Cosmología del siglo XX

Filosofía. Mecánica Quántica. Teoría de la Relatividad Especial y General. La luz. Tipos de ondas. Biografía y frases populares de Einstein. Dalton. Max Plank

  • Enviado por: Helena Cantó Vega
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 24 páginas
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La

Cosmología

del

Siglo XX

Filosofía

Curso 2005-2006

Página

Introducción………………………………………………………………………………………………………………………… 3

Mecánica Quántica……………………………………………………………………………………………………………… 5

La luz……………………………………………………………………………………………………………………………………… 9

Teoría de la Relatividad Especial…………………………………………………………………………………….. 10

Teoría de la Relatividad General……………………………………………………………………………………… 14

Biografía de Albert Einstein…………………………………………………………………………………………… 18

Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………………………….25

'Cosmología del siglo XX'

Durante los siglos XVIII Y XVI los descubrimientos fueron muchos pero no hubo grandes cambios en las ideas básicas del universo.

A finales del siglo XVIII, Laplance explica los movimientos de los planetas, prueba que son estables, demuestra que la excentricidad de la órbita de un planeta está acotada superior e inferiormente y demuestra también la existencia de una relación matemática constante, salvo pequeñas oscilaciones, entre la masa de un planeta, su distancia media y su excentricidad, todo eso lo muestra en sus obras: Exposición del sistema del mundo y Tratado de la mecánica celeste.

También en esa misma época William Herschel descubrió el movimiento del sol en el espacio: encontró que el Sol se mueve en el espacio con respecto de sus vecinos estelares hacia un punto localizado en la constelación de Hércules, cerca de la estrella Vega. Confirmó la naturaleza gaseosa del sol, concluyó que la Vía Láctea tiene forma de disco más grueso en su centro y colocó al sol cerca del centro del disco, aumentó el número de nebulosas observadas aproximadamente de 100 a 2.500 y formuló que estas nebulosas estaban compuestas de estrellas, además descubrió los satélites sexto y séptimo de Saturno. Pero su mayor descubrimiento fue el de el planeta Urano, que fue descubierto por casualidad, ya que no se esperaba que hubiera un planeta mas allá de Saturno, es más Urano iba contra el esquema de los sólidos platónicos propuesto por Kepler, que nada mas tenía cabida para seis planetas alrededor del Sol. También descubrió dos satélites de Urano. Su mayor obra es El Catalogo General de Nebulosas.

El problema de Urano, surgió cuando se descubrió que Urano no seguía exactamente la órbita calculada y que alguna causa alteraba su movimiento. Científicos de todo el mundo intentaron averiguar esta causa pero solo dos lo consiguieron, más o menos a la vez.

John Couch Adams encontró una solución, haciendo cálculos matemáticos, un nuevo planeta perturbaba el movimiento de Urano. Más o menos un año después y sin conocer los cálculos de Adams, Urban Leverrier encontró de nuevo la misma solución. Al nuevo planeta se le llamó Neptuno.

Años antes, Thomas Wright, formó la idea de que el Sol es una estrella más de la Vía Láctea, y estableció la distancia entre las estrellas según su brillo.

Ya a principios del siglo XX, Tombaugh, un joven estadounidense, que trabajaba en el Observatorio Lowell en Arizona, descubrió, a partir de los movimientos de las estrellas, el planeta Plutón, al que llamó así, primero, debido a que el nombre del dios mitológico de las tinieblas infernales parecía apropiado para un astro que se encontraba en los confines del Sistema Solar y , por otra parte, porque las iniciales del nombre del planeta coincidían con las del fallecido astrónomo Percival Lowell, cuyas conjeturas, investigaciones y esfuerzos, le abrieron el camino a Tombaugh para conseguir el éxito.

Hacia 1880 la mayoría de los fenómenos podían explicarse mediante la mecánica de Newton (del que ya oímos hablar en la exposición anterior), la teoría electromagnética de Maxwell (de la que hablaremos más adelante) y mediante la termodinámica y la mecánica estadística de Boltzman. Sólo quedaban por resolver unos pocos problemas, como la determinación de las propiedades del éter (un fluido inmaterial hipotético que llenaba todo el espacio y que se postulaba para explicar la propagación de la luz) y la explicación de los espectros de emisión y absorción de sólidos y gases. Sin embargo, estos fenómenos contenían el origen de una revolución física cuyo estallido se vio acelerado por una serie de asombrosos descubrimientos realizados en la última década del siglo XIX: en 1895, Wilhelm Conrad Roentgen descubrió los rayos X; ese mismo año, Joseph John Thomson descubrió el electrón, toda una revolución para la época ya que se pensaba que la materia estaba compuesta únicamente por átomos indivisibles; en 1896, Antoine Becquerel descubrió la radiactividad; entre 1887 y 1899, Heinrich Hertz, Wilhelm Hallwachs y Philipp Lenard descubrieron diversos fenómenos relacionados con el efecto fotoeléctrico. Los datos experimentales de la física, empezaban a desafiar a todas las teorías disponibles. Así pues la búsqueda de nuevas teorías había comenzado.

Gracias a los descubrimientos de los grandes sistemas del universo se pudieron descifrar las más ínfimas estructuras atómicas, esto es algo muy importante, las leyes de la física microscópica son, increíblemente, la explicación lógica de todos los sucesos físicos y químicos del universo desde la disolución del azúcar en el agua hasta el comportamiento del universo.

La mecánica cuántica estudia el comportamiento de sistemas físicos extremadamente pequeños y la cuantización de la energía.

En un principio los físicos creían que, a partir de las teorías de Dalton, la materia estaba formada por partículas indivisibles llamadas átomos con unas propiedades mecánicas, tales como la masa, el tamaño y el movimiento y se movían en el vacío según las leyes de mecánica y gravitación anteriormente mencionadas.

Pero en 1911, el científico inglés Ernest Rutherford hizo un experimento que modificó la idea del átomo.

Rutherford lanzó partículas alfa, que tienen carga eléctrica positiva, como proyectiles sobre una lámina muy delgada de oro. Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, pero algunas se desviaban en direcciones diferentes. Para explicar estos hechos, Rutherford propuso que la mayor parte de la masa del átomo estaba concentrada en una parte de muy pequeña del mismo y el resto estaba prácticamente vacío.'Cosmología del siglo XX'

Gracias a este experimento Rutherford desarrolló el modelo atómico nuclear actual en, el cual, el átomo deja de ser indivisible para estar compuesto por núcleo y corteza, y estos a su vez compuestos por neutrones y protones, en el núcleo y por electrones en la corteza.

Además descubrió que estos elementos están formados a su vez por partículas más pequeñas llamadas "quarks" y "gluones". La materia se mostraba ya dinámica y compleja, con unas leyes por determinar.

Para comprender las bases de la mecánica cuántica debemos conocer el comportamiento y las propiedades del electrón.

El electrón es una partícula de masa muy pequeña mucho más pequeña, que los protones y los neutrones, además tiene un movimiento orbitante alrededor del núcleo del átomo.

Con la finalidad de explicar el comportamiento de algunos fenómenos como la radiación de un cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, la cuantización de la energía, la interacción de la radiación por medio de la absorción o emisión de fotones y distintos experimentos que no podían ser explicados dentro del marco de la física clásica, se desarrollo un nuevo formalismo entre 1900 y 1930, llamado mecánica cuántica, la cual se encargaba de explicar el comportamiento de los átomos, moléculas y núcleos.

La idea básica de la mecánica cuántica fue introducida por primera vez por Max Plank, pero la mayoría de los siguientes desarrollos matemáticos y las interpretaciones fueron hechas por un gran número de físicos distinguidos, entre ellos tenemos: Luis de Broglie, Werner Heisenberg, Bohr y otros; que se encargaron de comprender el comportamiento de los constituyentes fundamentales de la materia.

En 1900 Max Plank postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Además para averiguar la energía de los cuantos introdujo una formula: hu, donde u es la frecuencia de la radiación y h es la constante de Plank.

Radiación es el proceso de transmisión de ondas o partículas a través del espacio o de algún medio.

Además los estudios del físico francés Luis De Broglie, quien recibió el premio Nobel de física en 1929, influyeron en Werner Heisenberg para desarrollar una teoría que contribuyó al desarrollo de la mecánica cuántica. De Broglie, dedució que una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda.

El electrón al ser una partícula, con propiedades y comportamiento de partícula, pero con movimiento, tiene un comportamiento doble como partícula y como onda.

Estos estudios hicieron al científico alemán Werner Heisenberg deducir el principio de incertidumbre que dice:

"Es imposible determinar simultáneamente y con exactitud la posición y la velocidad del electrón"

Este principio supuso un gran cambio para la física de la época, ya que hasta aquel momento, la física clásica se jactaba de poder prever los sucesos atómicos. Con este principio, nada es seguro en la materia, solo se puede decir que "es posible que suceda" pero nunca "sucederá". El principio, también conocido como principio de indeterminación, afirma igualmente que si se determina con mayor precisión una de las cantidades se perderá precisión en la medida de la otra, y que el producto de ambas incertidumbres nunca puede ser menor que la constante de Plank.

Los siguientes avances importantes en la teoría cuántica se debieron a Albert Einstein, que empleó el concepto del cuanto introducido por Plank para explicar determinadas propiedades del efecto fotoeléctrico, un fenómeno experimental en el que una superficie metálica emite electrones cuando se incide sobre ella una radiación.

Según la teoría clásica, la energía de los electrones emitidos debería ser proporcional a la intensidad de la radiación. Sin embargo, se comprobó que esta energía era independiente de la intensidad y dependía exclusivamente de la radiación. Cuanto mayor es la frecuencia de la radiación, mayor es la energía de los electrones; por debajo de una determinada frecuencia, no se emiten electrones. Einstein explicó estos fenómenos suponiendo que un único cuanto de energía radiado expulsa un único electrón.

El físico danés Niels Bohr, creó un nuevo modelo atómico a partir de los descubrimientos en mecánica cuántica, dijo que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. En ese caso, los electrones se ubican en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía.

Para realizar su modelo atómico utilizó el átomo de hidrógeno. Representó el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.

En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana posible al núcleo.

Cada órbita se corresponde con un nivel energético que recibe el nombre de número cuántico principal, se representa con la letra "n" y  toma valores desde 1 hasta 7. Estos fueron sus modelos.

Átomo de hidrógeno Modelo de órbitas

'Cosmología del siglo XX'
'Cosmología del siglo XX'

La luz no es sólida, líquida, ni gaseosa, y por lo tanto no es considerada materia, aunque comparte algunas características físicas con ésta, como la masa.

Si tomamos un rayo de luz y lo dividimos por la mitad, ya sea tapándolo o filtrándolo. A continuación eliminamos la mitad de ésta, y la mitad de ésta, y así sucesivamente. Llegaríamos a un punto en que no podríamos dividirlo más y nos quedaría un fotón.

Un fotón es como la célula para los seres vivos, o el átomo para la materia. El fotón es la unidad más pequeña de la luz.

Según nos dicen los libros de texto, esta unidad es indivisible, pero hay un experimento que nos demuestra lo contrario: consiste en soltar un fotón hacia una pared de plomo con dos agujeros. Se esperaba que el fotón pasara por uno de los dos, pero por lo visto, pasó por los dos a la vez, y todavía nadie sabe cómo.

La luz se comporta como onda y como partícula, es decir, posee dualidad como el electrón. Aquí tenéis una tabla con los más importantes tipos de ondas de luz que existen. La diferencia entre unas y otras está establecida por su longitud de onda, o sea, la distancia existente entre la cresta de una onda y la siguiente. La cresta es el punto más alto o más bajo de la onda. Esto tiene mucho que ver con la frecuencia, que es el número de ciclos por segundo. Cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la frecuencia y la intensidad.

Tipos de Ondas

Ondas de radio y de televisión - Pueden producir cáncer

Rayos infrarrojos - Los de los móviles, por ejemplo.

Luz visible

Rayos ultravioleta (UVA.) - Dañan los ojos y la piel.

Rayos X - Modifican las células, y pueden llegar a producir mutaciones. Se usan para las radiografías.

Rayos gamma - En unos segundos producen la muerte.

Las interferencias ocurren cuando dos ondas se cruzan. Un ejemplo de esto esta en la televisión: dos rayos se han cruzado y la información no se transmite correctamente.

La teoría de la relatividad especial fue desarrollada a principios del siglo XX y originalmente pretendía explicar ciertos defectos en el concepto de movimiento relativo, pero que en su evolución se ha convertido en una de las teorías básicas más importantes en las ciencias físicas.

Esta teoría, desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, fue la base para que los físicos demostraran la unidad esencial de la materia y la energía, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitación y los efectos de la aceleración de un sistema.

Las leyes físicas aceptadas de forma general por los científicos antes del desarrollo de la teoría de la relatividad —hoy denominadas leyes clásicas— se basaban en los principios de la mecánica enunciados a finales del siglo XVII por el físico y matemático británico Isaac Newton.

La mecánica de Newton y la relativa se diferencian por sus suposiciones fundamentales y su desarrollo matemático, pero en la mayoría de los casos no se distinguen apenas en sus resultados finales; por ejemplo, el comportamiento de una bola de billar al ser golpeada por otra bola puede predecirse mediante cálculos matemáticos basados en cualquiera de los dos tipos de mecánica con resultados casi idénticos. Como la matemática clásica es muchísimo más sencilla que la relativa y es la que se emplea en este tipo de cálculos. Sin embargo, cuando las velocidades son muy elevadas —si suponemos, por ejemplo, que una de las bolas de billar se mueve con una velocidad próxima a la de la luz— las dos teorías predicen un comportamiento totalmente distinto, y en la actualidad los científicos están plenamente convencidos de que las predicciones de la teoría de la relatividad se verían confirmadas y las clásicas quedarían descartadas.

Hasta 1887 no había aparecido ninguna grieta en la estructura de la física clásica, que se estaba desarrollando con rapidez. Aquel año, el físico estadounidense Albert Michelson y el químico estadounidense Edgard Morley llevaron a cabo el llamado experimento de Michelson-Morley. El experimento pretendía determinar la velocidad de la Tierra a través del éter.

El éter es una sustancia hipotética que, según se creía, transmitía la radiación electromagnética, incluida la luz, y llenaba todo el espacio.

El experimento de Michelson-Morley se basaba en que si el Sol se encuentra en reposo absoluto en el espacio, la Tierra debería tener una velocidad constante de 29 km/s debido a su rotación en torno al Sol; si este astro y todo el Sistema Solar se están moviendo a través del espacio, el continuo cambio de dirección de la velocidad orbital de la Tierra hará que su valor se sume a la velocidad del Sol en algunas épocas del año y se reste en otras.

El resultado del experimento fue totalmente inesperado e inexplicable: la velocidad aparente de la Tierra a través del hipotético éter era nula en todos los periodos del año.

Michelson y Morley dividieron un haz de luz en dos haces que se propagaban formando un ángulo recto y los hicieron interferir, formando un diagrama característico de franjas claras y oscuras. Si la Tierra (y por tanto el aparato) se moviera respecto al éter, la velocidad de los haces sería distinta, igual que la velocidad de un barco que va río arriba y después río abajo difiere de la de un barco que cruza el río. La diferencia de velocidades de los haces modificaría el diagrama de interferencia. Sin embargo, no se halló ninguna 'Cosmología del siglo XX'
modificación.

Pero en 1905, Einstein publicó el primero de dos importantes artículos sobre la teoría de la relatividad, en el que eliminaba el problema del movimiento absoluto negando su existencia. Según Einstein, ningún objeto del Universo se distingue por proporcionar un marco de referencia absoluto en reposo en relación al espacio. Cualquier objeto (por ejemplo, el centro del Sistema Solar) proporciona un sistema de referencia igualmente válido, y el movimiento de cualquier objeto puede referirse a ese sistema. Así, es igual de correcto afirmar que el tren se desplaza respecto a la estación como que la estación se desplaza respecto al tren. Este ejemplo no es tan absurdo como parece a primera vista, porque la estación también se mueve debido al movimiento de la Tierra sobre su eje y a su rotación en torno al Sol. Según Einstein, todo el movimiento es relativo.

Ninguna de las premisas básicas de Einstein era revolucionaria; Newton ya había afirmado que “el reposo absoluto no puede determinarse a partir de la posición de los cuerpos en nuestras regiones”. Lo revolucionario era afirmar, como hizo Einstein, que la velocidad relativa de un rayo de luz respecto a cualquier observador es siempre la misma, aproximadamente unos 300.000 km/s. Aunque dos observadores se muevan a una velocidad de 160.000 km/s uno respecto al otro, si ambos miden la velocidad de un mismo rayo de luz, los dos determinarán que se desplaza a 300.000 km/s. Este resultado aparentemente anómalo quedaba demostrado en el experimento de Michelson-Morley.

Según la física clásica, sólo uno de los dos observadores —como mucho— podía estar en reposo, según Einstein, ambos observadores tienen el mismo derecho a considerarse en reposo y ninguno de los dos comete un error de medida. Cada observador emplea un sistema de coordenadas como marco de referencia para sus medidas, y un sistema puede transformarse en el otro mediante una manipulación matemática. Las ecuaciones de esta transformación, conocidas como ecuaciones de transformación de Lorentz, fueron adoptadas por Einstein, aunque las interpretó de forma radicalmente nueva. La velocidad de la luz permanece invariante en cualquier transformación de coordenadas.

Según la transformación de la teoría de la relatividad, no sólo se modifican las longitudes en la dirección del movimiento de un objeto, sino también el tiempo y la masa. Un reloj que se desplace en relación a un observador parecería andar más lento y cualquier objeto material parecería aumentar su masa. El electrón, que acababa de descubrirse, proporcionaba un método para comprobar esta última suposición. Los electrones emitidos por sustancias radiactivas tienen velocidades próximas a la de la luz y la masa del electrón se duplicaría. La masa de un electrón en movimiento puede determinarse con facilidad midiendo la curvatura de su trayectoria en un campo magnético; cuanto más pesado sea el electrón, menor será la curvatura de su trayectoria para una determinada intensidad del campo. Los experimentos confirmaron espectacularmente la predicción de Einstein; el electrón aumentaba de masa exactamente en el factor que él había predicho. La energía movimiento del electrón acelerado se había convertido en masa de acuerdo con la fórmula: E = m c ².

La hipótesis fundamental en la que se basaba la teoría de Einstein era la inexistencia del reposo absoluto en el Universo. Einstein postuló que dos observadores que se mueven a velocidad constante uno respecto de otro observarán unas leyes naturales idénticas. Sin embargo, uno de los dos podría percibir que dos hechos en estrellas distantes han ocurrido simultáneamente, mientras que el otro hallaría que uno ha ocurrido antes que otro; esta disparidad no es de hecho una objeción a la teoría de la relatividad porque según esta teoría, la simultaneidad no existe para acontecimientos distantes.

En otras palabras, no es posible especificar de forma inequívoca el momento en que ocurre un hecho sin una referencia al lugar donde ocurre. Toda partícula u objeto del Universo se describe mediante una llamada `línea del universo', que traza su posición en el tiempo y el espacio. Cuando se cruzan dos o más líneas del universo, se produce un hecho o suceso. Si la línea del universo de una partícula no cruza ninguna otra línea del universo, no le ocurre nada, por lo que no es importante —ni tiene sentido— determinar la situación de la partícula en ningún instante determinado. La `distancia' o `intervalo' entre dos sucesos cualesquiera puede describirse con precisión mediante una combinación de intervalos espaciales y temporales, pero no mediante uno sólo. El espacio-tiempo de cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal) donde tienen lugar todos los sucesos del Universo se denomina continuo espacio-tiempo.

Todas las afirmaciones anteriores son consecuencias de la relatividad especial o restringida, nombre aplicado a la teoría desarrollada por Einstain en 1905 como resultado de su estudio de objetos que se mueven a velocidad constante uno respecto de otro.

Pero esta teoría no era perfecta ya que se basaba únicamente en observadores con movimiento constante y recto, y en el universo esto no es frecuente. Así Einstein creo 10 años después la teoría de la relatividad general.

En 1915, Einstein desarrolló su teoría de la relatividad general, en la que consideraba objetos que se mueven de forma acelerada uno respecto a otro. Einstein desarrolló esta teoría para explicar contradicciones aparentes entre las leyes de la relatividad y la ley de la gravitación. Para resolver esos conflictos desarrolló un enfoque totalmente nuevo del concepto de gravedad, basado en el principio de equivalencia.

El principio de equivalencia afirma que las fuerzas producidas por la gravedad son totalmente equivalentes a las fuerzas producidas por la aceleración, por lo que en teoría es imposible distinguir entre fuerzas de gravitación y de aceleración mediante un experimento. La teoría de la relatividad especial implica que una persona situada en un vehículo cerrado no puede determinar mediante ningún experimento imaginable si está en reposo o en movimiento uniforme. La relatividad general implica que si el vehículo resulta acelerado o frenado, o toma una curva, el ocupante no puede afirmar si las fuerzas producidas se deben a la gravedad o son fuerzas de aceleración producidas al pisar el acelerador o el freno o al girar el vehículo bruscamente.

La aceleración se define como el cambio de velocidad por unidad de tiempo. Consideremos a un astronauta que está de pie en una nave estacionaria. Debido a la gravedad, sus pies presionan contra el suelo de la nave con una fuerza igual al peso de la persona, w. Si esa misma nave se encuentra en el espacio exterior, lejos de cualquier otro objeto y prácticamente no influida por la gravedad, el cosmonauta también se verá presionado contra el suelo si la nave acelera. Si la aceleración es de 9,8 m/s2 (la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre), la fuerza con que el astronauta es presionado contra el suelo es de nuevo igual a w. Si no mira por la escotilla, el cosmonauta no tiene forma de saber si la nave está en reposo sobre la Tierra o está siendo acelerada en el espacio exterior.

La fuerza debida a la aceleración no puede distinguirse en modo alguno de la fuerza debida a la gravedad. Einstein atribuye todas las fuerzas, tanto las gravitacionales como las asociadas convencionalmente a la aceleración, a los efectos de la aceleración. Así, cuando la nave está en reposo sobre la superficie terrestre, se ve atraída hacia el centro de la Tierra. Einstein afirma que este fenómeno de atracción es atribuible a una aceleración de la nave. En el espacio tridimensional, la nave se encuentra estacionaria, por lo que no experimenta aceleración; sin embargo, en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, la nave está moviéndose a lo largo de su línea del universo. Según Einstein, la línea del universo está curvada debido a la curvatura del continuo espacio-tiempo en la proximidad de la Tierra.

Así, la hipótesis de Newton de que todo objeto atrae a los demás objetos de forma directamente proporcional a su masa es sustituida por la hipótesis relativista de que el continuo está curvado en las proximidades de objetos masivos. La ley de la gravedad de Einstein afirma sencillamente que la línea del universo de todo objeto es una geodésica en el continuo.

Una geodésica es la distancia más corta entre dos puntos, pero en el espacio curvado no es, normalmente, una línea recta. Del mismo modo, las geodésicas en la superficie terrestre son los círculos máximos, que no son líneas rectas en los mapas corrientes.

En la mayoría de los casos mencionados hasta ahora, las predicciones de la física clásica y relativista son prácticamente idénticas, aunque la matemática relativista es más compleja. La famosa afirmación falsa de que sólo había 10 personas en el mundo que entendieran la teoría de Einstein se refería a la complicada álgebra y a la geometría de la relatividad general; en cambio, cualquier estudiante de cálculo elemental puede comprender la relatividad especial.

La teoría de la relatividad general ha sido confirmada en numerosas formas desde su aparición. Por ejemplo, la teoría predice que la línea del universo de un rayo de luz se curva en las proximidades de un objeto masivo como el Sol. Para comprobar esta predicción, los científicos decidieron observar las estrellas que parecen encontrarse muy cerca del borde del Sol. Estas observaciones no pueden realizarse normalmente, porque el brillo del Sol oculta las estrellas cercanas. Durante un eclipse solar total, sin embargo, es posible observar estas estrellas y registrar con precisión sus posiciones. Durante los eclipses de 1919 y 1922 se organizaron expediciones científicas para realizar esas observaciones. Después se compararon las posiciones aparentes de las estrellas con sus posiciones aparentes algunos meses más tarde, cuando aparecían de noche, lejos del Sol. Einstein predijo un desplazamiento aparente de la posición de 1,745 segundos de arco para una estrella situada justo en el borde del Sol, y desplazamientos cada vez menores de las estrellas más distantes. Las expediciones que estudiaron los eclipses comprobaron esas predicciones.

Otra confirmación de la relatividad general está relacionada con el perihelio del planeta Mercurio.

Perihelio es el punto en que Mercurio se encuentra más próximo al Sol.

Hacía años que se sabía que el perihelio gira en torno al Sol una vez cada tres millones de años, y ese movimiento no podía explicarse totalmente con las teorías clásicas. En cambio, la teoría de la relatividad sí predice todos los aspectos del movimiento, y las medidas con radar efectuadas recientemente han confirmado la coincidencia de los datos reales con la teoría.

Otro fenómeno predicho por la relatividad general es el efecto de retardo temporal, en el que las señales enviadas a un planeta o nave espacial situados al otro lado del Sol experimentan un pequeño retraso —que puede medirse al ser devueltas a la Tierra— en comparación con lo indicado por la teoría clásica. Aunque se trata de intervalos de tiempo muy pequeños, las diferentes pruebas realizadas con sondas planetarias han dado valores muy cercanos a los predichos por la relatividad general. Se han realizado otras muchas comprobaciones de la teoría, y hasta ahora todas parecen confirmarla.

Después de 1915, la teoría de la relatividad experimentó un gran desarrollo y expansión a cargo de Einstein y de los astrónomos británicos James Jens, Arthur Edengton y Edgard Miln, el astrónomo holandés Willem de Sitter y el matemático estadounidense de origen alemán Germann Weil. Gran parte del trabajo de estos científicos correspondió a un esfuerzo por ampliar la teoría de la relatividad para que incluyera los fenómenos electromagnéticos. Recientemente, numerosos científicos han tratado de unir la teoría gravitatoria relativista con el electromagnetismo y con las otras dos fuerzas fundamentales, las interacciones nuclear fuerte y nuclear débil. Aunque se han realizado algunos avances en ese terreno, no ha habido grandes éxitos, y hasta ahora no se ha aceptado ninguna de las teorías de forma generalizada. Véase también Partículas elementales.

Los físicos también han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo de las consecuencias cosmológicas de la teoría de la relatividad. Dentro del marco de las ideas planteadas por Einstein son posibles muchas líneas de desarrollo. Por ejemplo, el espacio está curvado, y se conoce exactamente su grado de curvatura en las proximidades de cuerpos pesados, pero su curvatura en el espacio vacío —causada por la materia y la radiación de todo el Universo— es incierta. Además, los científicos no están de acuerdo en si es una curva cerrada (comparable con una esfera) o abierta (comparable con un cilindro o una taza con paredes de altura infinita). La teoría de la relatividad lleva a la posibilidad de que el Universo se está expandiendo: esa es la explicación generalmente aceptada para la observación experimental de que las líneas espectrales de galaxias, quásares y otros objetos distantes se encuentran desplazadas hacia el rojo. La teoría del Universo en expansión hace que sea razonable suponer que la historia del Universo es finita, pero también permite otras alternativas.

Einstein predijo que las perturbaciones gravitacionales importantes, como la oscilación o el colapso de estrellas de gran masa, provocarían ondas gravitacionales, perturbaciones del continuo espacio-tiempo que se expandirían a la velocidad de la luz. Los físicos siguen buscando este tipo de ondas.

Gran parte de los trabajos posteriores sobre la relatividad se centraron en la creación de una mecánica cuántica relativista que resultara satisfactoria. En 1928, el matemático y físico británico Paul Dirac expuso una teoría relativista del electrón. Más tarde se desarrolló una teoría de campo cuántica llamada electrodinámica cuántica, que unificaba los conceptos de la relatividad y la teoría cuántica en lo relativo a la interacción entre los electrones, los positrones y la radiación electromagnética. En los últimos años, los trabajos del físico británico Stephen Hotking se han dirigido a intentar integrar por completo la mecánica cuántica.

La imagen que nos ha llegado de Einstein, es la de los últimos años de su vida, los cuales pasó en los Estados Unidos, debido a sus bien conocidas dificultades con el régimen nazi.

Su apariencia física asemejaba la de un líder religioso, sus cabellos canosos y despeinados. Sus ojos reflejaban una mezcla de la profundidad de sus pensamientos y, a su vez, de tristeza. Esta imagen ha ido evolucionando en la mente popular y nos queda más bien una caricatura.

Sin embargo, si indagamos un poco más allá encontramos una personalidad casi tan impresionante como su trabajo en la física teórica.

Einstein creía en un mundo de simplicidad y armonía. Un aspecto de su personalidad que impresionaba profundamente a quien le conocía era su sentido del humor.

Aunque su interés por la física era absorbente, Einstein tuvo una activa participación en los eventos más importantes de su época. Fue altamente estimado por sus contemporáneos. Esto llegó a tal extremo que se le ofreció la Presidencia de Israel. Fue de gran importancia la carta enviada al Presidente Roosevelt haciéndole ver el peligro de la construcción de la bomba atómica por parte de Alemania.

Justo hasta sus últimas horas estuvo involucrado en actividades para el beneficio de la humanidad. Junto con Bertrand Russell se propuso la redacción de una declaración de científicos reconocidos, alertando sobre el peligro del armamento nuclear.

 

 

Nace en Ulm (Alemania) el 14 de marzo de 1879, de padres judíos. Comienza a ir a una escuela primaria católica en Munich donde pasó su juventud. Allí su familia poseía un pequeño local que fabricaba maquinaria eléctrica. No habló hasta la edad de tres años, pero aún de joven mostró una brillante curiosidad en torno a la naturaleza y una habilidad para entender difíciles conceptos matemáticos. A los doce años aprendió geometría por sí mismo.

Tímido y retraído, con dificultades en el lenguaje y lento para aprender en sus primeros años escolares; apasionado de las ecuaciones, cuyo aprendizaje inicial se lo debió a su tío Jakov que lo instruyó en una serie de disciplinas y materias, entre ellas álgebra: “...cuando el animal que estamos cazando no puede ser apresado lo llamamos temporalmente “x” y continuamos la cacería hasta que lo echamos en nuestro morral”, así le explicaba su tío, lo que le permitió llegar a temprana edad a dominar las matemáticas. Dotado de una exquisita sensibilidad que desplegó en el aprendizaje del violín, Albert Einstein fue el hombre destinado a integrar y proyectar, en una nueva concepción teórica, el saber que muchos hombres de ciencia anteriores prepararon con laboriosidad y grandeza.

El resto de su educación no es extraordinaria, concluyendo sus estudios superiores en la Escuela Politécnica Federal Suiza. 

Allí conoció a Mileva Maric, con quien se casa en 1900. No resultó ser un matrimonio feliz. Nacen dos hijos de esta unión: Hans Albert, quien fuese profesor de Hidráulica en Berkeley, California, donde muere en 1973 y Eduardo quien falleciera en 1965.

Después de su divorcio, Einstein se casa con su prima Elsa. Aunque ella no entendía el trabajo del físico, resultó un enorme apoyo en la carrera de Einstein. Ella le organizó un hogar propicio para el trabajo intenso de investigación. Más importante aún, fue el cuidado que tuvo al organizar y restringir el número de visitantes que aspiraban hablar con Einstein, un número muy elevado, debido a la gran fama que, a pesar de él mismo, había adquirido.

Margot, hija del primer matrimonio de Elsa, le acompañó en Princeton hasta sus últimos días, ya que Elsa había muerto en los años cuarenta.

Einstein odiaba el aburrido régimen y el espíritu poco imaginativo de la escuela en Munich. Cuando, debido a repetidos fracasos comerciales, su familia hubo de dejar Alemania para emigrar a Milan, Italia, Einstein -que entonces tenía 15 años- aprovechó la oportunidad para dejar los estudios. Pasó un año con sus padres en Milan, y cuando se le hizo evidente que tendría que arreglárselas por sí mismo, completó sus estudios secundarios en Arrau, Suiza, y entró al Politécnico Nacional.

En la primavera de 1905, luego de estudiar la naturaleza de la materia y la radiación, y cómo interactuaban en algún tipo de modelo unificado del mundo por diez años, Einstein comprendió que la raíz del problema yacía no en una teoría de la materia, sino en una teoría de la medición. Fue capaz de proponer una descripción correcta y consistente de los eventos físicos sin recurrir a presunciones especiales sobre la naturaleza de la materia o la radiación, pero virtualmente nadie comprendió el argumento de Einstein.

De todas maneras, su estrella comenzó a crecer dentro de la comunidad física. Luego ascendió rápidamente en el mundo académico alemán; su primer puesto fue en la Universidad de Zurich, en 1909. En 1911 se mudó a la Universidad alemana de Praga, y en 1912 retornó al Politécnico Nacional de Suiza. Finalmente, en 1913 fue nombrado director del Instituto Kaiser Wilhelm para la Física, en Berlín.

En los fundamentos de la teoría general de la relatividad, Einstein dio razones sobre las previamente inexplicables variaciones en el movimiento orbital de los planetas, y predijo la curvatura de la luz estelar en las cercanías de un cuerpo masivo, tal como el sol. La confirmación de este fenómeno durante un eclipse solar en 1919 se transformó en un evento muy publicitado, y la fama de Einstein recorrió el mundo.

A partir de 1919, Einstein tuvo renombre internacional. Recogió honores y premios, incluyendo el Nobel de Física en 1922 (el premio Nobel de Física del año 1921 fue anunciado el 9 de Noviembre de 1922) , de parte de varias sociedades científicas del mundo. Sus visitas a países de todo el mundo, como la que realizó a España en 1923, impulsada por el matemático Julio Rey Pastor, o las que realizó a Argentina, Uruguay y Brasil en 1925, eran un acontecimiento; le seguían fotógrafos y periodistas.

Los dos movimientos sociales que recibieron su apoyo incondicional fueron el pacifismo y el Sionismo. Durante la Primera Guerra Mundial fue uno del puñado de académicos alemanes que se atrevió a criticar la participación de Alemania en la guerra. Luego, su continuado apoyo a los objetivos pacifistas y sionistas lo convirtieron en el blanco de viciosos ataques por parte de los antisemitas y extremistas de derecha en Alemania. Aún sus teorías científicas fueron ridiculizadas públicamente, en especial la teoría de la relatividad. Cuando Hitler llegó al poder en 1933, Einstein decidió de inmediato abandonar Alemania y viajó a los Estados Unidos. Allí consiguió un puesto en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey. En tanto continuaban sus esfuerzos en favor del sionismo internacional, se vió forzado a abandonar su pacifismo ante la terrible amenaza que el régimen Nazi de Alemania significaba para la humanidad.

En 1939 Einstein colaboró con varios físicos en la redacción de una carta al presidente Franklin D. Roosevelt, indicándole la posibilidad de fabricar una bomba atómica y la probabilidad de que el gobierno alemán se estuviera embarcando en tal proyecto. La carta, que llevaba sólo la firma de Einstein, ayudó a apurar los esfuerzos americanos para construir la bomba, pero Einstein mismo no tuvo parte en el trabajo, y desconocía todo sobre él en ese momento.

Tras la guerra, Einstein se involucró activamente en la causa del desarme internacional y el gobierno mundial. Continuó apoyando activamente al sionismo, pero declinó la oferta de convertirse en presidente del estado de Israel. En los EEUU, hacia fines del 40 y principios de los 50, abogó por la necesidad de que los intelectuales de la nación hicieran cualquier sacrificio necesario para preservar las libertades políticas.

Einstein murió en Princeton el 18 de Abril de 1955. Sus esfuerzos en favor de causas sociales muchas veces fueron vistos como irreales. En realidad, todas sus propuestas eran objeto de su mayor atención. Como sus teorías científicas, estaban motivadas por una clara intuición, basada en un agudo y cuidadoso criterio que consideraba primordiales la observación y la evidencia. Aunque Einstein dio mucho de sí en pos de causas políticas y sociales, la ciencia siempre ocupó el primer lugar para él porque, como solía decir, sólo el descubrimiento de la naturaleza del universo tiene un significado perdurable.


Soy en verdad un viajero solitario, y los ideales que han iluminado mi camino y han proporcionado una y otra vez nuevo valor para afrontar la vida han sido: la belleza, la bondad y la verdad.

'Cosmología del siglo XX'

Algunos pensamientos y frases dichas por Einstein:

  • EL DERECHO DE TODO HOMBRE ES ESCUCHAR SU CONCIENCIA Y ACTUAR SEGUN ESTA SE LO DICTE.

  • Después de las bombas que destruyeron Japón, Einstein reflexionó: “Si hubiera sabido esto, me habría dedicado a la relojería”.

  • No sé cómo será la III Guerra Mundial, pero sí la IV... con piedras y palos.

  • ¿Azar? Jamás creeré que Dios juega a los dados con el mundo.

  • Un hombre debe buscar lo que es y no lo que cree que debería ser.

  • La emoción más hermosa y más profunda que podemos experimentar es la sensación de lo místico. Es el legado de toda ciencia verdadera. Aquel al que su emoción le es desconocida, que ya no se pregunta ni está en estática reverencia, vale tanto como si estuviera muerto. Tener el conocimiento y el sentimiento de que lo que es impenetrable para nosotros realmente existe, que se manifiesta en la suprema sabiduría y en la más radiante belleza que nuestras torpes facultades sólo pueden comprender en sus formas más primitivas, está en el centro de toda verdadera religiosidad.

  • La vida de un hombre sin religión no tiene sentido; y no sólo lo convierte en un desdichado, sino en un ser incapaz de vivir.

  • El admitir que existe Algo en lo cual no podemos penetrar; el pensar que las razones más profundas, que la belleza más radiante que nuestra mente pueda alcanzar, son sólo sus formas más elementales de expresión; ese reconocimiento, esa emoción, constituye la actitud verdaderamente religiosa. En ese sentido yo soy profundamente religioso.

  • La luz es la sombra de Dios.

  • La Ciencia es una tentativa en el sentido de lograr que la caótica diversidad de nuestras experiencias sensoriales corresponda a un sistema de pensamiento lógicamente ordenado.

  • Nunca pienso en el futuro. Este llega lo suficientemente rápido.

  • Mi ideal político es el democrático. Todo el mundo debe ser respetado como persona y nadie debe ser divinizado.

  • ¡Triste época la nuestra! Es más fácil desintegrar un átomo que un prejuicio.

  • La ciencia sin religión está coja y la religión sin ciencia está ciega.

  • Si perdemos el sentido del misterio, la vida no es más que una vela apagada.

  • La energía no se crea, siempre existe, y no se destruye, solamente se transforma por medio del pensamiento o voluntad de quien la maneja.

  • Si tu intención es describir la verdad, hazlo con sencillez y la elegancia déjasela al sastre.

  • Todo debe simplificarse hasta donde sea posible, pero nada más.

  • Vemos la luz del atardecer anaranjada y violeta porque llega demasiado cansada de luchar contra el espacio y el tiempo.

  • Lo importante es no dejar de hacerse preguntas.

  • El mundo no está amenazado por las malas personas sino por aquellos que permiten la maldad.

  • Si anhelamos con seguridad y pasión la seguridad, el bienestar y el libre desarrollo del talento de todos los hombres no hemos de carecer de los medios necesarios para conquistarlos.

  • Muchas son las cátedras universitarias, pero escasos los maestros sabios y nobles. Muchas y grandes son las aulas, más no abundan los jóvenes con verdadera sed de verdad y justicia.

  • Una universidad es un lugar donde la universalidad del espíritu humano se manifiesta.

  • Si mi teoría de la relatividad es exacta, los alemanes dirán que soy alemán y los franceses que soy ciudadano del mundo. Pero si no, los franceses dirán que soy alemán, y los alemanes que soy judio.

  • Mientras somos jóvenes, los pensamientos pertenecen al amor. Después el amor pertenece a los pensamientos.

  • La ciencia no es más que un refinamiento del pensamiento cotidiano.

  • Lo más incomprensible del Universo, es que sea comprensible.

  • La imaginación es más importante que el conocimiento.

  • La realidad es simplemente una ilusión, aunque muy persistente.

  • Soy lo suficientemente artista como para dibujar libremente sobre mi imaginación. La imaginación es más importante que el conocimiento. El conocimiento es limitado. La imaginación circunda el mundo.

  • Es un sentimiento maravilloso el descubrir las características unificadoras de un complejo de fenómenos diversos que parecen totalmente desconectados en la experiencia directa de los sentidos.

  • Un ser humano es parte de un todo, llamado por nosotros universo, una parte limitada en el tiempo y el espacio. Se experimenta a sí mismo, sus pensamientos y sentimientos como algo separado del resto... algo así como una ilusión óptica de su conciencia. Esta falsa ilusión es para nosotros como una prisión que nos restringe a nuestros deseos personales y al afecto que profesamos a las pocas personas que nos rodean. Nuestra tarea debe ser el liberarnos de esta cárcel ampliando nuestro círculo de compasión para abarcar a todas las criaturas vivas y a la naturaleza en conjunto en toda su belleza.

  • Un ser humano es parte del todo que llamamos universo, una parte limitada en el tiempo y en el espacio. Está convencido de que él mismo, sus pensamientos y sus sentimientos, son algo independiente de los demás, una especie de ilusión óptica de su conciencia. Esa ilusión es una cárcel para nosotros, los limita a nuestros deseos personales y a sentir afecto por los pocos que tenemos más cerca. Nuestra tarea tiene que ser liberarnos de esa cárcel, ampliando nuestro círculo de compasión, para abarcar a todos los seres vivos y a toda la naturaleza.

  • La religión del futuro será cósmica. Una religión basada en la experiencia y que rehuya los dogmatismos. Si hay alguna religión que colme las necesidades de la ciencia esa sería el Budismo...

  • No todo lo que cuenta puede ser contado y no todo lo que puede ser contado cuenta.

  • El telégrafo sin hilos no es difícil de comprender. El telégrafo ordinario es como un gato muy largo. Pones la cola en Nueva York y el gato maúlla en Los Ángeles. El telégrafo sin hilos es lo mismo pero sin el gato.

  • En mis teorías sitúo un reloj en cada punto del espacio, pero en la vida real apenas puedo permitirme el lujo de comprarme uno para mi casa.

  • Hasta donde la ley de las matemáticas se refiere a la realidad, esta no es exacta; y cuando las leyes de la matemática son exactas, estas no se refieren a la realidad.

  • El nacionalismo es una enfermedad infantil. Es el sarampión de la humanidad.

  • No entiendes realmente algo a menos que seas capaz de explicarselo a tu abuela.

  • Lo único que interfiere con mi aprendizaje es mi educación.

  • Lo único realmente valioso es la intuición.

  • La belleza no mira, sólo es mirada.

  • Si alguien viviese como yo, las novelas románticas no habrían existido nunca.

  • Pon tu mano en un horno caliente durante un minuto y te parecerá una hora. Siéntate junto a una chica preciosa durante una hora y te parecerá un minuto. ESO es la relatividad. La gravitación no puede ser la causa de que la gente se enamore.

Enciclopedia Microsoft Encarta

Webs: www.einstein.atomo.info

www.astrocosmo.cl

Querido profesor Einstein Ed. Edelvives

Diccionario de Física Ed. Santillana

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