Albert Einstein (Ulm, Alemania, 14 de marzo de 1879 – Princeton,
Estados Unidos, 18 de abril de 1955) fue un físico alemán de
origenjudío, nacionalizado después suizo y estadounidense. Está
considerado como el científico más importante del siglo XX.
En 1905, cuando era un joven físico desconocido, empleado en la
Oficina de Patentes de Berna, publicó su teoría de la relatividad
especial. En ella incorporó, en un marco teórico simple
fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos y fenómenos
estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz. Como una
consecuencia lógica de esta teoría, dedujo la ecuación de la
física más conocida a nivel popular: la equivalencia masa-energía,
E=mc². Ese año publicó otros trabajos que sentarían bases para la
física estadística y la mecánica cuántica.
En 1915 presentó la teoría de
la relatividad general, en la que reformuló por completo el concepto
de gravedad.Una de las consecuencias fue el surgimiento del estudio
científico del origen y la evolución del Universo por la rama de la
física denominada cosmología. En 1919, cuando las observaciones
británicas de un eclipse solar confirmaron sus predicciones acerca
de la curvatura de la luz, fue idolatrado por la prensa Einstein se
convirtió en un icono popular de la ciencia mundialmente famoso, un
privilegio al alcance de muy pocos científicos.
Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y
sus numerosas contribuciones a la física teórica,
en 1921 obtuvo el Premio Nobel de Física y no
por la Teoría de la Relatividad, pues el científico a quien se
encomendó la tarea de evaluarla, no la entendió, y temieron correr
el riesgo de que luego se demostrase errónea. En esa época era
aún considerada un tanto controvertida.
Ante el ascenso del nazismo, el científico
abandonó Alemania hacia diciembre de 1932 con
destino a Estados Unidos, donde impartió docencia en
el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.
Se nacionalizó estadounidense en 1940. Durante sus
últimos años trabajó por integrar en una misma teoría la fuerza
gravitatoria y la electromagnética. Murió en Princeton, Nueva
Jersey, el 18 de abril de 1955.
Aunque es considerado por algunos como el «padre de la bomba
atómica», abogó en sus escritos por el pacifismo,
el socialismo y elsionismo. Fue proclamado como el
«personaje del siglo XX» y el más preeminente científico por la
revista Time.
En 1901 apareció el primer trabajo
científico de Einstein: trataba de la atracción capilar.
Publicó dos trabajos en 1902 y 1903, sobre los fundamentos
estadísticos de la termodinámica, corroborando
experimentalmente que la temperatura de un cuerpo se debe a la
agitación de sus moléculas, una teoría aún discutida en esa
época.20
Los artículos de 1905
En 1905 finalizó su doctorado presentando una tesis
titulada Una nueva determinación de las dimensiones
moleculares. En ellos explicaba el movimiento browniano, el
efecto fotoeléctrico y desarrollaba la relatividad especial y la
equivalencia masa-energía. El trabajo de Einstein sobre el efecto
fotoeléctrico le proporcionaría el Premio Nobel de física en 1921.
Efecto fotoeléctrico
El primero de sus artículos de 1905 se titulaba Un
punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de
luz.
En él Einstein proponía la idea de "quanto" de luz
(ahora llamados fotones) y mostraba cómo se podía utilizar
este concepto para explicar el efecto fotoeléctrico.
La teoría de los cuantos de luz fue un fuerte indicio de
la dualidad onda-corpúsculo y de que los sistemas físicos
pueden mostrar tanto propiedades ondulatorias como corpusculares.
Este artículo constituyó uno de los pilares básicos de la mecánica
cuántica.
Movimiento browniano
El segundo artículo, titulado Sobre
el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor
de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario,
cubría sus estudios sobre el movimiento browniano. El artículo
explicaba el fenómeno haciendo uso de las estadísticas del
movimiento térmico de los átomos individuales que forman un fluido.
El movimiento browniano había desconcertado a la comunidad
científica desde su descubrimiento unas décadas atrás. La
explicación de Einstein proporcionaba una evidencia experimental
incontestable sobre la existencia real de los átomos. El artículo
también aportaba un fuerte impulso a la mecánica estadística y
a la teoría cinética de los fluidos, dos campos que en aquella
época permanecían controvertidos.
El artículo de Einstein sobre
el movimiento atómico entregaba a los experimentalistas un
método sencillo para contar átomos mirando a través de
un microscopioordinario.
Relatividad especial
El tercer artículo de Einstein de ese año se titulaba Zur
Elektrodynamik bewegter Körper ("Sobre la electrodinámica
de cuerpos en movimiento"). En este artículo Einstein
introducía la teoría de la relatividad especial estudiando el
movimiento de los cuerpos y elelectromagnetismo en ausencia de
la fuerza de interacción gravitatoria.
La relatividad especial resolvía los problemas abiertos por
el experimento de Michelson y Morley en el que se había
demostrado que las ondas electromagnéticas que forman la luz se
movían en ausencia de un medio. La velocidad de la luz es, por lo
tanto, constante y no relativa al movimiento.
Ya en 1894 George Fitzgerald había estudiado esta
cuestión demostrando que el experimento de Michelson y Morley podía
ser explicado si los cuerpos se contraen en la dirección de su
movimiento. De hecho, algunas de las ecuaciones fundamentales del
artículo de Einstein habían sido introducidas anteriormente (1903)
por Hendrik Lorentz, físico holandés, dando forma matemática
a la conjetura de Fitzgerald.
El mérito de Einstein estaba por lo tanto en explicar lo sucedido
en el experimento de Michelson y Morley como consecuencia final de
una teoría completa y elegante basada en principios fundamentales y
no como una explicación ad-hoc o fenomenológica de un
fenómeno observado.
Su razonamiento se basó en
dos axiomas simples: En el primero reformuló el principio de
simultaneidad, introducido por Galileo siglos antes, por el
que las leyes de la física deben ser invariantes para todos los
observadores que se mueven a velocidades constantes entre ellos, y el
segundo, que la velocidad de la luz es constante para cualquier
observador. Este segundo axioma, revolucionario, va más allá de las
consecuencias previstas por Lorentz o Poincaré que simplemente
relataban un mecanismo para explicar el acortamiento de uno de los
brazos del experimento de Michelson y Morley. Este postulado implica
que si un destello de luz se lanza al cruzarse dos observadores en
movimiento relativo, ambos verán alejarse la luz produciendo un
círculo perfecto con cada uno de ellos en el centro. Si a ambos
lados de los observadores se pusiera un detector, ninguno de los
observadores se pondría de acuerdo en qué detector se activó
primero (se pierden los conceptos de tiempo absoluto y
simultaneidad).8 La teoría recibió el nombre de "teoría
especial de la relatividad" o "teoría restringida de la
relatividad" para distinguirla de la teoría de la
relatividad general, que fue introducida por Einstein en 1915 y en la
que se consideran los efectos de la gravedad y la aceleración.
Equivalencia
masa-energía
El cuarto artículo mostraba una deducción 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 clásicas energía
cinética y energía potencial. La relación masa–energía se
utiliza comúnmente para explicar cómo se produce la energía
nuclear.
Relatividad general
La relatividad general fue obtenida por
Einstein a partir de razonamientos matemáticos, experimentos
hipotéticos (Gedanken experiment) y rigurosa deducción
matemática sin contar realmente con una base experimental. El
principio fundamental de la teoría era el denominado principio
de equivalencia. A pesar de la abstracción matemática de la teoría,
las ecuaciones permitían deducir fenómenos comprobables.
