Mientras trabajaba evaluando solicitudes de patentes de m\u00e9todos para sincronizar relojes y otros procedimientos rutinarios, Albert Einstein escribi\u00f3 cinco estudios cient\u00edficos que revolucionaron la f\u00edsica.<\/p>\n
Ese 1905 pas\u00f3 a la historia como el Annus mirabilis (\u00aba\u00f1o milagroso\u00bb) del f\u00edsico alem\u00e1n.<\/p>\n
Por ese entonces, era un empleado de la Oficina de Patentes de Berna, Suiza, que trabajaba ocho horas de lunes a s\u00e1bado, aunque seg\u00fan cuenta en una carta a su amigo Conrad Habicht fechada entre junio y septiembre de 1905, cada d\u00eda ten\u00eda \u00abocho horas para perder el tiempo\u00bb.<\/p>\n
En ese momento, Einstein tambi\u00e9n ten\u00eda dos a\u00f1os de casado y era padre primerizo, pero era sobre todo, un genio desconocido.<\/p>\n
Pese al anonimato, el entonces joven de 26 a\u00f1os estaba al tanto de las inc\u00f3gnitas pendientes para los cient\u00edficos y dedicaba su tiempo libre a tratar de resolverlas.<\/p>\n
Los cinco trabajos que Einstein escribi\u00f3 en 1905 y que public\u00f3 en la revista Annalen der Physik tratan sobre problemas relacionados con tres grandes ramas de la f\u00edsica de esa \u00e9poca: la mec\u00e1nica cl\u00e1sica, el electromagnetismo y la termodin\u00e1mica, explica a BBC Mundo Dennis Lehmkuhl, editor cient\u00edfico de Einstein Papers Project, del Instituto de Tecnolog\u00eda de California (Caltech).<\/p>\n
Para el f\u00edsico espa\u00f1ol Roberto Emparan, autor del libro \u00abIluminando el lado oscuro del universo\u00bb, \u00abes sorprendente que alguien joven, desconocido, vaya directamente al grano de los principales problemas abiertos\u00bb.<\/p>\n
\u00abPero Einstein ten\u00eda instinto para identificar los problemas importantes, reducirlos a su esencia y avanzar. En eso era excepcional\u00bb, le se\u00f1al\u00f3 Emparan a BBC Mundo.<\/p>\n
Adem\u00e1s, \u00abten\u00eda el \u00edmpetu necesario\u00bb para prescindir de ideas convencionales y dejar al descubierto las contradicciones de la f\u00edsica, \u00aby su imaginaci\u00f3n visual le permit\u00eda dar saltos conceptuales que escapaban a otros pensadores m\u00e1s tradicionales\u00bb, explica por su parte Walter Isaacson en la biograf\u00eda \u00abEinstein: su vida y su universo\u00bb.<\/p>\n
Como resultado de estas habilidades extraordinarias, dej\u00f3 para la historia un Annus mirabilis como solo el c\u00e9lebre Isaac Newton hab\u00eda alcanzado antes.<\/p>\n
Entre 1665 y 1666 el matem\u00e1tico, astr\u00f3nomo y f\u00edsico ingl\u00e9s desarroll\u00f3 el c\u00e1lculo, la teor\u00eda de la composici\u00f3n de la luz y la teor\u00eda de la gravedad, mientras estaba recluido en su casa familiar para protegerse de una epidemia de peste que asolaba Inglaterra.<\/p>\n
\u00bfDe qu\u00e9 se trataban las cinco teor\u00edas qu\u00e9 escribi\u00f3 Einstein en su propio \u00aba\u00f1o milagroso\u00bb?<\/p>\n
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EFECTO FOTOEL\u00c9CTRICO<\/p>\n
Fue por esta investigaci\u00f3n, publicada en junio de 1905, que Einstein gan\u00f3 el premio Nobel de F\u00edsica en 1921 (y no por la teor\u00eda de la relatividad).<\/p>\n
Desde 1887, gracias a Heinrich Hertz, los cient\u00edficos conoc\u00edan el efecto fotoel\u00e9ctrico, que se produce cuando una placa met\u00e1lica, al ser iluminada, emite electrones y genera una corriente el\u00e9ctrica.<\/p>\n
Los f\u00edsicos de la \u00e9poca no pod\u00edan explicar algunas particularidades del efecto fotoel\u00e9ctrico si part\u00edan de la premisa, dominante en aquella \u00e9poca, de que la luz era una onda, se\u00f1al\u00f3 el f\u00edsico John Rigden en su libro Einstein 1905: The Standard of Greatness.<\/p>\n
El f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck ya hab\u00eda introducido la idea de que la luz pod\u00eda ser emitida o absorbida en forma de peque\u00f1os paquetes discontinuos de energ\u00eda, que denomin\u00f3 \u00abcuantos\u00bb.<\/p>\n
\u00abPero en verdad, (Planck) no cre\u00eda que (los cuantos) fueran reales\u00bb, se\u00f1al\u00f3 el f\u00edsico Christophe Galfard en su libro \u00abPara entender E=mc\u00b2\u00bb.<\/p>\n
\u00abPensaba en ellos como un truco matem\u00e1tico para que le salieran bien los resultados de sus experimentos\u00bb, agreg\u00f3.<\/p>\n
Sin embargo, Einstein aplic\u00f3 la idea de Planck al efecto fotoel\u00e9ctrico, al proponer que la luz realmente pod\u00eda comportarse como un conjunto de part\u00edculas.<\/p>\n
Einstein llam\u00f3 \u00abcuantos de luz\u00bb a estas part\u00edculas, que posteriormente pasaron a conocerse como \u00abfotones\u00bb.<\/p>\n
De acuerdo a Einstein, era m\u00e1s f\u00e1cil que la luz incidiera sobre electrones particulares concentrando su energ\u00eda en forma de part\u00edculas en vez de hacerlo en forma de ondas continuas.<\/p>\n
Las ondas no tendr\u00edan la energ\u00eda suficiente para expulsar electrones del metal. En cambio cada part\u00edcula de luz podr\u00eda colisionar directamente con cada electr\u00f3n y expulsarlo, explica Rigden en Einstein 1905: The Standard of Greatness.<\/p>\n
Einstein se refiere a esta investigaci\u00f3n como \u00abmuy revolucionaria\u00bb en una carta enviada a Habitch, fechada en mayo de 1905, en la que le enumera cuatro de los estudios que estaba desarrollando ese a\u00f1o.<\/p>\n
\u00abEste estudio nos dejaba en una situaci\u00f3n en la que no sab\u00edamos cu\u00e1l era el suelo firme para continuar. No encajaba con la f\u00edsica anterior\u00bb, le se\u00f1al\u00f3 Emparan a BBC Mundo. \u00abDurante mucho tiempo este art\u00edculo no fue tomado muy en serio\u00bb.<\/p>\n
\u00abEl propio Planck, viendo una aplicaci\u00f3n de sus ideas que parec\u00eda explicar bien las cosas, no lo acept\u00f3. Porque la luz ten\u00eda propiedades de onda muy bien verificadas\u00bb, agrega.<\/p>\n
\u00abEse era el grado de confusi\u00f3n que hab\u00eda en la \u00e9poca. Pero Einstein tuvo un instinto excepcional para moverse en estas situaciones de confusi\u00f3n\u00bb, se\u00f1al\u00f3.<\/p>\n
De hecho, al mismo tiempo que demostraba que la luz se comporta como part\u00edculas, Einstein subray\u00f3 que \u00abno era necesario descartar la teor\u00eda ondulatoria, pues pod\u00eda seguir resultando \u00fatil para explicar fen\u00f3menos \u00f3pticos\u00bb, sostuvo Isaacson en la biograf\u00eda del f\u00edsico.<\/p>\n
\u00abM\u00e1s adelante ya se comprob\u00f3 que algunos fen\u00f3menos los explicas si la luz se comporta como part\u00edculas y otras veces mejor como ondas, pero tiene ambas propiedades\u00bb, explica Emparan.<\/p>\n
Sin embargo, esta dualidad de onda, part\u00edcula de la luz, uno de los fundamentos de la f\u00edsica cu\u00e1ntica, desconcert\u00f3 a Einstein hasta muchos a\u00f1os despu\u00e9s, escribe Isaacson.<\/p>\n
En una carta enviada a su amigo Michele Besso, en 1951, le cuenta: \u00abEstos 50 a\u00f1os de reflexi\u00f3n no me han llevado en absoluto m\u00e1s cerca de la respuesta a la pregunta: ‘\u00bfQu\u00e9 son los cuantos de luz?'\u00bb.<\/p>\n
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LAS DIMENSIONES MOLECULARES<\/p>\n
Este estudio le vali\u00f3 su doctorado en la Universidad de Z\u00farich, en Suiza.<\/p>\n
Varios autores lo consideran como parte del \u00aba\u00f1o milagroso\u00bb porque Einstein termin\u00f3 de escribirlo en abril de 1905 y lo envi\u00f3 a Annalen der Physik en agosto, pero fue publicado en enero de 1906, despu\u00e9s de corregir algunos c\u00e1lculos.<\/p>\n
En esta investigaci\u00f3n, Einstein desarroll\u00f3 un m\u00e9todo de dos ecuaciones para medir el tama\u00f1o y la masa de las mol\u00e9culas.<\/p>\n
Las ecuaciones se val\u00edan de datos sobre la viscosidad (resistencia que ofrece un l\u00edquido a la acci\u00f3n de fluir) y la difusi\u00f3n de part\u00edculas de az\u00facar en agua, para despejar las dos variables que buscaba: el tama\u00f1o de las mol\u00e9culas y el n\u00famero que hay de ellas (conocido como el n\u00famero de Avogadro).<\/p>\n
\u00abSu tesis se convertir\u00eda en uno de sus trabajos m\u00e1s citados y de mayor utilidad pr\u00e1ctica, con aplicaciones en \u00e1mbitos tan diversos como la mezcla de cemento, la producci\u00f3n de leche y la fabricaci\u00f3n de aerosoles\u00bb, se\u00f1al\u00f3 Isaacson en la biograf\u00eda del f\u00edsico.<\/p>\n
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MOVIMIENTO BROWNIANO<\/p>\n
En 1827 Robert Brown, un bot\u00e1nico escoc\u00e9s, observ\u00f3 en el microscopio que unas part\u00edculas de polen llamadas amiloplastos se mov\u00edan aleatoriamente cuando estaban suspendidas en agua, sin seguir un patr\u00f3n definido. Pero no supo explicar por qu\u00e9.<\/p>\n
Este misterioso movimiento pas\u00f3 a ser conocido como \u00abmovimiento browniano\u00bb.<\/p>\n
En su investigaci\u00f3n, publicada en 1905, Einstein sostuvo que las part\u00edculas suspendidas se mov\u00edan al ser colisionadas por peque\u00f1as part\u00edculas del agua, que a su vez se mov\u00edan por efecto del calor, un fen\u00f3meno de la termodin\u00e1mica.<\/p>\n
Mientras m\u00e1s calor haya, m\u00e1s se mueven las part\u00edculas, que no ser\u00edan otra cosa que \u00e1tomos y mol\u00e9culas de agua.<\/p>\n
Esta explicaci\u00f3n de Einstein sirvi\u00f3 como una prueba de la existencia de los \u00e1tomos, que en esa \u00e9poca todav\u00eda no estaba completamente confirmada.<\/p>\n
Aunque hoy parezca contradictorio, en aquel entonces se pod\u00eda creer en los electrones del efecto fotoel\u00e9ctrico sin creer en los \u00e1tomos, porque los primeros todav\u00eda no se consideraban como parte de los segundos, sino solo como peque\u00f1as part\u00edculas de la materia con carga el\u00e9ctrica negativa, se\u00f1al\u00f3 Lehmkuhl a BBC Mundo.<\/p>\n
Para Lehmkuhl, \u00abel trabajo sobre el movimiento browniano es estructuralmente similar al del efecto fotoel\u00e9ctrico\u00bb.<\/p>\n
Las teor\u00edas vigentes en la \u00e9poca describ\u00edan a los l\u00edquidos y a la luz como objetos \u00abcontinuos\u00bb, explic\u00f3.<\/p>\n
\u00abEinstein se pregunt\u00f3: ‘\u00bfQu\u00e9 pasa si asumimos que estos no son realmente continuos, sino que tienen una estructura de part\u00edculas?’. Eso es lo que une a ambos estudios\u00bb, agrega.<\/p>\n
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ELECTRODIN\u00c1MICA<\/p>\n
Quiz\u00e1 este art\u00edculo, publicado en septiembre de 1905, sea el m\u00e1s famoso de los cinco que escribi\u00f3 en el \u00aba\u00f1o milagroso\u00bb.<\/p>\n
Einstein contaba que el origen de su trabajo sobre la relatividad especial se remontaba a un problema que \u00e9l mismo se hab\u00eda planteado a los 16 a\u00f1os: \u00bfc\u00f3mo se ver\u00eda un rayo de luz si uno viajara al lado de este a su misma velocidad?, cuenta Isaacson en la biograf\u00eda del f\u00edsico.<\/p>\n
Para resolver el problema, Einstein parti\u00f3 de dos grandes postulados: el de la relatividad de Galileo Galilei, de 1632, y de las ecuaciones del electromagnetismo de James Clerk Maxwell.<\/p>\n
Es por esto que la relatividad especial fue un problema \u00abl\u00edmite\u00bb entre la mec\u00e1nica cl\u00e1sica y la electrodin\u00e1mica, se\u00f1al\u00f3 Lehmkuhl.<\/p>\n
Seg\u00fan la relatividad de Galileo, \u00ablas leyes de la f\u00edsica son las mismas para todos los observadores que se muevan a velocidad constante unos con respecto a otros\u00bb, apunt\u00f3 Isaacson.<\/p>\n
Siguiendo este principio, si dos cuerpos se mueven a velocidad constante en relaci\u00f3n al otro, no se puede saber cu\u00e1l se mueve y cu\u00e1l est\u00e1 en reposo. Adem\u00e1s, las velocidades de los cuerpos deb\u00edan sumarse o restarse, dependiendo de si el observador se acerca o se aleja.<\/p>\n
Por su parte, en el siglo XIX, Maxwell hab\u00eda descubierto que \u00abla luz era la manifestaci\u00f3n visible de todo un abanico de ondas electromagn\u00e9ticas\u00bb, se\u00f1al\u00f3 Isaacson, al determinar que la luz y las ondas viajan a la misma velocidad, 300.000 km\/s.<\/p>\n
Las ecuaciones de Maxwell mostraban que \u00abla luz viajaba siempre a una velocidad constante de 300.000 km\/s, independientemente de la velocidad de la fuente emisora\u00bb.<\/p>\n
Seg\u00fan la relatividad de Galileo, si Einstein viajaba a la misma velocidad que un rayo, este deb\u00eda verse como un campo magn\u00e9tico en reposo (como cuando vamos en un auto y otros que viajan a la misma velocidad parecen estar quietos).<\/p>\n
Pero seg\u00fan las ecuaciones de Maxwell, la luz deb\u00eda mantener su velocidad de 300.000 km\/s.<\/p>\n
Entonces, \u00bfcu\u00e1l de los dos postulados era cierto?<\/p>\n
\u00abEinstein sostuvo: ‘Vamos a asumir que los dos son verdaderos’. Para que encajen, Einstein se deshizo de la idea de simultaneidad absoluta\u00bb, explic\u00f3 Lehmkuhl.<\/p>\n
Eliminar la simultaneidad absoluta significaba que dos sucesos que son simult\u00e1neos para un observador, dejan de serlo cuando el observador se mueve con respecto a uno de los dos sucesos, seg\u00fan explic\u00f3 Einstein en su art\u00edculo.<\/p>\n
\u00abDado que no existe la simultaneidad absoluta, tampoco existe el tiempo real o absoluto. Como Einstein se\u00f1alar\u00eda m\u00e1s tarde: ‘No hay ning\u00fan tictac audible en ninguna parte del mundo que pueda considerarse que es el tiempo'\u00bb, se\u00f1al\u00f3 Isaacson. \u00abEinstein se\u00f1alaba que si el tiempo es relativo, el espacio y la distancia tambi\u00e9n lo son\u00bb.<\/p>\n
\u00abLas mediciones del tiempo y del espacio pueden ser relativas, dependiendo del movimiento de uno o m\u00e1s observadores. Y no hay forma alguna de afirmar que uno de los observadores es quien est\u00e1 en lo cierto\u00bb, se\u00f1al\u00f3 Isaacson.<\/p>\n
Con la relatividad especial, que se aplica a cuerpos que se mueven a velocidad constante, Einstein derrib\u00f3 la idea de simultaneidad absoluta, del tiempo y espacio absolutos y confirm\u00f3 a la velocidad de la luz como una constante universal, independientemente de la posici\u00f3n, movimiento o velocidad del observador.<\/p>\n
\n
MASA Y ENERG\u00cdA<\/p>\n
En esta investigaci\u00f3n, publicada en noviembre de 1905, Einstein present\u00f3 la f\u00f3rmula E=mc\u00b2, que es tal vez la ecuaci\u00f3n m\u00e1s famosa de la historia, aunque no necesariamente sea la m\u00e1s f\u00e1cil de entender.<\/p>\n
En una carta enviada a Habitch, entre junio y septiembre de 1905, Einstein se refiere a este estudio, aunque reconoce que duda de sus resultados.<\/p>\n
\u00abUna consecuencia del estudio de la electrodin\u00e1mica (relatividad especial) cruz\u00f3 mi mente. El principio de la relatividad, junto con las ecuaciones de Maxwell, requieren que la masa sea una medida directa de la energ\u00eda contenida en un cuerpo. La luz transporta masa con ella\u00bb, le se\u00f1al\u00f3 a su amigo.<\/p>\n
\u00abLa idea es divertida y seductora pero hasta donde s\u00e9, Dios podr\u00eda estar ri\u00e9ndose de todo el asunto y podr\u00eda muy bien haberme tomado el pelo\u00bb, agreg\u00f3.<\/p>\n
Sin embargo, Einstein ten\u00eda raz\u00f3n. En la f\u00f3rmula que propuso, \u00abE\u00bb es por energ\u00eda, \u00abm\u00bb es por masa y \u00abc\u00bb, por la velocidad de la luz (300.000 km\/s) al cuadrado.<\/p>\n
El aumento de energ\u00eda causa un aumento directamente proporcional en la masa. En otras palabras, al viajar m\u00e1s r\u00e1pido y aumentar la energ\u00eda, la masa crece, y mientras m\u00e1s masa tiene un objeto, m\u00e1s dif\u00edcil es acelerar, por lo que nada puede alcanzar la velocidad de la luz.<\/p>\n
Esta f\u00f3rmula complet\u00f3 la teor\u00eda de la relatividad especial.<\/p>\n
\u00abEl brote de creatividad de Einstein en 1905 result\u00f3 asombroso\u00bb, escribi\u00f3 Isaacson.<\/p>\n
Y contin\u00faa: \u00abHab\u00eda concebido una revolucionaria teor\u00eda cu\u00e1ntica de la luz, hab\u00eda contribuido a probar la existencia de los \u00e1tomos, hab\u00eda explicado el movimiento browniano, hab\u00eda cambiado el concepto de espacio y tiempo, y hab\u00eda ideado la que se convertir\u00eda en la ecuaci\u00f3n m\u00e1s conocida de la historia de la ciencia\u00bb.<\/p>\n
En palabras de Lehmkuhl: \u00abTodos los estudios de 1905 fueron la culminaci\u00f3n de a\u00f1os de investigaci\u00f3n y de pensar sobre estos temas. En 1905 todo se puso en su lugar\u00bb.(BBC)<\/p>\n
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