By Albert Einstein y 4 artículos que revolucionan la física
Introducción
Hace un siglo, en 1905, Albert Einstein realizó su tesis y publicó una serie de artículos en la revista alemana Annalen der Physik. Cuatro de ellas realizadas entre marzo y septiembre hacen historia en el ámbito de la física.
El más famoso artículo, la teoría de la Relatividad Restringida, donde redefine los conceptos de espacio y tiempo quiebra la visión newtoniana de un espacio y tiempo absoluto. Para Einstein, según sus palabras, “es el primer nivel de una casa de dos pisos”. Cien años han pasado desde aquel año tan singular en los anales de la ciencia.
Los cuatro artículos
A mediados de marzo de 1905, Einstein envía el primer artículo a la revista Annalen der Physik donde deduce el “Efecto Fotoeléctrico”.
El responsable de la física teórica en la revista era Max Planck. En el mes de mayo del mismo año envía el segundo artículo. En los comienzos del siglo XX la existencia de átomos estaba lejos de ser totalmente probado. Ciertos filósofos, como Ernst Mach y William Ostwald, no creían en la hipótesis atómica, vieja por lo menos veinticinco siglos. En este artículo Einstein parte de argumentos simples para testear la teoría cinética de la materia. En junio envía un trabajo capital que fue trabajado durante muchos años pero lo encuadra entre cinco a seis semanas. En este trabajo explica una asimetría en la interpretación de una experiencia que pone en escena las ecuaciones de Maxwell (inducción electromagnética) que fue el motor de su reflexión. Con 26 años, trabajando como experto en la casa federal de la propiedad intelectual de Berna, Einstein reforma dos conceptos de la física, el tiempo y el espacio. Para el mes de septiembre publica en la misma revista un anexo del anterior artículo. En el trata sobre el concepto de energía y masa.
Marzo de 1905: “Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y la transformación de la luz”
Albert Einstein propone que la energía de la luz es conducida por quantos. En su introducción él escribe:
“Según la hipótesis para retener aquí, luego de la propagación de un rayo luminoso a partir de un punto, la energía no está distribuida en espacios cada vez más grandes, pero está constituido por un número infinito de quantos de energía, localizados en puntos del espacio, que se desplazan sin disociarse y que no pueden ser absorbidos o producidos de golpe”.
De esto se deduce, según él, el fenómeno de fotoluminiscencia (un cuerpo iluminado absorbe y reemite con otras frecuencias de la luz que recibe), la fotoionización como también el Efecto fotoeléctrico, observado por Heinrich Hertz: un conductor iluminado emite un flujo de partículas de carga negativa (electrones).
La explicación que propone Einstein es la siguiente. Cuando arriba en contacto con el metal, un quanto de luz transmite una parte o la totalidad de su energía. Su hipótesis explica también porque debajo de cierta frecuencia de radiación, ningún electrón es emitido. Por este enunciado Einstein recibió en 1921 el premio Nobel de Física donde en el año 1905 este artículo fue tomado con escepticismo por la comunidad científica.
Mayo de 1905”:Sobre el movimiento de las partículas en suspensión en un fluido en reposo implicado por la teoría cinética molecular del calor”
El extraordinario físico propone estudiar el movimiento de objetos muy pequeños (partículas) en perpetua agitación en un líquido. Si uno llega a observar este movimiento y en describir las leyes, entonces nos brindará información esencial sobre los átomos. Esto mostrará que el movimiento browniano, descripto por el biólogo Robert Brown en 1828, corresponde a la agitación molecular.
Esto también será una prueba de validez de la teoría cinética de la materia. Einstein llega efectivamente a describir el desplazamiento “medio” de las partículas en suspensión y deduce notablemente el número de Avogadro. En 1908, Jean Perrin realizará unas experiencias para testear las predicciones de Einstein: probaran definitivamente la existencia de átomos.
Este trabajo de Einstein sobre el movimiento browniano a dado lugar a numerosas aplicaciones: estudio de procesos estocásticos, análisis fractal, mercados financieros, etc.
Junio de 1905: “”Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”
Einstein funda una nueva cinemática sobre dos postulados aparentemente incompatibles. Primero, el Principio de Relatividad: las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia que no sufren aceleración relativa Es decir, este artículo abandona la hipótesis según la cual las distancias y las duraciones son idénticas para todos los observadores.
El segundo postulado dice que la propagación de la luz es independiente del movimiento de la fuente. La constante de la velocidad de la luz es una consecuencia de estos dos postulados. Una revisión completa del concepto de simultaneidad encuadra esta nueva cinemática.
Septiembre de 1905: “¿La inercia de un cuerpo depende de su energía?
Einstein muestra que si un cuerpo libera una energía L en forma de luz, su masa disminuye una cantidad L/V2 donde V es la velocidad de la luz (escritura de Einstein) Otra forma de decirlo es que no hay distinción esencial entre la masa y la energía. ¿Qué significa esto?. Que la masa mide la cantidad de materia contenida en un cuerpo, que mide igualmente su contenido energético, por medio de la velocidad de la luz elevado al cuadrado donde accede al estatus de verdadera constante universal de la física.
La equivalencia entre masa y energía es que la energía pura se puede transformar en masa, es decir se puede materializar en forma de partículas masivas y inversamente la masa se puede convertir en energía.
* Astrónomo del Area de Astronomía del Planetario de la Ciudad de Buenos Aires Galileo Galilei
