Einstein

Einstein

(1879-1955) Científico estadounidense de origen alemán. Está considerado generalmente como el físico más importante del siglo XX, y por muchos físicos como el mayor científico de todos los que han existido, con la excepción, tal vez, de Galileo o Newton.

Albert Einstein, nació de padres judíos en la ciudad germana de Ulm el 14 de marzo de 1879. A la edad de 17 años hizo su ingreso en el Politécnico de Zürich, donde estudió durante tres años hasta obtener el diploma de pedagogo. En 1898 ocuparía un modesto cargo en la oficina de patentes de Berna, la capital suiza.




En 1905 publicó en Annalen der Physik tres importantes artículos, entre las cuales estaba Zur Elektrodinamik Bewegter Körper (Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento), donde se formulaban con toda claridad los principios de la joven y, hasta entonces desconocida, Teoría Especial de la Relatividad.

La teoría

La teoría de la relatividad, desarrollada fundamentalmente por Einstein, procuraba originalmente explicar ciertas anomalías en el concepto de movimiento relativo, pero en su evolución se ha convertido en una de las doctrinas más importantes en las ciencias físicas, yaciendo la base para que los físicos demostraran la unidad esencial de la materia y la energía, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitación y los efectos de la aceleración de un sistema.

La teoría de la relatividad, tal como la interpretó Einstein, tuvo dos formulaciones diferentes. La primera es la que corresponde a dos trabajos publicados en 1906 en los Annalen der Physik. Ésta es conocida como la Teoría de la Relatividad Especial y se ocupa de sistemas que se mueven uno respecto del otro con velocidad constante. La segunda, llamada Teoría de la Relatividad General (así se titula la obra de 1916 en que la formuló), se ocupa de sistemas que se mueven a velocidad variable.

Teoría de la relatividad especial

Los postulados de la relatividad especial son dos: El primero afirma que todo movimiento es relativo a cualquier otra cosa, y por lo tanto el éter, que se había considerado durante todo el siglo XIX como medio propagador de la luz y como la única entidad definitivamente firme del Universo, con movimiento absoluto y no determinable, quedaba fuera de ámbito en la física, que no necesitaba de un concepto parecido porque no podía establecerse por medio de ningún experimento.

El segundo postulado afirma que la velocidad de la luz es siempre constante con respecto a cualquier observador. De sus premisas teóricas Einstein obtuvo una serie de ecuaciones que tuvieron consecuencias importantes e incluso algunas desconcertantes, como fuera el inesperado aumento de la masa con el incremento de la velocidad. Uno de sus resultados más trascendentes fue la equivalencia entre masa y energía, según la conocida fórmula E=mc², en la que c es la velocidad de la luz y E representa la energía obtenible por un cuerpo de masa m cuando toda su masa sea convertida en energía.

Dicha equivalencia entre masa y energía fue demostrada concretamente en el año 1932, y dio lugar a impresionantes aplicaciones precisas en el campo de la física (tanto la fisión nuclear como la fusión termonuclear son procesos en los que una parte de la masa de los átomos se transforma en energía). Los aceleradores de partículas donde se obtiene un incremento de masa son un ejemplo experimental clarísimo de la teoría de la relatividad especial.

La teoría también establece que en un sistema en movimiento con respecto a un observador se verifica una dilatación del tiempo; esto se ilustra claramente con la famosa paradoja de los gemelos: "imaginemos a dos gemelos de veinte años, y que uno permaneciera en la Tierra y el otro partiera en una astronave, tan veloz como la luz, hacia una meta distante treinta años luz de la Tierra. Al retorno de la astronave, para el gemelo que se quedó en la Tierra habrían pasado sesenta años; en cambio, para el otro sólo unos pocos días".

Teoría de la relatividad general

La teoría de la relatividad general se refiere al caso de movimientos que se producen con velocidad variable y tiene como postulado fundamental el principio de equivalencia, según el cual los efectos producidos por un campo gravitacional equivalen a los producidos por el movimiento acelerado.

La revolucionaria hipótesis adoptada por Einstein fue provocada por el hecho de que la teoría de la relatividad especial, basada en el principio de la constancia de la velocidad de la luz sea cual sea el movimiento del sistema de referencia en el que se mide, no concuerda con la teoría de la gravitación newtoniana: si la fuerza con que dos cuerpos se atraen depende de la distancia entre ellos, al moverse uno tendría que cambiar al instante la fuerza sentida por el otro, es decir, la interacción tendría una velocidad de propagación infinita, violando la teoría especial de la relatividad que señala que nada puede superar la velocidad de la luz.

Tras varios intentos fallidos de acomodar la interacción gravitatoria con la relatividad, Einstein sugirió que la gravedad no es una fuerza como las otras, sino que es una consecuencia de que el espacio-tiempo se encuentra deformado por la presencia de masa (o energía, que es lo mismo). Entonces, cuerpos como la tierra, no se mueven en órbitas cerradas porque haya una fuerza llamada gravedad, sino que se mueven en lo más parecido a una línea recta, pero en un espacio-tiempo que se encuentra deformado por la presencia del sol.

Los cálculos de la relatividad general se realizan en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal, adoptado ya en la teoría de la relatividad, restringida al tener que abandonar el concepto de simultaneidad.

Con esta teoría se obtienen órbitas planetarias muy similares a las que se obtienen con la mecánica de Newton. Uno de los puntos de discrepancia entre ambas, la anormalmente alargada órbita del planeta Mercurio, que presenta un efecto de rotación del eje mayor de la elipse (aproximadamente un grado cada diez mil años) observado experimentalmente algunos años antes de enunciarse la teoría de la relatividad, y no explicado con las leyes de Newton, sirvió de confirmación experimental de la teoría de Einstein.

Un efecto que corroboró tempranamente la teoría de la relatividad general es la deflexión que sufren los rayos de luz en presencia de campos gravitatorios. Los rayos luminosos, al pasar de una región de un campo gravitatorio a otra, deberían sufrir un desplazamiento en su longitud de onda (el Desplazamiento al Rojo de Einstein), lo que fue comprobado midiendo el desplazamiento aparente de una estrella, con respecto a un grupo de estrellas tomadas como referencia, cuando los rayos luminosos provenientes de ella rozaban el sol.

La verificación se llevó a cabo en 1962, aprovechando un eclipse total de sol (para evitar el deslumbramiento del observador por los rayos de luz, en el momento de ser alcanzados por la estrella); la estrella fue fotografiada dos veces, una en ausencia y otra en presencia del eclipse. Así, midiendo el desplazamiento aparente de la estrella respecto al de la estrella de referencia, se obtenía el ángulo de desviación que resultó ser muy cercano a lo que Einstein había previsto.

El concepto de tiempo resultó profundamente afectado por la relatividad general. Un sorprendente resultado de esta teoría es que el tiempo debe transcurrir más lentamente cuanto más fuerte sea el campo gravitatorio en el que se mida. Esta predicción también fue confirmada por la experiencia en 1962. De hecho, muchos de los modernos sistemas de navegación por satélite tienen en cuenta este efecto, que de otro modo darían errores en el cálculo de la posición de un objeto por cientos de kilómetros.

Otra sorprendente deducción de la teoría de Einstein es el fenómeno de colapso gravitacional que da origen a la creación de los agujeros negros. Dado que el potencial gravitatorio es no lineal, al llegar a ser del orden del cuadrado de la velocidad de la luz puede crecer indefinidamente, apareciendo una singularidad en las soluciones. El estudio de los agujeros negros se ha convertido en pocos años en una de las áreas de estudio de mayor actividad en el campo de la cosmología.

Precisamente a raíz de la relatividad general, los modelos cosmológicos del universo experimentaron una transformación drástica. La cosmología relativista concibe un universo ilimitado, carente de límites o barreras, pero finito, según la cual el espacio es curvo en el sentido de que las masas gravitacionales determinan en su proximidad la curvatura de los rayos luminosos. Sin embargo Friedmann, en 1922, concibió un modelo que representaba a un universo en expansión, que no obedecía a las ecuaciones relativistas de Einstein. Con todo, la mayor revolución de pensamiento que la teoría de la relatividad general provoca es el abandono de espacio y tiempo como variables independientes de la materia, lo que resulta sumamente extraño y en apariencia contrario a la experiencia. Antes de esta teoría se tenía la imagen de espacio y tiempo, independientes entre sí y con existencia previa a la del Universo, idea tomada de Descartes en filosofía y de Newton en mecánica.

Mal estudiante

Pero, en el comienzo de su vida académica, Einstein experimentó problemas serios que le costarían que se lo considerara un niño con dificultades del aprendizaje. Como consta en el reporte escolar que sigue.

La teología de la relatividad

Desde que Galileo incurriera en la rabia de los Papas por su herejía, colocando el sol en medio del universo, la ciencia y la religión católica han mantenido un diálogo tenso y muy poco amistoso.
La curia, intolerante de toda oposición, cuando se la contradice, recurre a la persecución franca de todos quienes resisten el dogma que ellos establecen. La Inquisición, el arma creada contra el desacato, en tiempos de Galileo, pronto dispuso que las piras de los actos da fe se encendieran para castigar los rebeldes impíos. En lo que no estaban aislados. La Inquisición de Calvino, en Suiza, haría lo mismo quemando vivo, convicto de herejía, al ilustre médico español Miguel Serveto (1511-1553), quien fuera quien primero describiera el sistema circulatorio pulmonar.



Miguel Serveto

Con su vida pagan, a veces, quienes se aventuran a diferir…

El imbroglio de Galileo dio comienzo a un período de represión ideológica, e imposición rígida, por parte de la Iglesia, que algunos no pudieran tolerar; por esa razón tantos más pagarían con sus vidas, por que no se sometieron a la dictadura del clero.

La Inquisición en teoría, como tal, ya no existe, aunque su "oficina" aun reside en el Vaticano. Empero, aunque la represión no exista como la creara su arquitecto Santo Domingo de Guzmán, la Iglesia Católica no se ha tornado más tolerante de quienes sus doctrinas cuestionan. Por ello, el autoritarismo residual que todavía caracteriza el modo de pensar del Pontífice reinante, sea político, científico o eclesiástico, para algunos, es intolerable e inadmisible.

Nosotros nos contamos entre aquellas personas no satisfechas con que otros nos guíen en asuntos tan importantes como son: la existencia de un Dios, la infalibilidad del Papa, el origen del universo, cómo y cuándo comienza la vida y hacia dónde nos conduce la muerte.

Para quienes así pensamos, es necesario que evaluemos prolijamente lo que todos, científicos o religiosos, nos procuran instruir; cuando lo hacen como si ellos fueran los únicos que gozan acceso a las verdades eternas.

La ciencia y la religión
La ciencia y la religión partieron compañía hace muchos años siguiendo divergentes derroteros. Las religiones quedarían inmovilizadas mientras que el progreso científico continuaba acelerando. En 1866 el monje austriaco Gregor Mendel descubrió las leyes de la herencia, sin que sus trabajos fuesen reconocidos hasta cien años después de su muerte. Antes de Mendel, Darwin publicó su obra cumbre On the Origin of the Species en 1859. Si, por coincidencia, Darwin hubiese tenido acceso a los hallazgos de Mendel, su trabajo hubiese sido fortalecido en su relevancia. De todos modos, por coincidencia e independientemente, Darwin y Alfred Russel Wallace, al unísono descubrieron la misma teoría sin, al principio, saber uno de las labores del otro. Así, como en otras publicaciones nuestras hemos señalado, es como, a menudo avanza, el descubrimiento científico --- por serendipia y coincidencia.

Pero, no fue hasta que un niño con problemas de aprendizaje y como adulto, empleado menor del gobierno suizo, nos impulsara en nuevas direcciones, hasta entonces, por todos insospechadas. El niño, de que hablamos aquí, fue Albert Einstein, quien nos diera la Teoría de la Relatividad, en la que basamos este proyecto.

La teoría de la relatividad
Un cambio paradigmático en el espectro del pensamiento científico tuvo lugar cuando, impulsando el estado de la ciencia, en el año 1905 el desconocido físico teutón, Albert Einstein, publicó unos artículos seminales acerca de la, hasta entonces desconocida, Teoría de la Relatividad.

Para el mundo, se llamaría La Teoría de la Relatividad. Para los científicos se llamaría la Teoría General de la Relatividad, proponiendo su autor, la fórmula tan simple como famosa, E=mc2 la cual explicaremos más adelante, como parte de la biografía de este genio entre genios.

Pero, ¿quién era este Albert Einstein?