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    lunes, 25 de abril de 2011

    Einstein, Albert (1879-1955)

    Biografia de Albert Einstein: Relatividad Especial y Efecto Fotoeléctrico Carta Histórica


    El físico alemán-americano Albert Einstein, nacido en Ulm, Alemania, Marzo 14, 1879, muerto en Princeton, N.J., Abril 18, 1955, contribuyó más que cualquier otro científico a la visión de la realidad física del siglo 20. Al comienzo de la Primera Guerra Mundial, las teorías de Einstein --sobre todo su teoría de la Relatividad-- le pareció a muchas personas, apuntaban a una calidad pura de pensamiento para el ser humano. Raramente un científico recibe tal atención del público pero Einstein la recibió por haber cultivado la fruta de aprendizaje puro. 
    VIDA TEMPRANA
    Los padres de Einstein, quienes eran Judíos no vigilados, se mudaron de Ulm a Munich cuando Einstein era un infante. El negocio familiar era una fábrica de aparatos eléctricos; cuando el negocio quebró (1894), la familia se mudó a Milán, Italia. A este tiempo Einstein decidió oficialmente abandonar su ciudadanía alemana. Dentro de un año todavía sin haber completado la escuela secundaria, Einstein falló un examen que lo habría dejado seguir un curso de estudios y recibir un diploma como un ingeniero eléctrico en el Instituto suizo Federal de Tecnología (el Politécnico de Zurich). El se pasó el año próximo en Aarau cercana a la escuela secundaria de cantonal, donde disfrutó de maestros excelentes y adelantos de primera índole en física. Einstein volvió en 1896 al Politécnico de Zurich , donde se graduó (1900) como maestro escolar de secundaria en matemáticas y física. 
    Después de dos cortos años obtuvo un puesto en la oficina suiza de patentes en Bern. La oficina de patentes requirió la atención cuidadosa de Einstein, pero mientras allí estaba empleado (1902-09), completó un rango asombroso de publicaciones en física teórica. La mayor parte de estos textos fueron escritos en su tiempo libre y sin el beneficio de cierto contacto con la literatura científica. Einstein sometió uno de sus trabajos científicos a la Universidad de Zurich para obtener un Ph.D en 1905. En 1908 le envió un segundo trabajo a la Universidad de Bern y llegó a ser docente exclusivo, o conferencista. El año próximo Einstein recibió un nombramiento como profesor asociado de física en la Universidad de Zurich.
    Por 1909 Einstein fue reconocido por la Europa de habla alemana como el principal pensador científico. Rápidamente obtuvo propuestas como profesor en la Universidad alemana de Prague y en el Politécnico de Zurich. En 1914 adelantó al puesto más prestigioso y de mejor paga que un físico teórico podría tener en la Europa céntrica: profesor en el Kaiser-Wilhelm Gesellschaft en Berlín. Aunque Einstein asistió a una entrevista en la
     Universidad de Berlín, en este tiempo él nunca enseñó cursos regulares universitarios. Einstein quedó en el cuerpo de profesor de Berlín hasta 1933, de este tiempo hasta su muerte (1955) tuvo una posición de investigación en el Instituto para Estudios Avanzados en Princeton, N.J. 
    TRABAJOS CIENTIFICOS. 
    Los Papeles de 1905.
    En los primeros de tres papeles seminales publicados en 1905, Einstein examinó el fenómeno descubierto por Max Planck, de que la energía electromagnética parecía ser emitida por objetos radiantes en cantidades que fueron decisivamente discretas. Las energía de estas cantidades --la llamada luz-quanta-- estaba directamente proporcional a la frecuencia de la radiación. Esta circunstancia estaba perpleja porque la teoría clásica del electromagnetismo, basada en las ecuaciones de Maxwell y las leyes de la termodinámica, había asumido en forma hipotética que la energía electromagnética consistía de ondas propagadas, todo-compenetrar medianamente llamada la luminiferous ether, y que las ondas podrían contener cualquier cantidad de energía sin importar cuan pequeñas. Einstein uso la hipótesis del quántum de Planck para describir la radiación visible electromagnética, o luz. Según el punto de vista heurístico de Einstein, se puede imaginar que la luz consta de bultos discretos de radiación. Einstein usó esta interpretación para explicar el efecto fotoeléctrico, por que ciertamente los metales emiten electrones cuando son iluminados por la luz con una frecuencia dada. La teoría de Einstein, y su elaboración subsecuente, formó mucho de base para lo que hoy es la Mecánica Cuántica.
    El segundo de los papeles de 1905 de Einstein propuso lo qué hoy se llama la teoría especial de la relatividad. Al tiempo que Einstein supo que de acuerdo con la teoría de los electrones de Hendrik Antoon Lorentz, la masa de un electrón se incrementa cuando la velocidad del electrón se acerca a la velocidad de la luz. Einstein se dio cuenta de que las ecuaciones que describen el movimiento de un electrón de hecho podrían describir el movimiento no acelerado de cualquier partícula o cualquier cuerpo rígido definido. Basó su nueva kinemática a una nueva reinterpretación del principio clásico de la relatividad --que las leyes de la física tenían que tener la misma forma en cualquier marco de referencia. Como una segunda hipótesis fundamental, Einstein asumió que la rapidez de la luz queda constante en todos los marcos de referencia, como lo formula la teoría clásica Maxweliana. Einstein abandonó la hipótesis del Eter, porque no jugó ningún papel en su kinemática o en su reinterpretación de la teoría de electrones de Lorentz.
    Como una consecuencia de su teoría Einstein recobró el fenómeno de la dilatación del tiempo, en que el tiempo, análogo a la longitud y masa, es una función de la velocidad y de un marco de referencia . Más tarde en 1905, Einstein elaboró cómo, en una manera de hablar, masa y energía son equivalentes. Einstein no fue el primero proponer a todo los elementos que están en la teoría especial de relatividad; su contribución queda en haber unificado partes importantes de mecánica clásicas y electrodinámica de Maxwell.
    Los terceros de los papeles seminales de Einstein de 1905 concerniente a la estadística mecánica, un campo de estudio elaborado, entre otros por, Ludwig Boltzmann y Josiah Willard Gibbs. Sin premeditación de las contribuciones de Gibb, Einstein extendió el trabajo de Boltzmann y calculó la trayectoria media de una partícula microscópica por colisiones al azar con moléculas en un fluido o en un gas. Einstein observó que sus cálculos podrían explicar el Movimiento Browniano, el aparente movimiento errático del polen en fluidos, que habían notado el botánico británico Robert Brown. El papel de Einstein proveyó evidencia convincente por la existencia física del tamaño-átomo moléculas, que ya habían recibido discusión muy teórica. Sus resultados fueron independientemente descubiertos por el físico polaco Marian von Smoluchowski y más tarde elaborados por el físico francés Jean Perrin.


    La Teoría General de la Relatividad.
    Después de 1905, Einstein continuo trabajando en un total de tres de las áreas precedentes. Hizo contribuciones importantes a la teoría del quántum, pero en aumento buscó extender la teoría especial de la relatividad al fenómeno que envuelve la aceleración. La clave a una elaboración emergió en 1907 con el principio de equivalencia, en la cual la aceleración gravitacional fue priori indistinguible de la aceleración causada por las fuerzas mecánicas; la masa gravitacional fue por tanto idéntica a la masa inercial. Einstein elevó esta identidad, que está implícita en el trabajo de Isaac Newton, a un principio que intenta explicar tanto electromagnetismo como aceleración gravitacional según un conjunto de leyes físicas. En 1907 propuso que si la masa era equivalente a la energía, entonces el principio de equivalencia requería que esa masa gravitacional actuara recíprocamente con la masa de la radiación electromagnética, la cual incluye a la luz. Para 1911 Einstein podía hacer predicciones preliminares acerca de cómo un rayo de luz de una estrella distante, pasando cerca al Sol, parecía ser atraída, con inclinación ligera, en la dirección de la masa de la Sol. Al mismo tiempo, luz radiada del Sol actuaría recíprocamente con la masa del mismo, da por resultado un ligero cambio hacia el fin del infrarrojo del espectro óptico del Sol. A esta juntura Einstein también supo que cualquier teoría nueva de gravitación tendría que considerarse por un pequeño pero persistente anomalía en el movimiento del perihelio del Mercurio planetario.
    Aproximadamente por 1912, Einstein empezó una nueva fase de su investigación gravitacional, con la ayuda de su amigo matemático Marcel Grossmann, por adaptación de su trabajo en cuanto al cálculo del tensor de Tullio Levi-Civita y Gregorio Ricci-Curbastro. El cálculo del tensor grandemente facilitó cálculos en el cuatro-dimensión- espacio-tiempo, una noción que Einstein había obtenido de la elaboración matemática de Hermann Minkowski en 1907 de la teoría propia especial de Einstein de relatividad. Einstein llamó a su nuevo trabajo la teoría general de la relatividad. Después de varias salidas falsas publicó (tarde 1915) la forma definitiva de la teoría general. En él las ecuaciones del campo de la gravitacional eran covariantes; esto es, similar a las ecuaciones de Maxwell, el campo de ecuaciones tomo la misma forma en todos los marcos de equivalencia. Por su ventaja del principio, el campo de ecuaciones covariante le permitió observar el movimiento del perihelio del planeta Mercurio. En esta forma original, la relatividad general de Einstein se ha verificado numerosas veces en los pasados 60 años.
    Su vida de los últimos años.
    Cuando las observaciones británicas del eclipse de 1919 confirmaron sus predicciones, Einstein fue agasajado por la prensa popular. Los éticos personales de Einstein también despidieron imaginación pública. Einstein, quien después de volver a Alemania en 1914 no volvió a solicitar ciudadanía alemana, estaba con sólo un manojo de profesores alemanes quienes lo situaron como un pacifista por no apoyar la dirección de la guerra Alemana. Después de la guerra cuando los aliados victoriosos buscaron excluir a científicos alemanes de reuniones internacionales, Einstein--un Judío de viaje con un pasaporte suizo-- quedó como un enviado alemán aceptable. Las vistas políticas de Einstein como un pacifista y un Sionista lo deshuesó contra conservadores en Alemania, quienes lo marcaron como un traidor y una derrotista. El éxito público que otorgó sus teorías de relatividad evocaron ataques salvajes en los 1920s por los físicos antisemitas Johannes Severo y Philipp Lenard, hombres quienes después de 1932 trataron de crear un Ariano llamado físicos en Alemania. Sólo como una polémica quedó la teoría de la relatividad de Einstein para los físicos menos flexibles en el marco de la entrega del premio Novel para Einstein --se le otorgó no por la relatividad sino por el trabajo de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico.
    Con el levantamiento de fascismo en Alemania, Einstein se mudó (1933) a los Estados Unidos abandonando su pacifismo. El completamente estuvo de acuerdo que la nueva amenaza tenía que ser reprimida por la fuerza armada. En este contexto Einstein envió (1939) una carta al presidente Franklin D. Roosevelt que instó que los Estados Unidos debían proceder a desarrollar una bomba atómica antes de que Alemania tomase la delantera. La carta, escrita por un amigo de Einstein Leo Szikard, fue uno de los muchos intermediarios entre la Casa Blanca y Einstein, y contribuyó con la decisión de Roosevelt de consolidar lo qué llegó a ser el Proyecto Manhattan.
    Para el público Einstein parecía un campeón de las clases no populares, tal como su objeción (1950) en el Comité de la Casa en Actividades y sus esfuerzos hacia el desarme nuclear, sus preocupaciones se centraban siempre alrededor de la física. A la edad de 59, cuando otros físicos teóricos anhelarían el retiro, él seguía su original investigación científica, Einstein y sus co-trabajadores Leopold Infeld y Banesh Hoffmann alcanzaron un mayor resultado para la teoría general de la relatividad.
    Pocos físicos siguieron el camino de Einstein después de 1920. Mecánica Cuántica, en lugar de relatividad general, centró su atención. Por su parte Einstein nunca podría aceptar la mecánica cuántica con su principio de indeterminancia, como lo formula Werner Heisenberg y elaborado dentro de uno nuevo por Niels Bohr. Aunque los pensamientos tardíos de Einstein fueron abandonados por décadas, los físicos hoy en día se refieren seriamente al sueño de Einstein--una gran unificación de la teoría física.

    La teoría de la Relatividad Especial -o Teoría Restringida de la Relatividad- trata sobre los sistemas de referencia que tomamos para observar determinados movimientos, es decir, "lo relativo" del movimiento que estamos observando dependiendo del lugar -espacio y velocidad- que poseemos, ya que éstos factores son decisivos a la hora de experimentar. Por ejemplo: si nosotros venimos en un auto con una velocidad de 20 km/h y en dirección opuesta a nuestro movimiento cruzamos con otro auto que viene con la misma velocidad, para nosotros ese auto pasó con una velocidad de 40 km/h ya que las velocidades se suman; pero en cambio, para una persona que se encontraba parada en la orilla de la carretera los dos autos pasaron a la misma velocidad: 20 km/h ya que ella se encontraba con una v = 0 km/h. Pese a todo esto, hay algo que se niega a cumplir ésta ley: la luz.

    Michelson y Morley realizaron un experimento para verificar la influencia que pudiera tener la velocidad de la Tierra con respecto a la luz, pero no hallaron nada, o mejor dicho, hallaron algo sí, pero los dejó muy desconcertados, ya que la velocidad de la luz a pesar de dirigir ésta en distintas direcciones, compararla con la que proviene de las estrella, era siempre la misma. Una salida a éste problema la propuso el físico holandés Hendrik Antoon Lorentz, nacido en el año 1853 y premiado con el Premio Nobel de Física en el año 1902 junto con Pieter Zeeman, el cual decía que el aparato -el cual emitía la luz- se encogía en la dirección que sigue la Tierra debido al movimiento y por eso no hay cambios en la medición de la velocidad de la luz; lo mismo pasaba con el tiempo -cambiaba-. Cuando Albert tenía 16 años escribió: "si corro tras una onda de luz, a su misma velocidad, me encontraré con electricidad y magnetismo que no cambian", es decir, que no oscilan juntos. Luego afirmó que no sólo es el aparato de Michelson y Mortimer el que se encoge, sino que es el espacio mismo el que se contrae. Einstein llegó a la equivalencia entre la masa y la energía: E = mc2; la energía es igual a la masa (m) multiplicada y vuelta a multiplicar por la velocidad de la luz (300.000 Km/s).

    Las consecuencias que dicha teoría traía son varias: 1. Que la masa de las partículas aumenta a medida que aumenta su velocidad; por esto los aceleradores de partículas no pueden llevarlas a la velocidad de la luz, ya que a medida le que aplicamos energía para aumentar su velocidad aumenta su masa, por tanto debemos aumentar en mayor grado la cantidad de energía aplicada para mover una partícula de un tamaño mayor, aumentando así la energía a aplicar a un valor casi infinito para que la partícula llegue a la velocidad de la luz. 2. No se puede hablar de simultaneidad, pues es imposible sincronizar relojes en diferentes lugares en marcos de referencia en movimiento. 3. No se puede viajar a mayor velocidad que la de la luz. 4. La masa de un cuerpo en reposo equivale a una energía E = mc2. Casi todas las predicciones de ésta teoría están comprobadas.



    Espacio Tiempo
    Einstein, cambió tan profundamente la visión del Universo, que hizo que el espacio y el tiempo carecieran de significado por sí solos.
    Él utilizó el concepto del universo como un sistema de cuatro dimensiones -la cuarta sería el tiempo-. Para los que no entienden los conceptos de dimensiones, se los pasaré a explicar. Se dice que el universo tiene tres dimensiones porque: una dimensión sería la representación de una línea, en la que sólo se necesita una coordenada para encontrar un punto determinado en ella; dos dimensiones sería un plano, en donde se necesita de dos coordenadas para encontrar algún punto determinado -la altura y la anchura. Ej.: 3 puntos hacia la izquierda y uno hacia arriba (partiendo de un punto 0, 0)-; y la tercera dimensión es por ejemplo un cubo, en donde necesitas de la altura, la anchura y la profundidad para poder encontrar un punto en él, es decir, de tres coordenada; el universo es así. En pocas palabras, todo depende de la cantidad de coordenadas que se necesiten para encontrar un punto, para definir la dimensión del objeto estudiado.
    Einstein, con sus teorías, incluyó el concepto del tiempo, es decir, la cuarta coordenada (pero no se comporta de la misma forma que las anteriores coordenadas). Para encontrar un punto en el espacio no solo necesitas las tres coordenadas ya mencionadas, sino también la hora en que lo encontrarás allí. Por ejemplo, el vuelo de una mosca: ella no se encuentra siempre volando en el mismo punto, sino que se mueve por el espacio y a pesar de que pase por el mismo punto dos a más veces, nunca lo hará a la misma hora, sino que lo hará 2 o 3 o quien sabe cuantos segundos después.
    El primero que utilizó el concepto de espacio-tiempo fue el matemático germano-ruso Hermann Minkowski en el año 1907; el fue unos de los maestros de Albert.
    Cuando fue difundida esta noción del espacio-tiempo, trajo consigo también varias polémicas entre los físicos sobre la idea del retraso de los relojes. "Un reloj en movimiento -dijo él- marca el tiempo con más lentitud que uno que no lo está. A decir verdad, todos los fenómenos que evolucionan con el tiempo lo hacen más lentamente cuando se mueven que cuando están en reposo, lo cual equivale a decir que propio tiempo se retrasa. A velocidades ordinarias, el efecto es inapreciable, pero a 262.000 km./seg., un reloj parecería (a un observador que lo viera pasar fugazmente ante sí) que tarda dos segundos en marcar un segundo. Y, a la velocidad de la luz, el tiempo se paralizaría."
    La dimensión «tiempo» es más perturbadora que las otras dos relacionadas con la longitud y el peso. Si un objeto se reduce a la mitad de su longitud y luego recupera el tamaño normal o su peso para volver seguidamente al peso normal, no dejará rastro de ese cambio temporal y, por tanto, no puede haber controversia entre los criterios opuestos.
    Sin embargo, el tiempo es una cosa acumulativa. Por ejemplo, un reloj sobre el planeta X parece funcionar a media marcha debido a la gran velocidad de traslación; si lo mantenemos así durante una hora y luego lo llevamos a un lugar estático, su maquinaria reanudará la marcha ordinaria pero habrá quedado una marca: ¡media hora de retraso! Veamos otro ejemplo. Si dos barcos se cruzan y los observadores de cada uno estiman que el otro se traslada a 262.000 km./seg. y su reloj funciona a media marcha, cuando las dos naves se crucen otra vez los observadores de cada una pensarán que el reloj de la otra lleva media hora de retraso con respecto al suyo. Pero, ¿es posible que cada reloj lleve media hora de retraso con respecto al otro? ¡No! ¿Qué pensar entonces? Se ha denominado a este problema «la paradoja del reloj».
    Realmente no existe tal paradoja. Si un barco pasase cual un rayo ante el otro y las tripulaciones de ambos jurasen que el reloj del otro iba retrasado, poco importaría saber cuál de los dos relojes era verdaderamente, el retrasado porque ambos barcos se separarían para siempre. Los dos relojes no concurrirían jamás en el mismo lugar ni a la misma hora para permitir una comprobación y la paradoja del reloj no se plantearía nunca más. Ciertamente, la Teoría especial de la relatividad de Einstein es aplicable tan sólo al movimiento uniforme, y por tanto aquí estamos hablando únicamente de una separación definitiva.
    Supongamos, empero, que los dos barcos se cruzasen nuevamente después del fugaz encuentro y entonces fuese posible comparar ambos relojes. Para que sucediese tal cosa debería mediar un nuevo factor: sería preciso que uno de los barcos acelerase su marcha. Supongamos que lo hiciera el barco B como sigue: primero reduciendo la velocidad para trazar un inmenso arco y orientarse en dirección de A, luego avanzando aceleradamente hasta el encuentro con A. Desde luego, B podría considerarse en una posición estacionaria, pues, teniendo presente su forma de orientarse, sería A el autor de todo el cambio acelerado hacia atrás para encontrarse con B. Si esos dos barcos fueran lo único existente en el Universo, la simetría mantendría viva ciertamente la paradoja del reloj.
    Ahora bien, A y B no son lo único existente en el Universo, y ello desbarata la simetría. Cuando B acelera no toma solamente A como referencia, sino también el resto del Universo. Si B opta por verse en posición estacionaria no debe considerar que solamente A acelera respecto a él, sino también todas las galaxias sin excepción. Resumiendo: es el enfrentamiento de B con el Universo: En tales circunstancias el reloj atrasado será el de B, no el de A.
    Esto afecta a las nociones sobre viajes espaciales. Si los astronautas se trasladaran a la velocidad de la luz cuando abandonasen la Tierra, el transcurso de su tiempo sería más lento que el del nuestro.
    Los viajeros del espacio podrían alcanzar un destino remoto y regresar al cabo de una semana -según lo entenderían ellos-, aunque verdaderamente habrían transcurrido muchos siglos sobre la Tierra. Si el tiempo se retarda realmente con el movimiento, una persona podrá hacer el viaje de ida y vuelta hasta una estrella distante. Pero, desde luego, deberá despedirse para siempre de su propia generación y del mundo que conoció, pues cuando regrese encontrará un mundo del futuro, pues cuando regrese encontrará un mundo del futuro.

    Santos García Zapata

    Editor del Diario Digital Notivargas.com y varios sitio web más, conductor del programa radial de mayor sintonía del estado Vargas "Contraste con Zapata". Creador del movimiento en pro de los perros de raza Pitbull llamado "NO A LA EXTINCIÓN DE PITT-BULL EN VENEZUELA “con más de 40 mil miembros.Director durante 11 años del diario Puerto.

    Sitio Web: Editor Director

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