Los aportes del científicoAlbert Einstein cambiaron la historia del siglo XX. Su cerebro alumbró ideas que ayudaron a entender la naturaleza de la luz, del espacio y del tiempo. Gracias a ellas, hoy se puede disfrutar, entre otras cosas, de Internet y de la televisión.
Teoría de la Relatividad de Einstein y GPS
La frase "el taxista se ha perdido, llegaré tarde" está en vías de desaparición. Muchos vehículos empiezan a incorporar un GPS (Sistema de Posicionamiento Global) que nos permite saber dónde estamos sobre la Tierra con precisión de pocos metros y que puede sugerirnos una ruta para no llegar tarde. El GPS también permite a un avión volar casi sin piloto, a un barco conocer su posición en el mar o determinar cómo se están desplazando las placas tectónicas que conforman los continentes. Todos hemos oído hablar de este avance tecnológico sin ser conscientes de que su funcionamiento precisa de las teorías de la Relatividad Especial (1905) y de la Relatividad General (1915) de Albert Einstein.
La idea fundamental es que ambas teorías nos permiten entender cómo transcurre el tiempo medido por diferentes relojes. El funcionamiento de un aparato GPS se basa en recibir señales de distintos relojes cuya ubicación es conocida y deducir su propia posición a partir de esa información. Para ello, una treintena de satélites orbitan alrededor de la Tierra. Cada satélite lleva consigo un reloj atómico de Cesio de precisión casi inimaginable: hace un tic cada nanosegundo y sólo se atrasa unos 4 nanosegundos al día. La razón para una precisión tan abrumadora es sencilla de entender. La luz recorre unos 30 cm cada nanosegundo. Si deseamos determinar una posición con precisión de pocos metros empleando señales electromagnéticas procedentes de satélites, hemos de medir tiempos con un error menor que unos 20 nanosegundos. Necesitamos relojes precisos bien sincronizados.
Aquí entra la Relatividad. El tiempo no corre por igual para un reloj situado en un satélite que para otro que tenemos en casa. Veamos dos razones. Una, el reloj en órbita se mueve respecto al nuestro a unos 12 000 km/s. Dos, nuestro reloj se halla inmerso en un campo gravitatorio más intenso. En el primer caso, la Teoría de la Relatividad Especial predice que el reloj en órbita se atrasa unos 7 microsegundos al día respecto al reloj de nuestra casa. En el segundo caso, la Teoría de la Relatividad General dicta que el reloj en órbita se adelanta unos 45 microsegundos al día. Ambos efectos se combinan de forma que, si no los corregimos, los relojes se desincronizan unos 38 microsegundos al día. Dicho de otro modo, si no utilizamos la Relatividad, nuestro GPS no sirve para nada pasados dos minutos. Al cabo de un día, daría nuestra posición con un error de 10 km.
¡El GPS incorpora, pues, las ecuaciones de la Relatividad! De hecho, los relojes en órbita fueron ajustados en fábrica para que hagan sus tics más despacio y así corregir parte de los efectos relativistas que hemos mencionado. Es una gran lección histórica: la teoría de Einstein, motivada por la necesidad de unificar los paradigmas de la Física Clásica y del Electromagnetismo, ha dado lugar a una herramienta tecnológica cuyo impacto empezamos a vislumbrar.
Podemos especular sobre el impacto social del GPS. Combinando un GPS con la emisión de una señal podemos monitorizar remotamente la posición de cualquier objeto. Existen sistemas de localización para coches que tal vez extenderemos a todo tipo de objetos o a personas. La visión de un Gran Hermano que sabe dónde está cada ser humano me aterra. Es inaplazable iniciar la legislación de la limitación en el uso del GPS. ¿Es ético monitorizar la posición de un trabajador? ¿De un niño? Como otras veces en la historia de la ciencia, un logro conceptual se traduce en una tecnología que debemos emplear con criterios consensuados y de contención.
El sistema GPS opera bajo el control del Departamento de Defensa de los EEUU. Gracias a que la Relatividad no pertenece a nadie, Europa está construyendo Galileo, su propio GPS civil. La inversión pública en ciencia básica halla, al menos, dos justificaciones: sus imprevisibles frutos se producen en plazos de tiempo superiores a la necesidad de retorno de una empresa y, además, el conocimiento obtenido debe ser público y no propietario.
El futuro será mil veces más fascinante de lo que atisbamos. Disponemos de relojes atómicos cien mil veces más precisos que los empleados en el sistema GPS que seguirán procesos de estabilización, miniaturización y abaratamiento y que permitirán localizar un objeto con precisión de 1 cm. Ese objeto podría ser un coche sin conductor.
Más de un joven lector estará ideando un uso original del GPS, capaz de aportar el necesitado valor añadido. Sin ciencia básica, no hay desarrollo ni posterior innovación. La Mecánica Cuántica también nos aguarda. El estudio y construcción de láseres atómicos dará lugar a ondas cuánticas lentas, capaces de medir distancias con precisión superior. (Joven lector, estudia Mecánica Cuántica.)
Albert Einstein: por una cabeza
Los aportes del científicoAlbert Einstein cambiaron la historia del siglo XX. Su cerebro alumbró ideas que ayudaron a entender la naturaleza de la luz, del espacio y del tiempo. Gracias a ellas, hoy se puede disfrutar, entre otras cosas, de Internet y de la televisión.
Eliana Galarza
egalarza@viva.clarin.com.ar
Cada vez que se atraviesa una puerta automática, de esas que sólo se abren cuando sienten la presencia de quien la va a cruzar, los múltiples razonamientos de Albert Einstein se cristalizan para quien no entiende nada de física ni de curvaturas del tiempo-espacio. Porque las ideas de los grandes genios de la humanidad tienen esa característica: aparecen para transformar el futuro, aun en sus matices más cotidianos o triviales. Y para entender su obra o aportes no hace falta ser un iluminado como ellos. Conviene no asustarse frente a fórmulas que parecen crípticas, como E=mc2. Es mejor dejarse llevar por el placer de adquirir un conocimiento nuevo, del que -como buen lego- no es necesario comprender en todos sus detalles. Con aproximarse a descubrir su esencia y utilidad, es suficiente. De paso se puede valorar su belleza; porque igual que un buen cuadro o una melodía sin fisuras, la síntesis de una teoría o una fórmula -un enunciado capaz de resumir un concepto complejísimo en apenas unas letras- también es algo bello.
Por algo los físicos las llaman
fórmulas elegantes, entendiendo elegancia por simplicidad
En el caso de Albert Einstein, que revolucionó el siglo XX con su Teoría de la Relatividad, el camino para saber cómo llegó a esa revelación está salpicado por anécdotas deliciosas que lo pintan como un científico ampliamente dedicado a sus trabajos de investigación pero además comprometido con los conflictos de su época. Y tan humano que fue capaz de tener toques de cierta sordidez en su vida personal. En este año se cumplen varios aniversarios de acontecimientos que marcaron su vida y la de todos. El más grandilocuente y festejado es el centenario del Año Milagroso, como se denominó a 1905, cuando publicó sus trabajos más importantes, entre ellos, el que enuncia la Teoría de la Relatividad Especial (el paso previo a su Teoría de la Relatividad General, presentada en 1915). Por eso se bautizó a 2005 como Año de la Física. También se cumplen 50 años de su fallecimiento y algo que nos toca más de cerca: 80 años de su visita a la Argentina. Llegó al puerto de Buenos Aires el 25 de marzo de 1925 a bordo del barco Cap Polonia. Tenía 46 años y, aunque se quedó apenas un mes, fue suficiente para dejar una estela de buen humor y fraternidad. Con tantas fechas que lo alejan del olvido, se impone recordarlo y animarse a entender qué quiso decir con tantas fórmulas y enunciados.
¿Por qué yo?
Si el pensamiento de Einstein no hubiese sido fecundo, hoy no se podría disfrutar de esas puertas que abren y cierran solas, ni de Internet, ni de la televisión, por mencionar algunos ingredientes del confort del hombre siglo XXI.
Al científico alemán -que nació en la ciudad de Ulm el 14 de marzo de 1879 y murió el 18 de abril de 1955 en Princeton, Estados Unidos- no se le ocurrió directamente diseñar esas puertas mágicas, ni crear la tecnología que permitiese conectarse a Internet o mirar el noticiero de las 8. Pero sus conclusiones resultaron fundamentales para que todo eso fuera posible. Es el clásico ejemplo de lo que en el mundo de la ciencia se conoce como aplicaciones de la investigación básica (la que no tiene consecuencias a corto plazo pero está llamada a ser, tal vez y con viento a favor, el comienzo de una revolución). ¿Y por qué fue él y no otro el científico destinado a estos honores? El propio Einstein se lo preguntó alguna vez y escribió esta reflexión: "¿Cómo llegó a ocurrir que yo fuera el único en desarrollar la Teoría de la Relatividad? La razón, pienso, es que un adulto normal nunca se detiene a pensar sobre problemas de espacio y tiempo. Estas son cosas que ha pensado de niño. Pero mi desarrollo intelectual fue retardado, como resultado de lo cual comencé a preguntarme sobre el espacio y el tiempo sólo cuando ya había crecido. Naturalmente, pude profundizar más en el problema que un niño con dotes normales".
La
confesión de Einstein podría enlazarse con lo que declaró un colega suyo, el físico estadounidense Isidor Isaac Rabi, que arriesgó esta definición: "Pienso que los físicos son los Peter Pan de la raza humana: nunca crecen y conservan su curiosidad. Una vez que sos sofisticado, sabés de más, mucho de más". Tal vez en esos dos párrafos se encuentren algunas de las claves de la genialidad de Einstein. Su vida, después de todo, no rebalsó en honores académicos. Lo suyo no fue un compendio de hitos de alumno ejemplar, con calificaciones que se ajustaran a ese perfil. Por el contrario, demoró bastante en aprender a hablar y nunca fue un alumno brillante. En su autobiografía, que él solía llamar obituario, no se pueden encontrar señales de días académicos gloriosos.más, mucho de más". Tal vez en esos dos párrafos se encuentren algunas de las claves de la genialidad de Einstein. Su vida, después de todo, no rebalsó en honores académicos. Lo suyo no fue un compendio de hitos de alumno ejemplar, con calificaciones que se ajustaran a ese perfil. Por el contrario, demoró bastante en aprender a hablar y nunca fue un alumno brillante. En su autobiografía, que él solía llamar obituario, no se pueden encontrar señales de días académicos gloriosos.
En ese relato de su propia vida hizo hincapié en algunos acontecimientos que lo llevaron a desarrollar su inagotable y característica sed de conocimiento.
Una de las anécdotas que relata en ese libro se refiere a un regalo que recibió cuando tenía apenas 4 ó 5 años. Su padre le entregó una brújula y él se fascinó por el modo en que ese extraño objeto se empecinaba en señalar el norte.
Por más que lo girara rápidamente y en diferentes sentidos, la manecilla seguía imperturbable.
Por esos años también pensaba en cómo caían los objetos y una de las preguntas que más lo atormentaba era ¿Por qué la Luna no se cae? A los 16, sus interrogantes continuaban en primer plano pero su curiosidad estaba focalizada en temas más complejos. Quería saber, por ejemplo, qué pasaría si una persona viajara sobre un rayo de luz. Diez años después, mientras trabajaba en una oficina de patentes, en Berna (sí, era un empleado que en sus ratos libres se dedicaba a pensar sobre cuestiones científicas), alumbró ideas que le dieron respuestas a algunas de sus recurrentes preguntas y modificaron la historia de la ciencia y de la humanidad. Con sus publicaciones en revistas especializadas -en alemán, el idioma en que se escribían los adelantos en ese momento, no en inglés- el joven Einstein empezó a inventar el futuro.
A partir de ese Año Milagroso, 1905, cambió los conceptos de espacio y de tiempo, planteó las bases de la cosmología moderna, explicó por qué existe la fuerza de la gravedad, develó los misterios de la interacción entre la luz y la materia. Fue en ese año que escribió cuatro textos magistrales; en uno de ellos estaba la enunciación de su Teoría de la Relatividad Especial (ver recuadros); en ella describió la relación entre la masa y la energía de un cuerpo. Una de las principales conclusiones de esa teoría fue expresada a través la famosa fórmula E=mc^2 (ver recuadro). De ese modo reveló que existen grandes cantidades de energía incluso en las masas más diminutas. Y sin proponérselo, sentó las bases que en el futuro llevarían a la construccción de la bomba atómica.
usto él, que fue un rabioso pacifista. Hacia fines de la década del 30, vislumbró al fantasma de esa bomba. Por eso, el 2 de agosto de 1939, le escribió una decisiva carta al presidente de los Estados Unidos, Franklin D. Roosvelt: "En el transcurso de los cuatro últimos meses se ha convertido en probable -con los trabajos de Joliot en Francia y de Fermi y Szilard en Estados Unidos- la posibilidad de desencadenar reacciones nucleares en cadena en una gran masa de uranio, mediante las cuales se generarían enormes cantidades de energía y nuevos elementos similares al radio. Hoy parece casi seguro que esto podría lograrse en un futuro inmediato.
En cualquier caso, se trata de algo más que de una mera producción de energía. Este fenómeno nuevo podría también llevar a la construcción de bombas de un nuevo tipo, extremadamente potentes.
Una sola bomba de esta clase, transportada por barco y explosionada en un puerto, destruiría por completo tanto ese puerto como una parte del territorio alrededor". Faltaban apenas unos seis años para que todos sus temores todos sus temores se cristalizaran en la destrucción de Nagasaki e Hiroshima por causa del fatídico desarrollo de las bombas atómicas.
Más allá de la ciencia
No fue un buen esposo, tampoco buen padre. Incluso se reveló que dio a una de sus hijas en adopción. Luchó por la paz y se fue de Alemania apenas pudo. Murió en los Estados Unidos. Solía decir frases como esta: "El sentido común es la serie de preconceptos que acumulamos hasta los 18 años".
Como todo buen científico, pretendía, a su manera, entender al mundo que lo rodeaba. Quería conocer los secretos del movimiento (se dedicó a la física, ciencia que intenta descubrir las leyes que determinan el movimiento de las cosas), los misterios de la luz, la belleza del espacio y del tiempo.
Recibió el Premio Nobel en 1921 por sus descubrimientos sobre la naturaleza de la luz y su explicación del efecto fotoeléctrico (el que ahora permite que existan puertas que se abren y cierran solas). Esos trabajos también fueron publicados en ese año milagroso, 1905. La Academia Sueca pasó por alto la Teoría de la Relatividad Especial porque la consideró bastante especulativa. Sus enunciados no fueron aceptados de inmediato y se ganó varios detractores. A cien años de esos destellos brillantes, en varios países se organizan celebraciones. En la Argentina, el jueves arranca un ciclo anual de conferencias (
www.universoeinstein.com.ar) en el Centro Cultural Borges. Personalidades como Juan Martín Maldacena y Gregorio Klimovsky hablarán de él. Es que, en 75 años de vida, los aportes de Einstein fueron tantos y su legado tan intenso que todo lo que se pueda decir sobre él parece poco. Apenas relativo.
Los principales descubrimientos de Albert Einstein Fueron:
1º.El movimiento Browniano:
Este descubrimiento realizado en el año 1905 explicaba el movimiento térmico de los átomos individuales que forman un fluido.
2º.El efecto fotoeléctrico:
Este descubrimiento realizado en el año 1905, consiste en la aparición de una corriente eléctrica en ciertos materiales cuando estos se ven iluminados por radiación electromagnética.
2º.El efecto fotoeléctrico:
3º.La Relatividad Especial:
Este descubrimiento realizado en el año 1905, resolvía los problemas abiertos por el experimento de Michelson-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-morley podría 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 en 1903 por Hendrinh Lorentz, físico holandes, dando forma matemática a la conjetura de Fitzgerald.
“ En esta teoría se demuestra que la velocidad de la luz es constante y la posición y el tiempo dependen de la velocidad del cuerpo”
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4º.Equivalencia masa-energía:
Este descubrimiento se realizó en el año 1905.
E=m x c^2
(energía en reposo) distinta de las clásica energía cinética y energía potencial. La relación masa-energía se utiliza para explicar como se produce la energía nuclear; midiendo la masa de los núcleos atómicos y dividiendo por el número atómico se puede calcular la energía de enlace atrapada en los núcleos atómicos
5º.Relatividad General:
Es la teoría de la gravedad publicada por Albert Einstein entre (1915-1916). El principio fundamental de esta teoría es el Principio de Equivalencia que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad. Einstein postuló que no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La gravedad no es ya una fuerza o acción a distancia, como era en la gravedad newtoniana, sino una consecuencia de la curvatura del espacio tiempo.
Esta teoría proporcionaba las bases para el estudio de la cosmología y permitía comprender características esenciales del universo.
Fuentes:
http://particulas-elementales.blogspot.com/2008/03/teora-de-la-relatividad-de-einstein-y.html
http://edant.clarin.com/diario/2005/03/06/sociedad/s-933462.htm
Fórmulas elegantes (Tusquets); La nueva mente del emperador, de Roger Penrose; Einstein para principiantes (Longseller); Mentes creativas, de Howard Gardner (Paidós); Historia delTiempo, de Stephen Hawking; Biografías imprescindibles (Clarín).
http://www.quimicaweb.net/einstein/webquest_einstein/trabajos_alumnos/4b/Einstein6/paginas/descubrimientos.html
