaría cargando sobre mi conciencia algunos pecados mortales contra el santo espíritu de la claridad; en primer lugar, descubramos estos pecados.

 

No está claro lo que hay que entender aquí por «posición» y «espacio». Me encuentro en la ventanilla de un vagón de ferrocarril animado de un movimiento uniforme y dejo caer una piedra sobre el terraplén, sin comunicar a aquélla impulso alguno. Veré entonces (prescindiendo de la influencia de la resistencia del aire) que la piedra cae en línea recta. Un peatón que observa la fechoría desde la carretera nota que la piedra cae a tierra según un arco de parábola... Pregunto ahora: las «posiciones» que recorre la piedra, ¿se hallan «en realidad» sobre una recta o sobre una parábola? ¿Qué significa además aquí movimiento «en el espacio»? A partir de las consideraciones hechas en § 2, la respuesta es evidente. En primer lugar dejamos a un lado la oscura palabra «espacio», bajo la cual —reconozcámoslo sinceramente— no podemos formarnos ni el más ligero concepto, y la sustituimos por «movimiento con respecto a un cuerpo de referencia prácticamente rígido». Las posiciones con respecto al cuerpo de referencia (vagón de ferrocarril o suelo de la tierra) fueron ya definidas con detalle en la sección anterior. Si en lugar de «cuerpo de referencia» introducimos el concepto de «sistema de coordenadas», concepto útil con vistas a una descripción matemática, podemos decir entonces: respecto a un sistema de coordenadas rígidamente unido al vagón, la piedra describe una recta; respecto a un sistema de coordenadas rígidamente unido al suelo, una parábola. En este ejemplo se ve claro que no existe ninguna trayectoria propiamente dicha, sino sólo trayectorias con relación a un cuerpo de referencia determinado.

 

Ahora bien, no existirá una descripción completa del movimiento en tanto no se especifique cómo varía la posición del cuerpo con el tiempo, es decir, para cada punto de la trayectoria hay que especificar en qué momento se encuentra allí el cuerpo. Estos datos han de completarse con una definición de tiempo tal que, en virtud de ella, podamos considerar esos valores del tiempo como magnitudes esencialmente observables (resultados de mediciones). En el caso de nuestro ejemplo —y moviéndonos en el terreno de la mecánica clásica— podemos satisfacer ese requisito de la manera siguiente. Imaginemos dos relojes de idéntica construcción, uno de ellos en manos del hombre que está en la ventanilla del vagón de ferrocarril y el otro en manos del hombre que se encuentra en el camino de peatones. Cada uno de ellos determina en qué lugar de su propio cuerpo de referencia se halla la piedra cada vez que el reloj que tiene en su mano marca un «tic». Aquí prescindiremos del análisis de la imprecisión introducida como consecuencia de la finitud de la velocidad de propagación de la luz. De ello y de una segunda dificultad que también prevalece aquí hablaremos con detalle más adelante.

 

El principio de la relatividad (en sentido restringido).

 

Con el fin de alcanzar la máxima claridad partiremos una vez más del ejemplo del vagón del ferrocarril que viaja uniformemente. Su movimiento lo denominamos traslación uniforme («uniforme» porque su velocidad y dirección son constantes, «traslación» porque si bien el vagón varía de posición con respecto al terraplén, al hacerlo no ejecuta rotación alguna). Imaginemos que un cuervo vuela en línea recta y uniformemente —visto desde el terraplén— por los aires. Observado desde el vagón en marcha, el movimiento del cuervo sería ciertamente un movimiento de distinta velocidad y distinta dirección, pero seguiría siendo rectilíneo y uniforme. Expresado lo mismo de un modo abstracto podemos decir: si una masa m se mueve rectilínea y uniformemente con respecto a un sistema de coordenadas K, también se moverá rectilínea y uniformemente con respecto a un segundo sistema de coordenadas K’, siempre que este último ejecute con respecto a K un movimiento de traslación uniforme. Teniendo en cuenta la digresión de la sección anterior, se sigue que:

Si K es un sistema de coordenadas de Galileo, entonces también será de Galileo cualquier otro sistema de coordenadas K’ que con respecto a K posea un movimiento de traslación uniforme. Con respecto a K’ las leyes de la mecánica de Galileo-Newton son igual de válidas que con respecto a K.

 

Demos un paso más en el proceso de generalización y expresemos el siguiente principio: si K’ es con respecto a K un sistema de coordenadas animado de un movimiento uniforme y libre de rotación, entonces los sucesos de la naturaleza transcurren con respecto a K’ según unas leyes generales que son exactamente las mismas que con respecto a K. Esta afirmación la denominamos «principio de la relatividad» (en sentido restringido).

 

El segundo argumento, sobre el que volveremos más adelante, es el siguiente. Si el principio de la relatividad (en sentido restringido) no es válido, entonces los sistemas de coordenadas de Galileo K, K’, K”, etc., que se mueven uniformemente unos con respecto a otros, no serán equivalentes a la hora de describir los sucesos de la naturaleza. No tendríamos por menos entonces que pensar que las leyes de la naturaleza sólo se podrían formular de una manera sencilla y natural si de entre todos los sistemas de coordenadas de Galileo eligiésemos uno (K0), con un estado de movimiento determinado, como cuerpo de referencia. A este sistema lo calificaríamos con toda razón (por sus excelencias en la descripción de la naturaleza) de «absolutamente en reposo», mientras que de todos los demás sistemas K de Galileo diríamos que son «móviles». Por ejemplo, si el terraplén fuese el sistema K0, nuestro vagón de ferrocarril sería un sistema K con relación al cual se cumplirían leyes menos sencillas que con respecto a K0. Esta menor simplicidad sería imputable al hecho de que, con respecto a K0 (es decir, «realmente»), el vagón K se halla en movimiento. En las leyes generales de la naturaleza formuladas con respecto a K tendrían que desempeñar cierto papel la magnitud y la dirección de la velocidad de marcha del vagón. Por ejemplo, sería de esperar que el tono de un tubo de órgano fuese distinto al colocar este último con su eje paralelo a la dirección de marcha que al colocarlo perpendicular a la misma. Ahora bien: debido a su movimiento orbital en torno al sol, nuestra tierra es comparable a un vagón que viajase a una velocidad de unos 30 km. por segundo. Por consiguiente, en el caso de que el principio de la relatividad no fuere válido, sería de esperar que la dirección del movimiento de la tierra en cada momento interviniese en las leyes de la naturaleza y que, por ende, el comportamiento de los sistemas físicos dependiese de la orientación espacial con respecto a la tierra. Pues debido a la alteración que en el transcurso del año se opera en la dirección de la velocidad de revolución de la tierra, ésta no puede hallarse todo el año en reposo con relación al hipotético sistema K0. Sin embargo, y pese al esmero que se ha puesto en ello, jamás se ha logrado observar una tal anisotropía del espacio físico terrestre, es decir, una no-equivalencia física de las distintas direcciones. Esto constituye un argumento de peso en favor del principio de la relatividad.

 

Fuente: Einstein, Albert y otros. La teoría de la relatividad. Madrid: Alianza Editorial, 1978.

 

La tercera publicación de Einstein en 1905, Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, y la cuarta titulada ¿Depende la inercia de un cuerpo de la energía que contiene?, formulaban lo que después llegó a conocerse como la teoría especial de la relatividad (o teoría restringida de la relatividad). Desde los tiempos del matemático y físico inglés Isaac Newton, los filósofos de las ciencias naturales (nombre que recibían los físicos y químicos) habían intentado comprender la naturaleza de la materia y la radiación, y su interacción en algunos modelos unificados del mundo. La hipótesis que sostenía que las leyes mecánicas eran fundamentales se denominó visión mecánica del mundo. La hipótesis que mantenía que eran las leyes eléctricas las fundamentales recibió el nombre de visión electromagnética del mundo. Ninguna de las dos concepciones era capaz de explicar con fundamento la interacción de la radiación (por ejemplo, la luz) y la materia al ser observadas desde diferentes sistemas de inercia de referencia, o sea, la interacción producida en la observación simultánea por una persona parada y otra moviéndose a una velocidad constante.

 

En la primavera de 1905, tras haber reflexionado sobre estos problemas durante diez años, Einstein se dio cuenta de que la solución no estaba en la teoría de la materia sino en la teoría de las medidas. En el fondo de su teoría restringida de la relatividad se encontraba el hallazgo de que toda medición del espacio y del tiempo es subjetiva. Esto le llevó a desarrollar una teoría basada en dos premisas: el principio de la relatividad, según el cual las leyes físicas son las mismas en todos los sistemas de inercia de referencia, y el principio de la invariabilidad de la velocidad de la luz, según el cual la velocidad de la luz en el vacío es constante. De este modo pudo explicar los fenómenos físicos observados en sistemas de inercia de referencia distintos, sin tener que entrar en la naturaleza de la materia o de la radiación y su interacción, pero nadie entendió su razonamiento.

 

En su cuarto artículo, Einstein dedujo la famosísima fórmula E = m·c2 que relaciona la energía (E) con la masa (m) y la velocidad de la luz (c). Como el valor de c es muy elevado, una pequeña masa equivale a una gran cantidad de energía.

 

4.      PRIMERAS REACCIONES A EINSTEIN

 

La dificultad de otros científicos para aceptar la teoría de Einstein no estribaba en sus complejos cálculos matemáticos y su dificultad técnica, sino que partía del concepto que tenía Einstein de las buenas teorías y su relación con la experimentación. Aunque sostenía que la única fuente del conocimiento era la experiencia, también pensaba que las teorías científicas eran creaciones libres de una aguda intuición física, y que las premisas en que se basaban no podían aplicarse de un modo lógico al experimento. Una buena teoría sería, pues, aquella que necesitara los mínimos postulados para explicar un hecho físico. Esta escasez de postulados, característica de la obra de Einstein, provocó que su trabajo no fuera accesible para sus colegas, que le dejaron solo.

 

Aun así, tenía importantes seguidores. Su primer defensor fue el físico alemán Max Planck. Einstein permaneció cuatro años en la oficina de patentes, y luego empezó a destacar dentro de la comunidad científica, y así ascendió en el mundo académico de lengua alemana. Primero fue a la Universidad de Zurich en 1909; dos años más tarde se trasladó a la Universidad de Praga, de lengua alemana, y en 1912 regresó al Instituto Politécnico Nacional de Zurich. Finalmente, en 1913 fue nombrado director del Instituto de Física Kaiser Guillermo en Berlín.

 

5.      LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD

 

Antes de dejar la oficina de patentes, en 1907, Einstein ya trabajaba en la extensión y generalización de la teoría de la relatividad a todo sistema de coordenadas. Empezó con el enunciado del principio de equivalencia según el cual los campos gravitacionales son equivalentes a las aceleraciones del sistema de referencia. De este modo, una persona que viajara en un elevador o ascensor no podría en principio determinar si la fuerza que actúa sobre ella se debe a la gravitación o a la aceleración constante del ascensor. Esta teoría general completa de la relatividad no fue publicada hasta 1916. De acuerdo con ella, las interacciones entre los cuerpos, que hasta entonces se atribuían a fuerzas gravitacionales, se explican por la influencia de aquéllos sobre la geometría espacio-tiempo (espacio de cuatro dimensiones, una abstracción matemática en la que el tiempo se une, como cuarta dimensión, a las tres dimensiones euclídeas).

 

Basándose en la teoría general de la relatividad, Einstein pudo entender las variaciones hasta entonces inexplicables del movimiento de rotación de los planetas y logró predecir la inclinación de la luz de las estrellas al aproximarse a cuerpos como el Sol. La confirmación de este fenómeno durante un eclipse de Sol en 1919 fue toda una noticia y su fama se extendió por todo el mundo.

 

Einstein consagró gran parte del resto de su vida a generalizar su teoría. Su último trabajo, la teoría del campo unificado, que no tuvo demasiado éxito, consistía en un intento de explicar todas las interacciones físicas, incluidas la interacción electromagnética y las interacciones nucleares fuerte y débil, a través de la modificación de la geometría del espacio-tiempo entre entidades interactivas.

 

La mayoría de sus colegas pensaron que sus esfuerzos iban en dirección equivocada. Entre 1915 y 1930 la corriente principal entre los físicos era el desarrollo de una nueva concepción del carácter fundamental de la materia, conocida como la teoría cuántica. Esta teoría contempla la característica de la dualidad onda-partícula (la luz presenta las propiedades de una partícula, así como las de una onda), que Einstein había intuido como necesaria, y el principio de incertidumbre, que establece que la exactitud de los procedimientos de medición es limitada. Además, esta teoría suponía un rechazo fundamental a la noción estricta de causalidad. Sin embargo, Einstein mantuvo una posición crítica respecto a estas tesis hasta el final de su vida. “Dios no juega a los dados con el mundo”, llegó a decir.

 

6.      CIUDADANO DEL MUNDO

 

A partir de 1919, Einstein recibió el reconocimiento internacional y acumuló honores y premios de distintas sociedades científicas, como el Nobel de Física en 1921. Sus visitas a países de todo el mundo, como la que realizó a España en 1923, impulsada por el matemático Julio Rey Pastor, o las que realizó a Argentina, Uruguay y Brasil en 1925, eran un acontecimiento; le seguían fotógrafos y periodistas.

 

El pacifismo y el sionismo fueron los dos movimientos sociales que recibieron todo su apoyo. Durante la I Guerra Mundial, Einstein fue uno de los pocos académicos alemanes que condenaron públicamente la participación de Alemania en el conflicto. Después de la guerra siguió con sus actividades pacifistas y sionistas, por lo que fue blanco de los ataques de grupos antisionistas y de derechas alemanes. Sus teorías llegaron a ser ridiculizadas en público, especialmente la de la relatividad.

 

Cuando Hitler llegó al poder en 1933, Einstein abandonó Alemania y emigró a Estados Unidos, donde ocupó un puesto en el Instituto de Estudios Superiores en Princeton, Nueva Jersey. Siguió con sus actividades en favor del sionismo pero abandonó su postura pacifista anterior a la vista de la amenaza que suponía para la humanidad el régimen nazi en Alemania.

 

En 1939 Einstein participó junto con otros físicos en la redacción de una carta dirigida al presidente Franklin D. Roosevelt en la que se pedía la creación de un programa de investigación sobre las reacciones en cadena. La carta, que sólo iba firmada por Einstein, consiguió acelerar la fabricación de la bomba atómica, en la que él no participó ni supo de su finalización. En 1945, cuando ya era evidente la existencia de la bomba, Einstein volvió a escribir al presidente para intentar disuadirlo de utilizar el arma nuclear.

 

Después de la guerra, Einstein se convirtió en activista del desarme internacional y del gobierno mundial, y siguió contribuyendo a la causa del sionismo, pero declinó una oferta de los líderes del Estado de Israel para ocupar el cargo de presidente. A finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, defendió en Estados Unidos la necesidad de que los intelectuales del país hicieran todo lo posible para mantener la libertad política. Einstein murió el 18 de abril de 1955 en Princeton.

 

Los esfuerzos de Einstein en apoyo de causas sociales fueron a menudo percibidos como poco realistas. Sus propuestas nacían de razonamientos cuidadosamente elaborados. Al igual que sus teorías, eran fruto de una asombrosa intuición basada en cuidadosas y astutas valoraciones y en la observación. A pesar de su actividad en favor de causas políticas y sociales, la ciencia siempre ocupó el primer lugar en su vida, pues, como solía decir, sólo el descubrimiento de la naturaleza del Universo tiene un sentido duradero. Entre sus obras se encuentran La relatividad: la teoría especial y restringida (1916); Sobre el sionismo (1931); Los constructores del Universo (1932); ¿Por qué la guerra? (1933), con Sigmund Freud; El mundo como yo lo veo (1934); La evolución de la Física (1938) con el físico polaco Leopold Infeld, y En mis últimos años (1950). La colección de los artículos de Einstein comenzó a publicarse en 1987 en varios volúmenes.

 

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