La mecánica cuántica es una disciplina de lafísica encargada de brindar una descripción fundamental de la
naturaleza a escalas espaciales pequeñas. Surge tímidamente en los inicios del
siglo XX dentro de las tradiciones más profundas de la física para dar una
solución a problemas para los que las teorías conocidas hasta el momento habían
agotado su capacidad de explicar, como la llamada catástrofe ultravioleta en laradiación de cuerponegro predicha por la física estadística clásica y la
inestabilidad de los átomos en el modelo atómico de Rutherford. La primera
propuesta de un principio propiamente cuántico se debe a Max Planck en 1900, para resolver el problema de la radiación de
cuerpo negro, que será duramente cuestionado, hasta que Albert Einstein lo convierte en el principio que exitosamente pueda
explicar el efecto fotoeléctrico. Las primeras
formulaciones matemáticas completas de la mecánica cuántica no se alcanzan hasta
mediados de la década de 1920, sin que hasta el día de hoy se tenga una
interpretación coherente de la teoría, en particular del problema de la medición
El 22 de abril de 1904, un año antes del nacimiento de la teoría de la relatividad especial, nacía J. Robert Oppenheimer, en Nueva York, Estados Unidos, físico que, además de realizar trabajos en teoria cuántica y relatividad general, dirigiera la mayor lista de eminentes científicos del mundo en elProyecto Manhattan, que daría lugar a la llegada de la era atómica con la construcción de la bomba y cuyo costo final superó la cantidad de dos mil millones de dólares.
“Cuando era joven descubrí que el dedo gordo siempre termina haciendo un hueco en la media. Por eso decidí no usarlas más”. “Dios no juega a los dados”. “La imaginación es más importante que el conocimiento”. “Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad”. “Dos cosas son infinitas: la estupidez humana y el universo; y no estoy seguro de lo segundo”. “La mente es como un paracaídas… Solo funciona si la tenemos abierta”. “Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas”. “Toda la ciencia no es más que un refinamiento del pensamiento cotidiano”. “La educación es lo que queda una vez que olvidamos todo lo que aprendimos en la escuela”. “Lo importante es no dejar de hacerse preguntas”. “Nunca pienso en el futuro. Llega demasiado pronto”.
Cuestiones que el hombre
se ha preguntado desde que el hombre es hombre y que, aún a día de hoy,
seguimos preguntándonos. Llevamos toda nuestra vida intentando encontrar
las respuestas a todas estas preguntas, ya sea a través de la religión o la
ciencia.Por ello, lo que pensara una de las
mentes más brillantes del s. XX y de la historia, el físico alemán Albert
Einstein, siempre ha suscitado mucho interés entre aquellos que aún siguen
buscando respuestas a estas preguntas. Pues bien, Einstein, según declaró en
multitud de ocasiones, creía "en el Dios de Spinoza" pero, ¿quién fue Spinoza y a qué Dios se refería?
Baruch de Spinoza fue un filósofo holandés, considerado uno
de los grandes racionalistas de la filosofía del siglo XVII, junto con
Descartes y Pascal, entre otros. Sus reflexiones supusieron una profunda
crítica a la visión clásica y ortodoxa de la religión, algo que derivó en su
excomunión y destierro, así como la prohibición y censura de sus escritos por
parte de su comunidad.
Su visión del mundo y de la fe se aproximan en gran medida
al panteísmo, es decir, la idea de que lo sagrado es toda la
naturaleza en sí misma. Esto básicamente quiere decir que Todo es Dios.
La vida matrimonial de Einstein no es muy complicada de relatar. Se casó en dos ocasiones. En primer lugar, con su compañera de estudios Mileva Maric, en 1903. De este matrimonio nacieron dos hijos, de los que comentaré algo a continuación. La situación no duró mucho, porque terminó en divorcio a principios de 1919. Pocos meses después, Albert y su prima Elsa Einstein, o Loewenthal por el apellido de su primer marido, se casaron. Nunca tuvieron hijos, así que la cuestión sobre la descendencia de Einstein se centra en los dos hijos nacidos de su matrimonio con Mileva.
¡Alto! ¿He escrito dos? Sí, porque dos fueron los nacidos dentro del matrimonio. Pero hay un suceso oscuro antes de todo eso. Caso nunca aclarado, se sabe, gracias a la correspondencia entre Mileva y Albert, que en 1902, un año antes de que se casaran, Mileva alumbró a una niña, Lieserl. Nunca más se supo de ella, porque se desconoce su destino. Se ha afirmado que fue dada en adopción, o que murió al poco de nacer. El caso es que su pista se pierde en medio de una situación tormentosa. Mileva se encontraba lejos de Einstein, en casa de sus padres en tierras húngaras. Éstos no veían con buenos ojos la relación de su hija con el jovencito alemán de aspecto atolondrado. Ella deseaba terminar sus estudios y el lío del embarazo rompía sus planes. Por su parte, Einstein estaba en Suiza con la cabeza en otras cosas, así que no prestó demasiada atención al problema y, aunque se mostró entusiasmado en una carta a Mileva con la idea de tener una hija, la alegría no duró más que unos días. Al poco, comenzó a trabajar en la famosa oficina de patentes suiza y jamás volvió a escribir nada sobre la pequeña Lieserl, a excepción de alguna pequeña nota con tono triste recordando lo sucedido. Todo el asunto quedó olvidado y en la oscuridad, no se sabe nada más de la hija de Einstein.
Con esto, queda recordar únicamente a los dos hijos nacidos del matrimonio con Mileva. En 1904 nace hans albert (que aparece en la foto que ilustra este artículo), y en 1910 Eduard, apodado por su madre con cariño como Tete. Este segundo hijo se crió, al igual que Hans Albert, en Suiza con su madre, lejos del genio, con el que poca relación tuvieron. Eduard era un apasionado de la música y, además, buen estudiante, pero con apenas veinte años cumplidos su vida se convirtió en un infierno. Vivió a partir de entonces, y hasta su muerte acaecida en 1965, en diversas instituciones mentales porque, por desgracia, padecía esquizofrenia. Eduard no tuvo descendencia, con lo que aquí tenemos otra línea del árbol genealógico de Einstein que se convierte en punto final.
La Naturaleza está escrita en lenguaje matemático
(Galileo Galilei (1564-1642), Il Saggiatore [el ensayador], 1623)
Antes se creía que si desapareciera del universo toda la
materia, el espacio y el tiempo permanecerían. De acuerdo
con la teoría de la relatividad, el espacio y el tiempo desaparecerían
juntamente con la materia.
(Einstein a un periodista en Estados Unidos, 1921)
Las bibliotecas que tienen esa suerte guardan, como la joya
más preciada, los volúmenes 17 y 18 de la revista científica
alemana Annalen der Physik, publicados en 1905. Se hallan
en ellos cuatro artículos –nada extensos, por cierto– escritos
en seis meses por Albert Einstein, el genial científico nacido
el 14 de Marzo de 1879. Parece imposible que en tan
corto espacio de tiempo se pudieran concebir tantas y tan
extraordinarias ideas. Las líneas que siguen pretenden acercar
al lector no especialista la obra y la figura de uno de los
más grandes científicos que han existido.
Es imposible sobrestimar la trascendencia de esos cuatro
trabajos, que Einstein publicó hace un siglo, con sólo 26
años de edad; debido a su importancia, el año 2005 ha sido
declarado año internacional de la física. El año 1905 suele
mencionarse como el Annus mirabilis de Einstein, recordando
los logros de Isaac Newton (1642-1727) en el campo
de la física y de las matemáticas durante otro año milagroso,
1666, en el que estableció –nada menos– las bases del
cálculo diferencial, la mecánica, la teoría de la gravedad y la
del color (sus famosos Principia se publicaron mucho más
tarde, en 1687, y su Optiks en 1704). En efecto, en el primero
de sus trabajos Einstein sugiere que el intercambio de
energía entre la radiación y la materia se hace en múltiplos
de una unidad elemental, introduciendo la noción de cuantos
de luz para explicar el efecto fotoeléctrico; Einstein
llamó Energiequanten y Lichtquanten a esas unidades elementales
de energía. La idea del fotón como corpúsculo
luminoso es posterior; la introdujo en 1916, y quedó definitivamente
establecida tras las experiencias de Compton en
1923, que pusieron de manifiesto la consistencia de la relatividad
especial con la idea de un corpúsculo luminoso (el
nombre, fotón, fue introducido por Gilbert Newton Lewis en
1926).
En el segundo artículo, en el que se basaría su tesis doctoral,
realiza un estudio sobre el movimiento browniano –descubierto
en 1828 por el botánico escocés Robert Brown– con
objeto de “encontrar hechos que garanticen lo más posible la
existencia de átomos de tamaño definido”, cuya realidad no
era entonces universalmente admitida: el grupo de los
escépticos incluía a Wilhelm Ostwald (1853-1932, Nobel de
Química en 1909) y al físico, historiador y filósofo austríaco
Ernst Mach (1838-1916), quien también realizó importantes
estudios experimentales en el campo de la aerodiná-
mica, donde perdura 'el número de Mach'. En el tercer trabajo,
titulado Sobre la electrodinámica de los cuerpos en
movimiento, Einstein sienta las bases de la teoría de la relatividad
especial, y en el cuarto (éste ya en el volumen 18 de
los Annalen) aparece por primera vez la famosa relación que
determina la energía asociada a la masa. Más exactamente:
“si un cuerpo proporciona energía en forma de radiación, su
masa disminuye en L/c2... por lo que llegamos a la conclusión
general de que la masa de un cuerpo es la medida de su
contenido energético” (L es aquí la energía; como tal, la
famosa fórmula E = mc2 aparece en trabajos posteriores de
1907).
- NOTAS HISTÓRICAS / APONTAMENTOS HISTORICOS
REF-UISF Diciembre 2004 35
Notas históricas
Apontamentos historicos
Einstein en España
A
Albert Einstein es, sin duda, uno de
los pocos científicos identificables a nivel popular; su cara –rodeada de
cabellos desordenados- es reconocible en todo el mundo aún para los que no
conocen el significado de E=mc2
Albert Einstein nació en Ulm,
Baviera, Alemania el 14 de marzo de 1879. Al siguiente año de su nacimiento,
sus padres, de religión judía, se trasladaron a Munich, en donde el padre se
estableció como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época.
En 1895, la familia se mudó a Suiza,
un año después el joven Albert renunció a su nacionalidad alemana -cuatro años
más tarde le fue concedida la suiza-. Ese mismo año inició sus estudios
superiores en la Escuela Técnica Superior de Zurich, en donde fue alumno del
matemático Hermann Minkowski. A mediados de 1902, empezó a prestar sus
servicios en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual –más conocida
como oficina de patentes- de Berna.
En esta parte les mostrare detalladamente cada uno de esos aportes que llevaron a la física por un nuevo camino
El movimiento browniano
Roberto Brown (1773-1858), médico y botánico escocés, hizo un importante descubrimiento en 1827 cuando observaba al microscopio una suspensión de granos de polen de clarkia pulchella: éstos, lejos de permanecer quietos, se movían continuamente, al azar, cambiando su posición sin cesar en un movimiento realmente caótico. Este movimiento es debido a los impactos de las partículas invisibles constituyentes del agua, las moléculas, con las partículas relativamente grandes que forman la suspensión (en este caso los granos de polen). Albert Einstein explicó teóricamente el movimiento browniano en 1905 y el francés Perrin llevó a cabo posteriormente las experiencias definitivas (la teoría cinética de la materia tenía entonces una importantísima prueba experimental a su favor; y ello poco después del suicidio de Boltzmann). la siguiente imagen refleja el movimiento browniano tridimensional
La relatividad general
La teoría general de la relatividad de Albert Einstein es uno de los logros más imponentes de la física del siglo veinte. Publicada en 1916, explica lo que percibimos como fuerza de gravedad. De hecho, esta fuerza surge de la curvatura del espacio y del tiempo.
Einstein propuso que los objetos como el Sol y la Tierra variaban la geometría del espacio. En presencia de materia y energía, el espacio se puede deformar y estirar, formando cordilleras, montañas y valles que causan que los cuerpos se muevan por estas "rutas" curvas. Así que aunque la Tierra parezca moverse alrededor del Sol a causa de la gravedad,en realidad, tal fuerza no existe. Es simplemente la geometría del espacio-tiempo alrededor del Sol la que dice cómo debe moverse la Tierra.
La teoría de la relatividad general tiene consecuencias de largo alcance. No sólo explica el movimiento de los planetas, sino que también puede describir la historia y la expansión del Universo, la física de los agujeros negros, la curvatura de la luz de las estrellas y las galaxias distantes.
el vídeo explica claramente la relatividad general y muestra como el científico hizo eficaz este descubrimiento.
la relatividad especial
La teoría de la relatividad especial, formulada por Albert
Einstein en 1905, constituye uno de los avances científicos más importantes de
la historia. Alteró nuestra manera de concebir el espacio, la energía, el
tiempo y tuvo incluso repercusiones filosóficas, eliminando la posibilidad de un
espacio/tiempo absoluto en el universo.
Se complementa con la teoría de la relatividad general, publicada en 1915, algo más compleja y que
pretende aunar la dinámica newtoniana con parte de las consecuencias de la
primera teoría especial.00
Con la teoría de la relatividad
especial, la humanidad entendió que lo que hasta ahora había dado por sentado
que era una constante, el tiempo, era en realidad una variable. No sólo eso,
sino que el espacio también lo era y que ambos dependían, en una nueva
conjunción espacio-tiempo, de la velocidad.
Después de que Einstein completara su artículo
sobre la teoría especial de la relatividad en 1905 descubrió una consecuencia
más de los postulados de la relatividad que presentó, como una idea de último
momento, en un artículo de solo tres páginas posteriores ese mismo año. Desde
el punto de vista del efecto de la física en la historia mundial, resultó ser
el más significativo de todos sus hallazgos: la equivalencia entre masa y
energía.
Sabemos que cuando se realiza trabajo sobre un
objeto, como golpear una pelota de tenis con una raqueta, el objeto adquiere
energía. En la teoría de la relatividad, el aumento de la velocidad y, por lo
tanto, el aumento de la energía cinética de una pelota de tenis o de cualquier
otro objeto, da como resultado un aumento de la masa (o inercia), aunque
en el día a día suele ser solo un aumento infinitesimal.
Al examinar esta relación entre velocidad relativa
y masa efectiva con más detenimiento Einstein descubrió que cualquier aumento
en la energía de un objeto debería producir un aumento de la masa medida; este
incremento de energía daría igual si se hace acelerando el objeto, o calentándolo,
o cargándolo con electricidad, o simplemente realizando trabajo elevándolo en
el campo gravitacional de la Tierra. En resumen, Einstein descubrió que un
cambio en la energía es equivalente a un cambio en la masa.
Esta fórmula establece que la energía equivalente (E) se puede calcular como la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c = aproximadamente 3 × 108 m/s)en el siguiente vídeo se puede apreciar de forma segura lo expuesto anteriormente.
el efecto fotoeléctrico
La emisión de electrones por metales
iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo
XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un
material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o
emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:
Para
cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación
electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por
más intensa que sea la radiación.
La
emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la
radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía
disponible para liberar electrones.
En los metales hay electrones que se
mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones
no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía
suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los
electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo
de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se
pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal
de la energía de radiación electromagnética.
El objetivo de la práctica simulada es
la determinación de la energía de arranque de los electrones de un metal, y el
valor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de un conjunto de
lámparas que emiten luz de distintas frecuencias y placas de distintos metales
que van a ser iluminadas por la luz emitida por esas lámparas especiales.
esto fueron los aportes mas importantes de albert einstein a la física
Es el paso de las ideas de Newton a las de Einstein, de la física clásica a la física moderna. En 1905, Albert Einstein publicó cuatro trabajos que hoy son vistos como piezas fundamentales de la nueva física. Las obras trataban sobre movimiento browniano, efecto fotoeléctrico, teoría de la relatividad especial, equivalencia masa-energía y la relatividad general.
"Toda la ciencia no es más que un refinamiento del
pensamiento cotidiano".
/s3.amazonaws.com/arc-wordpress-client-uploads/infobae-wp/wp-content/uploads/2017/06/15151313/mix-5411-einstein-solo-creia-en-el-dios-de-espinoza-1.jpg)
