Albert Einstein
Físico
Albert Einstein (1879-1955), físico aleman 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 mas conocido del siglo XX.
Infancia
(Einstein a sus 14 años en 1893)
Nació en Ulm el 14 de marzo de 1879 en seno de una familia judía.
Sus padres eran Hermann Einstein y Pauline Koch.
Su padre trabajaba como vendedor, aunque luego ingresó en la empresa
electroquímica Hermann. Desde sus comienzos, demostró cierta
dificultad para expresarse, por lo que aparentaba poseer algún retardo
que le provocaría algunos problemas. Al contrario que su hermana menor,
Maya, que era mas vivaracha y alegre, Albert era paciente y
metódico y no gustaba de exhibirse. Solía evitar la
compañía de otros infantes de su edad y a pesar de que como
niños, también tenían de vez en cuando sus diferencias,
únicamente admitía a su hermana en sus soledades. Cursó
sus estudios primarios en una escuela católica; un periodo
difícil que sobrellevaría gracias a las clases de violín
que le daría su madre, (instrumento que le apasionaba y que
continuó tocando el resto de sus días) y a la introducción
al algebra que le descubriría su tío Jacob.
Su tío, Jacob Einstein, un hombre con gran incentiva e ideas,
convenció al padre de Albert para que construyese una casa con un
taller, en donde llevarían a cabo nuevos proyectos y
experimentostecnológicos de la época a modo de obtener unos
beneficios, pero, debido a que los aparatos y artilugios que afinaban y
fabricaban eran productos para el futuro, en el presente carecían de
compradores y el negoció fracasó.
Ya desde muy joven mostraba una curiosidad excepcional por la naturaleza y una
capacidad notable para entender los conceptos matematicos mas
complejos. A los doce años ya conocía la geometría de
Euclides. A la edad de 15 años en 1894 la compañía Hermann
sufría dificultades económicas importantes y los Einstein se
tuvieron que mudar de Múnich a Pavía en Italia cerca de
Milan. cuando su familia se trasladó a Milan, Einstein
abandonó la escuela. Pasó un año con sus padres en
Milan y viajó a Suiza. Entonces, la familia Einstein
intentó matricular a Albert en el Instituto Politécnico de
Zúrich pero, al no tener el título de bachiller, tuvo que
presentarse a una prueba de acceso que suspendió a causa de una
calificación deficiente en una asignatura de letras. Esto supuso que
fuera rechazado inicialmente, pero el director del centro, impresionado por sus
resultados en ciencias, le aconsejó que continuara sus estudios de
bachiller y que obtuviera el título que le daría acceso directo
al Politécnico. Su familia le envió a Aarau para terminar sus
estudios secundarios y Einstein obtuvo el título de bachiller
aleman en 1896, a la edad de 16 años
Juventud
Durante dos años Einstein trabajó dando clases particulares y de
profesor suplente Berna donde trabajó de 1902 a 1909. Su personalidad le
causótambién problemas con el director de la Oficina, quien le
enseñó a 'expresarse correctamente'
En esta época, Einstein se refería con amor a su mujer Mileva
como «una persona que es mi igual y tan fuerte e independiente como
yo».
En mayo de 1904, Einstein y Mileva tuvieron un hijo de nombre Hans Albert
Einstein. Ese mismo año consiguió un trabajo permanente en la
Oficina de Patentes. Poco después finalizó su doctorado
presentando una tesis titulada Una nueva determinación de las
dimensiones moleculares, consistente en un trabajo de 17 folios que
surgió de una conversación mantenida con Michele Besso, mientras
se tomaban una taza de té; al azucarar Einstein el suyo, le
preguntó a Besso:
«¿Crees que el calculo de las dimensiones de las
moléculas de azúcar podría ser una buena tesis de
doctorado?».
En 1905 redactó varios trabajos fundamentales sobre la física de
pequeña y gran escala. 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 radiacion Lo representaba con
la fórmula
E = hu,
Donde E es la energía dela 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.
(Estatua de Einstein. Parque de Ciencias)
Madurez
(Einstein en 1920)
En 1908 fue contratado en la Universidad de Berna, Suiza, como profesor y conferenciante
(Privatdozent). Einstein y Mileva tuvieron un nuevo hijo, Eduard, nacido el 28
de julio de 1910. Poco después la familia se mudó a Praga, donde
Einstein obtuvo la plaza de Professor de física teórica, el
equivalente a Catedratico, en la Universidad Alemana de Praga. En esta
época trabajó estrechamente con Marcel Grossmann y Otto Stern.
También comenzó a llamar al tiempo matematico cuarta
dimensión.
En 1913, justo antes de la Primera Guerra Mundial, fue elegido miembro de la
Academia Prusiana de Ciencias. Estableció suresidencia en Berlín,
donde permaneció durante diecisiete años. El emperador Guillermo,
le invitó a dirigir la sección de Física del Instituto de
Física Kaiser Wilhelm.[]
El 14 de febrero de 1919 se divorció de Mileva y algunos meses
después, el 2 de junio de 1919 se casó con una prima suya, Elsa
Loewenthal, cuyo apellido de soltera era Einstein: Loewenthal era el apellido
de su primer marido, Max Loewenthal. Elsa era tres años mayor que
él y le había estado cuidando tras sufrir un fuerte estado de
agotamiento. Einstein y Elsa no tuvieron hijos. El destino de la hija de Albert
y Mileva, Lieserl, nacida antes de que sus padres se casaran o encontraran
trabajo, es desconocido. De sus dos hijos, el primero, Hans Albert, se
mudó a California, donde llegó a ser profesor universitario,
aunque con poca interacción con su padre; el segundo, Eduard,
sufría esquizofrenia y fue internado en una institución para
tratamiento de las enfermedades mentales.
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 1922. Sus visitas a países de todo el
mundo (visitó España en 1923 y 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
deAlemania en el conflicto. Después de la guerra siguió con sus
actividades pacifistas y sionistas, por lo que fue blanco de los ataques de
grupos anti-sionistas 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 losintelectuales del
país hicieran todo lo posible para mantener la libertad política.
Muerte
El 17 de abril de 1955, Albert Einstein experimentó una hemorragia
interna causada por la ruptura de un aneurisma de la aorta abdominal, que
anteriormente había sido reforzada quirúrgicamente por el Dr.
Rudolph Nissen en 1948. Tomó el borrador de un discurso que estaba
preparando para una aparición en televisión para conmemorar el
séptimo aniversario del Estado de Israel con él al hospital, pero
no vivió lo suficiente para completarlo. Einstein rechazó la
cirugía, diciendo: 'Quiero irme cuando quiero. Es de mal gusto
prolongar artificialmente la vida. He hecho mi parte, es hora de irse. Yo lo
haré con elegancia.' Murió en el Hospital de Princeton
(Nueva Jersey) a primera hora del 18 de abril de 1955 a la edad de 76
años. Los restos de Einstein fueron incinerados y sus cenizas fueron
esparcidas por los terrenos del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.
Durante la autopsia, el patólogo del Hospital de Princeton, Thomas Stoltz
Harvey[] extrajo el cerebro de Einstein para conservarlo, sin el permiso de su
familia, con la esperanza de que la neurociencia del futuro fuera capaz de
descubrir lo que hizo a Einstein ser tan inteligente.
Teoría especial de la relatividad de Einstein
La tercera publicación de Einstein en 1905, Sobre la
electrodinamica de los cuerpos en movimiento, formulaba lo que
después llegó a conocerse como la teoría especial de la
relatividad (o teoría restringida de la relatividad). Desdelos tiempos
del matematico 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 mecanicas eran fundamentales se denominó
visión mecanica 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 simultanea 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 pudoexplicar 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.
Primeras reacciones a Einstein
La dificultad de otros científicos para aceptar la teoría de
Einstein no estribaba en sus complejos calculos matematicos 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 lo
dejaron solo.
Aun así, tenía importantes seguidores. Su primer defensor fue el
físico aleman 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 mas 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 Institutode Física Kaiser Guillermo en Berlín.
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 matematica en la que el espacio se une, como cuarta
dimensión, a las tres dimensiones euclidianas)
Basandose 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 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
caracter fundamental de la materia, conocida como la teoría cuantica.
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. Ademas, 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.
Una de las fotografías tomadas del eclipse de 1919 durante la
expedición de Arthur Eddington, en el que se pudieron confirmar las
predicciones de Einstein acerca de la curvatura de la luz en presencia de un
campo gravitatorio
Equivalencia masa-energía
Artículo principal: Equivalencia entre masa y energía
El cuarto artículo de aquel año se titulaba Ist die Trägheit
eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig y mostraba
unadeducción de la fórmula 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:
Donde V era la notación de la velocidad de la luz usada por Einstein en
1905.
Esta fórmula 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:
Muestra cómo una partícula con masa posee un tipo de
energía, 'energía en reposo', distinta de las
clasicas energía cinética y energía potencial. La
relación masa–energía se utiliza comúnmente para
explicar cómo se produce la energía nuclear; midiendo la masa de
núcleos atómicos y dividiendo por el número atómico
se puede calcular la energía de enlace atrapada en los núcleos
atómicos. Paralelamente, la cantidad de energía producida en la
fisión de un núcleo atómico se calcula como la diferencia
de masa entre el núcleo inicial y los productos de su
desintegración, multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.
La famosa fórmula es mostrada en Taipei 101 durante el evento del
año mundial de la física en 2005.
Estadísticas de Bose-Einstein
En 1924 Einstein recibió un artículo de un joven físico
indio, Satyendra Nath Bose, describiendo a la luz como un gas de fotones y
pidiendo la ayuda de Einstein para su publicación. Einstein se dio
cuenta de que el mismo tipo de estadísticas podían aplicarse a
grupos de atomos y publicó el artículo, conjuntamente con
Bose, en aleman, la lengua mas importante en física en
laépoca. Las estadísticas de Bose-Einstein explican el
comportamiento de los tipos basicos de partículas elementales
denominadas bosones.
La Teoría de Campo Unificada
Einstein dedicó sus últimos años a la búsqueda de
una de las mas importantes teorías de la física, la
llamada Teoría de Campo Unificada. Dicha búsqueda, después
de su Teoría general de la relatividad, consistió en una serie de
intentos tendentes a generalizar su teoría de la gravitación para
lograr unificar y resumir las leyes fundamentales de la física,
específicamente la gravitación y el electromagnetismo. En el
año 1950, expuso su Teoría de campo unificada en un
artículo titulado «Sobre la teoría generalizada de la
gravitación» (On the Generalized Theory of Gravitation) en la
famosa revista Scientific American.
Aunque Albert Einstein fue mundialmente célebre por sus trabajos en
física teórica, paulitinamente fue aislandose en su
investigación, y sus intentos no tuvieron éxito. Persiguiendo la
unificación de las fuerzas fundamentales, Albert ignoró algunos
importantes desarrollos en la física, siendo notablemente visible en el
tema de las fuerzas nuclear fuerte y nuclear débil, las cuales no se
entendieron bien sino después de quince años de la muerte de
Einstein (cerca del año 1970) mediante numerosos experimentos en
física de altas energías. Los intentos propuestos por la
Teoría de cuerdas o la Teoría M, muestran que aún perdura
su ímpetu de alcanzar demostrar la gran teoría de la
unificación de las leyes de la física.
[]
