Relatividad, efecto fotoeléctrico, movimiento browniano...

En 1905, Einstein escribió una serie de trabajos que iban a revolucionar la Física. Diez años más tarde, su genial cerebro revolucionó nuestra percepción del universo. Así fue cómo lo hizo..   Dos relatividades Todo el mundo asocia a Einstein la teoría de la relatividad, pero en realidad hay dos: la relatividad especial, que describe lo que sucede cuando se viaja a velocidades cercanas a la de la luz, y la relatividad general, que explica la gravedad como una curvatura del espacio.s.

En 1902 se fundó en Berna la Academia Olimpia, dedicada a discutir de ciencia y filosofía. Era una sociedad peculiar, compuesta por sólo tres miembros: Maurice Solovine, Conrad Habicht y Albert Einstein. Tres años más tarde, Solovine y Habicht se marcharon de la ciudad y la Academia se disolvió, pero no dejaron de estar en contacto. En primavera Einstein escribía a Habicht prometiéndole cuatro trabajos: “El primero trata de las características de la radiación y es muy revolucionario. El segundo trabajo es la determinación del verdadero tamaño del átomo... El tercero demuestra que los cuerpos en suspensión en un fluido y de dimensiones de una milésima de milímetro deben experimentar un movimiento desordenado producido por la agitación térmica. El cuarto trabajo es sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, empleando una modificación de la teoría del espacio y el tiempo”.

Dicho y hecho. Ese año de 1905 envió 5 artículos a la revista Anales de Física: el que le condujo al premio Nobel por su explicación del efecto fotoeléctrico (18 de marzo); el que le hizo científicamente famoso al explicar el movimiento browniano (11 de mayo); el que puso las bases de la teoría especial de la relatividad (30 de junio); el que contiene la ecuación más famosa de la historia, E= mc2 (27 de septiembre); y un segundo trabajo, menos interesante, sobre el movimiento browniano (19 de diciembre). De propina, además, una tesis doctoral donde plantea una nueva forma de medir el tamaño de las moléculas (30 de abril), que se convirtió en su trabajo más citado.

Los artículos sobre el movimiento browniano y su tesis doctoral tienen su origen en dos problemas centrales de la física de comienzos del siglo XX. El primero era la misma existencia de las moléculas: ¿cómo probar que son reales? El segundo era consecuencia del primero. Si son reales, ¿cómo relacionar su movimiento con conceptos como la temperatura?

Estadística de Bose-Einstein Junto con el hindú Satyendra Nath Bose, Einstein desarrolló una teoría que en 1995 ofreció al mundo un nuevo estado de la materia: el condensado de Bose-Einstein.

¿Existen los átomos?

La solución al primer interrogante pudo ocurrírsele mientras tomaba el té. Al poner un terrón en el agua, se disuelve y se difunde por toda la taza, haciéndola más viscosa. De esta simple observación, Einstein dedujo una forma de calcular el tamaño de las moléculas y un valor para una constante fundamental llamada el número de Avogadro, que dice la cantidad de moléculas de un gas que hay en un volumen dado en unas condiciones concretas. Con él se puede determinar la masa de cualquier átomo. Éste fue el contenido de su tesis. Lo curioso es que al enviarla a la Universidad de Zúrich el encargado de evaluarla, Alfred Kleiner, la rechazó por ser demasiado corta. Einstein añadió una frase más y fue aceptada.

Los artículos de Anales discuten un fenómeno estudiado en 1827 por el botánico-conservador del Museo Británico Robert Brown: los granos de polen en suspensión en el agua se mueven de manera errática e imposible de predecir. En 1905 nadie había logrado explicar este movimiento browniano.

El Nobel En ocho ocasiones Einstein fue nominado para el Nobel de Física, que ganó finalmente en 1922 por su explicación del efecto foto-eléctrico. Para el comité del Nobel la relatividad era demasiado especulativa.

Los problemas teóricos y matemáticos a los que se enfrentaba eran insuperables, pero Einstein los salvó con su brillante intuición física. Por un lado, dijo, tenemos el comportamiento microscópico del grano de polen, que podemos asimilarlo a una molécula gigante. Por otro, ese grano es lo suficientemente grande como para que también obedezca las mismas leyes que gobiernan el movimiento de un sóli do en un líquido, como un submarino. Einstein llegó a la conclusión de que midiendo el desplazamiento medio del polen podía calcular el valor de constantes fundamentales como el número de Avogadro. La chispa de su genio son las palabras desplazamiento medio: no importa el recorrido real sino la distancia en línea recta desde el principio al final (imaginemos un coche subiendo un puerto; no importa las vueltas que dé la carretera –el camino browniano–; lo que interesa es la distancia recorrida en línea recta). Con todo ello se deduce que el polen se mueve porque las moléculas de agua chocan con él como en un billar microscópico. Por tanto, el calor no es otra cosa que agitación molecular. Einstein había demostrado la existencia de los átomos.

A pesar de la importancia de estos trabajos, la imaginería popular asocia a Einstein con la teoría especial de la relatividad. Con ella no sólo suprimió del universo el éter, esa sustancia sutil que llenaba el espacio y permitía a la luz viajar por el cosmos, sino que resolvió la profunda discrepancia que había entre la mecánica, que se ocupa de los objetos en movimiento, y el electromagnetismo. La situación era crítica: o se cambiaba la mecánica clásica, la de tiempos de Galileo, o se hacía lo propio con la teoría electromagnética enunciada por Maxwell en el siglo XIX.