Albert Einstein

Albert Einstein aparece, junto a Newton, my por encima de todos los demás grandes nombres de la ciencia. Se convirtió en una figura de renombre universal cuando su teoría de la relatividad dejó al mundo asombrado y perplejo y aún hoy día el público profano reconoce su rostro, aunque sus ideas parezcan muy alejadas de lo que experimentamos todos los días. De hecho, a menudo se le tiene casi como el símbolo del genio incomprensible. J. C. Squire reflejó esta sensación respondiendo al epitafio que escribió Pope para Isaac Newton:

« “La naturaleza y sus leyes estaban ocultas por la noche. Y Dios dijo: “¡Que se haga Newton!” y todo se hizo luz. Pero no duró; cuando el diablo rugió: “¡Nada, que se haga Einstein!”, se restauró el statu quo.»

Einstein, como Newton, se hicieron preguntas nuevas sobre cosas que parecían bien sabidas; y esas preguntas, sencillas y brillantes, tenían respuestas extrañas que cambiaron radicalmente nuestras ideas sobre el mundo. La trascendencia de estas ideas fue más tarde subrayada, angustiosamente para él mismo y para el mundo, por los inmensos dilemas a los que se enfrentaba la raza humana a causa del enorme poder sobre la naturaleza que Einstein y otros creadores de la ciencia del siglo XX nos han dado. Al propio Einstein le alcanzaron muchos de los trágicos acontecimientos de nuestra época: la persecución de los judíos, la violencia de la guerra y la aparición de las armas nucleares. Su apasionada creencia en la justicia social y en la no violencia, además de su humor y su modestia, garantizan que se tenga de él la memoria no sólo de un genio, sino también la de un gran hombre bueno.

EL FUNCIONARIO DE PATENTES

Einstein nación Württemberg, Alemania. Su padre era ingeniero químico y los negocios obligaron a la familia a mudarse varias veces, interrumpiendo cada vez la educación de Albert. A los 17 entró en la Universidad de Zurich después de varios aplazamientos por tener malas notas en matemáticas. Cuando acabó la carrera en 1901 hubiera querido dedicarse a la enseñanza, pero le fue imposible encontrar una plaza por ser judío, así que se conformó con un empleo subalterno en la Oficina de Patentes de Berna.

Por entonces también hacía investigaciones para alcanzar el doctorado y estaba al tanto en todo cuanto podía de los espectaculares avances de la ciencia que tenían lugar entonces. En los años siguientes publicó varios estudios que no auguraban mucho de lo que se venía. Entonces, en 1905-1906, a la edad de 26 años, publicó tres grandes obras que asombraron al mundo científico.

A un hombre sí ya no se le podía pasar por alto y le ofrecieron al fin un cargo de profesor en la Universidad de Berna. Cuatro años después se hizo catedrático de física de la Universidad de Zurich y luego en la de Praga. En 1913 se trasladó a Berlín al ser nombrado miembro de la Real Academia Prusiana de Ciencias en la que permaneció hasta 1932 cuando hizo una visita a Estados Unidos, que convirtió en estancia permanente.

EL MOVIMIENTO BROWNIANO

Einstein demostró en la menos conocida de sus obras de 1905, la claridad de sus planteamientos científicos al resolver un molesto cabo suelto. En 1828, estando el botánico inglés Rober Brown (1773-1858) observando granos de polen en el microscopio, notó que se movían constantemente dando como tirones alocados. Ni él ni ningún otro encontró una explicación y el «movimiento browniano» siguió siendo un pequeño misterio hasta que Einstein comprendió que las moléculas del agua chocaban con los granos de polen que flotaban en el agua y como eran tan ligeros se podía ver el efecto del choque a pesar de que las moléculas de agua eran muy pequeñas para que se pudieran ver incluso con el microscopio más potente.

Es sorprendente que ésta fuera la primera prueba empírica de las moléculas existían. Incluso en 1905 algunos científicos influyentes (por ejemplo Ernst Mach) seguían negándose a acepar la teoría atómica a falta de pruebas que la confirmaran. Por desgracia, ese mismo año se suicido Ludwig Boltzmann, en parte por la depresión que le causó que muchos de sus colegas se negaran a acepar por el mismo motivo su importante trabajo sobre la teoría cinética de los gases.

Einstein se doctoró en enero de 1906, pero entonces los grados académicos ya eran superfluos. Con sus otros estudios, sobre la teoría de los cuantos y la teoría de la relatividad, se había asegurado un lugar permanente en la historia.

¿ONDAS O PARTÍCULAS?

Su segundo trabajo de 1905 volvía al problema de la naturaleza de la luz que parecía resulto de una vez por todas.

Newton se había inclinado a favor de que la luz era una corriente de corpúsculos mientras que otros la consideraban un movimiento de ondas en el «éter». Las dos teorías explicaban lo que se sabía de la luz en el siglo XVII, pero la inmensa reputación de Newton inclinó la balanza en un principio, hasta que Thomas Young (1773-1829) pensó que tal vez podría resolver la cuestión experimentalmente.

Cuando las ondas de cualquier clase que sean, hasta las ondulaciones del agua, topan con un obstáculo ranurado, las ondas se reagrupan al pasar por las ranuras y se efectúan mutuamente. Al unirse dos cresta, se refuerzan y producen olas en ciertas zonas más fuertes de lo que eran antes; pero cuando una cresta y un valle se encuentran se anulan mutuamente. Si la luz es ondas en movimiento deberá mostrar estos efectos de interferencia en forma de bandas de luz fuese una corriente partículas.

Este experimento crucial se llevó a cabo a principios del siglo XIX. Cuando Young hizo pasar la luz a través de dos ranuras estrechas descubrió que se producía realmente interferencia. Estos resultados se confirmaron con un experimento similar realizado por el científico francés Augustin Fernel. A Fernel le fue más fácil conseguir que se aceptara esta nueva prueba pues no tenía que enfrentarse como Young contra un monumento nacional como era Newton. Pero por fin se había zanjado la controversia y la teoría ondular salió victoriosa, coronada más tarde por el trabajo de James Clerk Maxwell. Así y todo, el artículo de Einstein de 1905 reabrió toda la cuestión ofreciendo una sorprendente confirmación de la nueva teoría de los cuantos.

LA TEORÍA DE LOS CUANTOS

En los años noventa del siglo pasado se plantó el problema de cómo los cuerpos calientes irradian energía. La teoría y la experimentación concordaban cuando se trataba de longitudes de onda mayores, pero los cálculos eran muy erróneos con las ondas cortas y una teoría no puede ser cierta a medias. Muchos científicos trataron de encontrar una salida a esta vergonzosa incongruencia científica que se empezó a llamar la «catástrofe ultravioleta».

Max Planck (1858-1947) se enfrascó con el problema hasta hallar una solución que publicó en 1900. Podía hacer que los cálculos teóricos coincidieran con las pruebas empíricas siempre que se emitieran la luz en breves destellos, o cuantos. Esto se resume en una de las dos célebre y engañosamente simples ecuaciones de la ciencia del siglo XX:

E = hv

(Donde E es la energía que contiene una de esas emisiones de luz, y v, la letra griega un, representa la frecuencia de la luz. Se enlazan mediante la h que es la «constante de Planck».)

Para la mayoría de los científicos, quizá incluso para Planck, esto parecía ser poco más que un ardid matemático. Pero Einstein vio que, si se tomaba al pie de la letra, explicaba una característica indescifrable del efecto fotoeléctrico. Es lo que sucede cuando la luz incide en ciertos materiales y arranca los electrones de sus átomos. Este efecto tiene varias aplicaciones prácticas, pro ejemplo en las cámaras de televisión, los fotómetros y las células fotoeléctricas solares.

El problema entonces era que la luz de corta longitud de onda (azul o violeta) arranca algunos electrones aunque sea muy débil mientras que la luz roja (de onda larga) no produce nada aunque sea muy fuerte. Es como si las fuerte rompientes dejaran intacto un castillo de arena siempre que hubiera mucha distancia entre ellas, mientras que las olitas insignificantes pudieran ir arrancándole trozos si venían muy juntas. Einstein comprendió que la luz en este caso no se comporta como onda sino como los corpúsculos de Newton.

Demostró que los cuantos de Planck no eran sólo una anomalía de la radiación atómica, sino que la misma luz no puede existir más que en pequeñas cantidades, o fotones. La energía de un solo fotón determinado depende de la frecuencia de la luz, como en la ecuación de Planck. Así se explica por qué la luz de onda larga (baja frecuencia) no produce el efecto fotoeléctrico: los fotones no poseen individualmente la energía necesaria para arrancar un electrón cuando chocan con un átomo, pero los fotones de gran energía de la luz violeta sí pueden. La luz débil tiene pocos fotones, pero cada uno pega más fuerte.

En esencia era una idea sencilla, pero nos lleva a aguas profundas. Si bien revivió la teoría corpuscular, no deja de lado la longitud de onda; ahora estaban firmemente unidas las dos ideas contradictorias. Ya no se trataba de cuál era cierta y cuál no; las dos eran necesarias para explicar la luz, aunque ser difícil comprender que algo tenga dos características que se excluyen mutuamente.

Einstein no pudo llegar a comprender el profundo significado de la teoría de los cuantos a pesar de haber sido uno de sus fundadores.

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