Einstein

1. Einstein
FÍSICA
El genio más famoso de la historia
No hay científico más famoso que Einstein. Todos conocemos su nombre y muchos
lo asociamos a la teoría de la relatividad. Pero, ¿por qué Einstein se hizo tan
famoso y qué es realmente eso de la relatividad?
Tres artículos que removieron
los cimientos de la física El año 1905 recibe el sobrenombre de
1905
“año maravilloso”, porque Einstein publicó tres
artículos absolutamente revolucionarios para la
física. Sus consecuencias se extenderían al resto
de ciencias y cambiarían nuestra vida cotidiana
para siempre.
Primer artículo: la luz en paquetes
El primer artículo hablaba sobre la
interacción de la luz con la materia.
Hasta entonces se pensaba que la luz
era una onda energética continua, que
distribuía la energía equitativamente
por toda la superficie sobre la que
incidía. Pero Einstein afirmó que
la energía chocaba con la materia
repartida en “paquetes” denominados
fotones. Esta idea le permitió explicar
el efecto fotoeléctrico: cuando la luz
incide sobre un metal, su superficie
libera electrones de forma instantánea.
Si la luz distribuyera la energía de
forma continua, se tardarían años a
que saltaran los electrones, y lo harían
todos a la vez. Pero como la energía
está concentrada en paquetes, el choque
consigue hacer saltar inmediatamente
los electrones de algunos átomos de
la superficie del metal. Imaginemos
un ejército que trata de derribar las
murallas de un castillo golpeando todos
los soldados a la vez sobre diferentes
puntos de la muralla. Tardarán mucho
más a conseguir su objetivo que si
unieran su energía, mediante un ariete
por ejemplo, dirigido contra algunos
puntos de la muralla.
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Eureka! © Tom Richmond
NOVIEMBRE 2005

2. Tercer artículo: la relatividad especial
En el tercero artículo Einstein presentaba su célebre teoría especial
de la relatividad. A finales del siglo XIX se consideraba que la
Segundo artículo: el vals de las partículas
luz era una onda electromagnética que, como cualquier otra onda,
necesitaba de un medio para propagarse. Este supuesto medio,
En el segundo artículo, Einstein explicaba el
denominado movimiento browniano: una especie que denominaron éter, debería llenar todo el espacio y así permitir
que la luz de las estrellas llegara hasta nosotros; tendría que ser
de baile errático, observable al microscopio,
que muestran las partículas en suspensión en un totalmente transparente y tenue para no estorbar el movimiento de
fluido. Einstein atribuyó este movimiento al hecho los astros, pero tendría que producir efectos detectables desde un
que los impactos de las moléculas del fluido sobre laboratorio terrestre. Sin embargo, ningún experimento consiguió
detectar la presencia del éter.
la partícula en suspensión no son simétricos,
ahora ganan los de un lado, ahora los del otro, y
Einstein propuso que el éter no existía; que la luz era una onda
de aquí el movimiento en zig-zag. Este trabajo
que se propagaba en el vacío con la misma velocidad en todas
proporcionó un apoyo considerable a la teoría
direcciones. Este fue el primero de los fundamentos de la teoría de
atómica (la materia está hecha de átomos), que
la relatividad.
todavía ponían en entredicho algunos científicos
eminentes del siglo XIX.
Pero eso de la relatividad…
¿De qué va?
Imaginemos que pasa La teoría de la relati- De hecho, el tiempo pasa más y Einstein así lo hizo en su teo-
un tren por delante vidad de Einstein des- deprisa o más despacio según la ría de la relatividad general, en
nuestro a 10 km/h, y taca por el hecho que velocidad del observador. Esta es 1915. El resultado fue una teoría
que una persona que afirma que aquello que la peculiaridad de la relatividad de la gravedad que superaba la
viaja sobre él lanza una es válido para un tren y de Einstein. de Newton y la corregía para
pelota hacia adelante a para una pelota, no es aquellos fenómenos en que in-
10 km/h. Para esa per- válido para la luz: la luz Esta afirmación supuso reestruc- tervienen velocidades grandes o
sona, la pelota irá a 10 se propaga siempre a turar toda la física del momento una gravedad muy intensa.
km/h; pero para noso- la misma velocidad in-
tros, el movimiento del dependientemente del
tren y el de la pelota observador (300.000
se sumarán, y la pelota km por segundo). Así,
viajará a 20 km/h. De la velocidad de la luz
igual forma, para el pa- es una constante abso-
sajero del tren no será luta universal. Pero si
él quien se mueva a 10 la velocidad de la luz
km/h, sino nosotros. es igual para todos los
La velocidad de un observadores, vayan
objeto, pues, depende a la velocidad que va-
del observador, o en yan, debe haber algo
otras palabras, es “re- que imaginábamos
lativa” al observador. absoluto que no lo es.
Cualquier teoría que Efectivamente, según
describa un fenómeno Einstein el tiempo no
en relación a su obser- es igual para todo el
vador es una teoría de mundo, es una variable
la relatividad. relativa al observador.
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Eureka!

3. El tiempo es relativo Un reloj en órbita se adelantará
respecto a uno en la superficie
de la Tierra.
Si sincronizamos misma hora. A más
dos relojes idénticos velocidad, más lento
y los hacemos reco- pasa el tiempo. Pero
rrer caminos dife- esto sólo es aprecia-
ble a velocidades
rentes, a velocidades
muy superiores a las
diferentes, cuando
que habitualmente
se vuelvan a encon-
viajamos.
trar no indicarán la
La paradoja de los gemelos
La gravedad tiene efectos sobre el tiempo. Si ponemos dos
relojes sincronizados a alturas diferentes, el que está a mayor
altura, dónde la gravedad es menos intensa, se adelantará.
“No n’hi ha prou amb la satisfacció de las necessitats físi-
ques. Per estar satisfet, cal també la possibilitat de desen-
volupar les capacitats intel.lectuals i artístiques d’acord
amb les pròpies possibilitats”.
Para explicar el efecto de la velocidad sobre
“Hi ha, encara, un altre dret humà que no sol esmentar-
el tiempo, se usa esta famosa paradoja:
se, però que sembla destinat a ser molt important: és el
dret -o el deure- que té l’individu de no cooperar en acti-
Si uno de dos gemelos idénticos se hace as- vitats que consideri errònies o pernicioses”.
tronauta y se pasa años viajando en su nave
espacial a grandes velocidades, próximas a
la de la luz, cuando vuelva a la Tierra su
hermano (y todos los de su generación) ha-
brá envejecido notablemente más que él.
L’altre Einstein:
l’humanista
“L’alegria de mirar i comprendre és el do més
bell de la natura”.
“El dilema aterrador que implica la situació políti-
“S’hauria de reduir per llei el nombre d’hores de
ca mundial està estretament relacionat amb un pecat
treball setmanals. [...] S’haurien de fixar també
d’omissió comès per la nostra civilització. Sense una “cul-
salaris mínims per tal d’equilibrar el poder ad-
tura ètica”, no hi ha salvació per a la humanitat”.
quisitiu amb la producció”.
“L’objectiu ha de ser formar individus que pensin i ac-
“Les diferències de classe em semblen injustifica-
tuïn amb independència, però que ho facin considerant
des i, al capdavall, arrelades en la força. Crec que
del seu màxim interès vital mantenir-se al servei a la co-
seria bo per a tothom, tant en l’aspecte físic com
munitat”.
en el mental, viure amb senzillesa i modèstia”.
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4. ¡Las leyes de Newton son erróneas!
En la escuela estudiamos la ley inmensamente pequeño, como
de Newton sobre la fuerza de la los átomos y las partículas que
gravedad. ¿Pero sabíais que esta los forman.
ley es errónea? Durante más de
dos siglos, toda la física se funda- Fue Einstein quien en 1905 dio
mentó sobre las leyes de Newton. un giro a la física superando
Este físico británico hizo un gran las limitaciones de las leyes de
paso al conseguir sistematizar el Newton. Aun así, en la escuela
mundo y darle una armonía ma- seguimos estudiando las leyes de
temática. Pero las leyes que des- Newton porque se aproximan
cribió, aun siendo muy buenas muy bien a la realidad cotidiana y
aproximaciones, no son correc- son mucho más sencillas de usar
tas. Funcionan muy bien para que las que derivan de la física de
explicar el movimiento de los Einstein. Las diferencias con las
cuerpos grandes: los planetas, leyes de Einstein sólo son apre-
los coches, las pelotas de tenis... ciables a velocidades próximas a
Pero no concuerdan cuando se la de la luz.
Einstein redujo las
trata del movimiento de aquello
leyes de Newton a una
E=mc
mera aproximación. ¡Siguen
2 siendo muy útiles, sin embargo!
“Energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado”
La teoría de la relatividad a una escala más pequeña,
de Einstein implica que la la fuente de energía de las
materia y la energía son lo centrales nucleares y de las
mismo. La materia puede armas nucleares.
transformarse en energía y
al revés. De hecho, en todas Si observáis bien esta ecua-
las reacciones nucleares que ción (la más famosa del
producen o consumen ener- mundo), veréis que la mate-
gía, la masa de las sustancias ria contiene una grandísima
que reaccionan no con- cantidad de energía. Haced
cuerda con la masa de los la prueba: multiplicad 2 gra-
productos finales de la reac- mos de materia por la velo-
ción. Esto es así porque par- cidad de la luz al cuadrado,
te de la materia se convierte es decir: 2 x 90.000.000.000.
en energía o al revés. Tal ¡¡De ahí que una pequeña
fenómeno es especialmente cantidad de uranio puede
manifiesto en las reacciones liberar suficiente energía
nucleares que son la fuente como para destruir una
de energía de las estrellas y, ciudad!!
© Scott Camazine
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5. El mundo después de Einstein
Aunque las ideas de Einstein parezcan muy distantes a nuestra vida cotidiana, el
mundo en el que vivimos sólo es posible gracias a sus aportaciones.
Cámaras digitales
La tecnología de las cámaras
digitales es heredera de los tra-
bajos de Einstein por explicar el
llamado efecto fotoeléctrico, un
fenómeno en el que los electro-
Satélites nes de un metal son arrancados
La Teoría General de la
por acción de la luz.
Relatividad hizo posible la
creación de la tecnología
El láser
satelital.
La Teoría de la Radiación Estimulada
originó el rayo láser con el que hoy es
Bolsa de valores posible leer y grabar discos compactos
y DVD, corregir problemas de visión,
El trabajo sobre el mo-
cortar materiales, abrir puertas automá-
vimiento de las partí-
ticamente, etc.
culas en un líquido (el
movimiento brownia-
Lubricación
no) revolucionó la me-
La predicción de la existencia de un nuevo estado
cánica estadística. Hoy se analizan las fluctuaciones
de la materia, hoy llamado condensado de Bose-
de precios en las bolsas de valores gracias a ello.
Einstein, permitió desarrollar mejores productos
para la lubricación de motores y maquinaria.
Los sistemas de localización GPS
Sin la Teoría General de la Rela-
tividad no habría sido posible la
construcción de sistemas de locali-
zación GPS (Global Position System),
cuya precisión depende de tener en
cuenta los efectos relativistas sobre
los relojes de los satélites.
¿Y ahora qué? La Física después de Einstein
Para saber más: www.revistaeureka.com
© Richard Bailey
das las piezas que forman los núcleos
La teoría de la gravedad de Einstein
atómicos. Así, se pretende obtener una
(o teoría de la relatividad general),
teoría única que permitiría explicar de
aunque parece correcta, no se ha po-
una manera compacta y simple todas
dido hacer concordar todavía con el
las leyes que rigen los fenómenos físi-
resto de teorías sobre otras fuerzas.
cos. A esta teoría la denominamos de la
De hecho, es la única que no se ha
supercuerda o teoría del todo. Einstein
podido unificar. Los físicos más ge-
la buscó durante treinta años, pero no
niales de la actualidad trabajan para
consiguió encontrarla. Quizá esta unifi-
conseguir unificarla con las otras
cación final esté esperando a un nuevo
fuerzas de la naturaleza, la eléctrica
Newton o Einstein...
y la magnética, que mantienen uni-
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