Los Descubrimientos de Albert Einstein

1905:UN AÑO PRODIGIOSO, La  Revolución de la Física Moderna

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Los Descubrimiento de Albert Einstein 1905 Revolución de la Física Moderna
 
 

Por que fue una año prodigioso?

   

El efecto fotoeléctrico

   
       

El movimiento browniano

   
       

La teoría especial de la relatividad

   
       

Implicaciones de la teoría de la relatividad

   
       

Las Mujeres de Albert Einstein

   
       

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INTRODUCCIÓN:
ALBERT EINSTEIN, EL CIENTÍFICO

Los primeros trabajos científicos de Einstein aparecieron en 1901, 1902 y 1903. El primero se refería a la atracción capilar; los otros dos se relacionaban con un trabajo desarrollado anteriormente por el físico matemático norteamericano, Willard Gibbs, pero Einstein no lo sabía. Se trataba de los Fundamentos estadísticos de la termodinámica. En último término resultó que la aproximación hecha por Einstein era mucho menos abstracta que la de Gibbs, pero el joven genio no se conformó con esto, sino que avanzó hasta darle una aplicación práctica de la mayor importancia.

Por aquella fecha, todavía se hallaba en discusión la realidad de las moléculas y la teoría cinética de la materia. De acuerdo con estas ideas, la temperatura de un cuerpo se debe a la agitación térmica de las moléculas que lo componen. Einstein descubrió que los temas en discusión podían ser vistos por el ojo humano; descubrió que esa "agitación térmica" podía producir un efecto visible y mensurable cuando se trataba de partículas suspendidas en una solución.

En verdad, este efecto había sido descubierto en 1827 por el botánico escosés Robert Brown. Brown observó que los granos de polen suspendidos en agua se dispersaban en un gran número de partículas menores que se hallaban en constante movimiento, moviéndose en zigzags irregulares inclusive cuando no existían corrientes ni otras perturbaciones dentro del agua.

El trabajo (paper)  fundamental de Einstein en el cual demostró que el movimiento browniano podía emplearse como evidencia directa de la existencia de las moléculas, así como para demostrar que era correcta la teoría cinética del calor, fue publicado en 1905, año que ha sido considerado de manera unánime por el mundo científico como el annus mirabilis de Albert Einstein.

En efecto, el Volumen 17 de la revista Annalen der Physik, aparecido en 1905, es considerado uno de los ejemplares más notables de la literatura científica que se haya editado jamás (20). Dicho volumen contiene tres trabajos de Einstein, cada uno aborda un tema diferente y cada uno es una obra maestra en su género. El trabajo sobre el movimiento browniano era el segundo de ellos; iba precedido por la primera contribución del sabio a la física cuántica, y lo mismo que el tercero, dedicado a la relatividad, se refería al comportamiento de la luz.

Isaac Asimov, científico dedicado mayormente a la divulgación de las ciencias, dice:

"En su Teoría especial de la relatividad -presentada en el año 1905 y desarrollada en sus ratos libres mientras trabajaba como perito técnico de la oficina suiza de patentes-, Einstein expuso una opinión fundamental e inédita del Universo basándose en una aplicación de la teoría de los cuantas. Sostuvo que la luz se traslada por el espacio en forma "cuántica" y de este modo resucitó el concepto de la luz integrada por partículas. Pero ésta era una nueva especie de partícula, que reúne en sí las propiedades de las ondas y de las partículas, mostrando indistintamente unas u otras propiedades, según fuese el caso.

"Esto podría parecer una paradoja e inclusive una especie de misticismo, como si la verdadera naturaleza de la luz desbordara todo conocimiento imaginable. Sin embargo, no es así. Para ilustrarlo con una analogía, digamos que el hombre puede mostrar diversos aspectos: el de marido, padre, amigo o comerciante. Todo depende de su ambiente momentáneo, y según sea éste se comportará como marido, padre, amigo o comerciante. Sería improcedente que exhibiera su comportamiento conyugal con una cliente o el comportamiento comercial con su esposa, pero de cualquier forma que sea, ello no implicaría un caso paradójico ni un desdoblamiento de la personalidad".

El pensamiento einsteiniano, cuando apenas contaba 26 años de edad, parece una gran falta de respeto no sólo para con Newton, cuya mecánica de los cielos nos estaba gobernando desde el siglo XVIII, sino también para Euclides, cuya geometría quedó establecida en el Siglo IV a C. y que parecía sostenerse sobre un pedestal inconmovible. En su Autobiografía citada ya anteriormente, escrita, según confiesa, a los 67 años de edad, dice en un tono juguetón al referirse a la física:

"... A pesar de toda su fecundidad en cuestiones particulares, en lo tocante a principios reinaba una rigidez dogmática inexplicable: 'en el comienzo'(24), si es que hubo semejante cosa, Dios creó las leyes del movimiento de Newton, con sus correspondientes masas y fuerzas. Eso es todo;... Ahora bien lo que más impresionaba al estudiante no era tanto la estructura técnica que se otorgaba a la mecánica, ni la solución de complicadísimos problemas, sino los logros y alcance de la mecánica en ciertos campos que, aparentemente, no guardaban ninguna relación con ella, como la teoría de la mecánica de la luz, que la interpretaba como un movimiento ondulatorio de un éter que era a la vez elástico y cuasirígido, pero sobre todo la teoría cinética de los gases... Estos resultados le proporcionaban fundamento a la mecánica para sustentar la física y, a la vez, la hipótesis atómica, que ya estaba firmemente anclada en la química. Sin embargo, en la química sólo jugaban un rol las razones existentes entre la masa de los átomos y no sus magnitudes absolutas, de manera que la teoría atómica estaba allí para la contemplación, como antología esclarecedora más que conocimiento de la estructura factual de la materia. No debe, en consecuencia, extrañarnos que prácticamente todos los físicos del siglo pasado vieran en la mecánica clásica (de Newton) una base tan sólida como definitiva para toda la física, y que incluyeran también a toda la ciencia de la naturaleza...:

La manera que Einstein expone su razonamiento nos parece tan claro y tan obvio, que no en balde sus exposiciones teóricas provocaban rechazo y, cuando menos, grandes dudas, cada vez que se las exponía a sus colegas científicos, todos los cuales estaban inmensamente influenciados por los grandes avances de la física del siglo XIX, y he aquí un joven estudiante que se atreve a desafiar leyes teóricas tan firmemente consagradas... ¡aunque no se congraciaran con la experiencia, como comenzó a quedar en evidencia luego que Einstein expusiera sus teorías!.

Este tipo de fenómenos, que ocurren muy de tarde en tarde en el terreno de las ciencias exactas y que, cuando se presentan, revolucionan el pensamiento científico, por lo general permanecen en la oscuridad, permanecen guardados en el cerebro de sus geniales creadores. En el caso de Albert Einstein, sin embargo, existe un testimonio de un valor incalificable. Ocurre que se dispone de evidencias pormenorizadas del progreso gradual del pensamiento einsteiniano en torno a la gestación de su teoría de la relatividad.

Ocurre que en 1916, cuando el sabio Albert Einstein ya había presentado su Teoría general de la relatividad, sostuvo una serie de largas conversaciones con el famoso sicólogo Max Wertheimer relacionadas con el tema de la relatividad, que era el tema obligado de la comunidad científica mundial. Años más tarde, el profesor Wertheimer entregó un recuento fascinante de esas conversaciones en un capítulo de su libro Productive Thinking ("Pensamiento productivo").

Nos cuenta el profesor Wertheimer que a los 16 años de edad, cuando aún no ingresaba al Politécnico de Zurich, Einstein se encontraba sumido en grandes honduras. Existía una paradoja científica que le tenía perplejo y confundido. De acuerdo con las ideas aceptadas y establecidas, un haz de luz viaja a través del espacio vacío a la velocidad conocida y finita de 300 mil kilómetros por segundo.

El joven Einstein trataba de imaginarse qué vería si pudiera viajar a través del espacio con la misma velocidad que ese haz de luz. De conformidad con la idea general del movimiento relativo, le parecería que el haz de luz en tal caso asumiría la apariencia de un campo electromagnético oscilante en el espacio que estuviera en reposo. Pero semejante concepto era desconocido para los físicos y era una variable de la teoría de Maxwell. Einstein entonces comenzó a sospechar que las leyes de la física, incluyendo las que conciernen a la propagación de Ja luz, deben ser las mismas para todos los observadores, no importa con cuánta rapidez se desplacen unos respecto a otros.

Cuando Wertheimer le peguntó a Einstein si ya en ese tiempo él tenía alguna idea respecto a la invariabilidad de la velocidad de la luz para todos los observadores en movimiento relativo uniforme, éste le había respondido: "No; era una simple curiosidad. Que la velocidad de la luz pudiera cambiar en relación con el movimiento del observador estaba, en cierta forma, caracterizado por la duda. Desarrollos posteriores contribuyeron a aumentar esa duda".

Sin embargo, como le contó a Wertheimer, sólo después de años de pensar en esa paradoja se sintió compelido a considerar la velocidad de la luz como una invariable fundamental, independiente del movimiento del observador, porque esa idea estaba en conflicto con los puntos de vista tradicionales concernientes a la medición del movimiento. Luego, ¿cómo es que debe medirse el movimiento? Einstein comprendió que ello dependía de la medición del tiempo. "Es que estoy viendo con claridad -se preguntó a sí mismo- la relación, la conexión interna entre la medición del tiempo y la del movimiento"?

Entonces se le ocurrió pensar que la medición del tiempo depende de la idea de simultaneidad. Repentinamente se encontró ante el hecho de que, aunque esta idea es perfectamente clara cuando dos acontecimientos se producen en el mismo lugar, no era igualmente clara cuando los acontecimientos se producen en diferentes lugares.

Ese fue el momento crucial de su pensamiento. Einstein se dio cuenta que habla descubierto una gran brecha en el tratamiento clásico del tiempo. Le costó alrededor de diez años llegar a este punto, pero desde el momento en que se dispuso a cuestionar la idea tradicional de tiempo, sólo necesitó cinco semanas para escribir su trabajo^ a pesar de que entonces se hallaba trabajando a jornada completa en la Oficina de Patentes de Berna.

El pensamiento crítico que condujo a Einstein a abandonar el concepto clásico de simultaneidad universal, fue estimulado por su interés en la filosofía. Poco después de haberse trasladado a Berna en 1902, conoció a un estudiante rumano llamado Maurice Solovine, que se dedicaba al estudio de ambas disciplinas, la física y la filosofía, y a un estudiante suizo llamado Conrad Habicht. Con frecuencia los tres se reunían por las tardes a leer juntos y a discutir a los clásicos de la filosofía, como Platón, Kant, Stuart Mills, Poincaré y otros.

La vida en Berna le fue atractiva y estimulante en muchos aspectos, además de proporcionarle su trabajo una buena remuneración y la posibilidad de conocer y estudiar los muchos inventos que se presentaban a la Oficina, en los que siempre manifestó una grande y generosa curiosidad, especialmente por la disparidad de caracteres libres que eran los inventores.

Pero mientras Einstein se sentía gradualmente conducido a cuestionar el concepto clásico de tiempo, también se estaba convirtiendo de manera creciente en un escéptico de la idea mecanicista de que las ondas electromagnéticas en el espacio vacío debían ser consideradas como oscilaciones en un medio universal sumamente peculiar llamado "éter". De hecho, las propiedades de este medio le parecían que desafiaban una explicación mecánica.

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