GUÍA DIDÁCTICA SOBRE ALBERT EINSTEIN ÍNDICE 1. BIOGRAFÍA 1.1 Sus primeros años 1.2 Investigaciones 1.3 Su lado humano 2. ANÉCDOTAS 2.1 Teorías 2.2 Modo de vida 2.3 Otras anécdotas 2.4 Su cerebro 3. CITAS 3.1 Educación 3.2 Conocimiento 3.3 Sociedad 3.4 Otros 4. EFECTO FOTOELÉCTRICO 4.1 Antecedentes 4.2 Solución de Einstein4.3 Preguntas de comprensión 5. TEORÍA RELATIVIDAD 5.1 Antecedentes 5.2 La masa y la energía 5.3 El experimento imaginario 5.4 La paradoja del abuelo 5.5 Preguntas de comprensión 6. Y MÁS 6.1 Otras leyes 6.2 Obras escritas por Einstein 6.3 Premios y galardones 7. ENERGÍA NUCLEAR 7.1 La energía nuclear 7.2 Einstein y la bomba atómica 1-BIOGRAFÍA El genio de cabellos blancos despeinados, no deja de sorprendernos años después de su muerte, tanto por su legado científico como por su faceta humana. Sus teorías pusieron patas arriba las bases científicas asentadas sobre los principios de Newton. Su vida es una historia de superación personal, de intensa inquietud de conocimiento y defensa de la humanidad. 1.1 Sus primeros años El 14 de marzo de 1879, una pareja judía, Hermann y Pauline Eisntein, ven nacer a su primer hijo, en la localidad alemana de Ulm. Desde su más temprana infancia, el pequeño Albert Einstein sorprendió a la gente que le rodeaba con su talento e ingenio. Aunque no aprendió a hablar hasta los tres años, con solo cinco ya tocaba el violín y a los siete años, aventajaba al resto de los niños de su escuela en muchas asignaturas. Una historia que a Einstein le gustaba contar sobre su niñez era de una "maravilla" que él vio cuando tenía cuatro o cinco años: un compás magnético. El compás lo convenció de que allí había "algo detrás de las cosas, algo profundamente escondido". Así era el pequeño Einstein, un muchacho pequeño, autosuficiente y pensativo. Su hermana recordó la concentración y perseverancia con que él construía las casas con naipes. El pensamiento del muchacho se estimuló por su tío, un ingeniero, y por un estudiante médico que cenaba una vez por semana con los Einstein. "...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 y estimulaba su tío en el aprendizaje de las Matemáticas, de tal forma, que a los 12 años se dedicaba a resolver el enigma del "Huge World". A pesar de sus dotes naturales, a los 15 años abandona la escuela en Alemania debido a sus malas notas en varias asignaturas como Historia y Lenguaje y se traslada a Milán, donde su familia se había mudado años antes por negocios. Incluso, debido a numerosos fracasos de los negocios de su familia, Einstein se vio obligado a dejar de ir a la escuela durante un tiempo. También suspende el examen de acceso para estudiar ingeniería eléctrica en el Politécnico de Zurich, por lo que finalmente estudia en una escuela técnica. Después de estudiar en la escuela secundaria de Arau, regresa al Politécnico, donde se gradua en 1900 como profesor de escuela secundaria de Física y Matemáticas. Sólo trabaja como profesor de matemáticas durante dos meses, hasta que consigue empleo en 1902 como examinador en la Oficina Suiza de Patentes en Berna. En la Universidad conoció a su primera esposa, Mileva Maric, con quien se casa en 1900 y con la que tiene dos hijos: Hans Albert (quien fue profesor de Hidráulica en Berkeley) y Eduardo (quien se convierte en presa de una esquizofrenia incurable). También se habla de una hija, Lieserl (1902-?) que nace antes del matrimonio y aparentemente es puesta en adopción y cuyo destino es desconocido. Después de su divorcio, Einstein se casa con su prima Elsa, quien organizó un hogar propicio para el trabajo intenso del científico, organizando y restringiendo el número de visitantes que aspiraban a hablar con Einstein. 1.2 Investigaciones En 1905, se doctora en la Universidad de Zurich, con una tesis sobre las dimensiones de las moléculas. Einstein comprendió que la raíz del problema yacía no en una teoría de la materia, sino en una teoría de la medición. Propuso una descripción de los eventos físicos sin recurrir a presuciones especiales sobre la naturaleza de la materia o la radiación. Este período (1902-1905) es probablemente el más fecundo para su actividad científica, publicando en 1905: La Teoría Cuántica del Efecto Fotoeléctrico (por el que le dan el Nóbel de 1921) y la primera enunciación de los principios de la Teoría de la Relatividad particular. Esta última teoría tiene su origen en su ensayo que había escrito a los 16 años. Su fama en el círculo científico-académico comienza a extenderse. En 1911, se muda a la Universidad alemana de Praga y en 1912 retorna al Politécnico Nacional de Suiza, para en 1913 ser nombrado director del Instituto Kaiser Wilhelm para la Física, en Berlín. A partir de 1919, su fama se extiende internacionalmente y viaja por distintos países del mundo, entre ellos España. 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 como el sol. La confirmación de este fenómeno durante un eclipse solar en 1919 se transformó en un evento muy publicitario que dio a conocer su hallazgo por todo el mundo. Sin embargo, el Premio Nobel de Física de 1921, lo recibe no por su teoría de la relatividad sino por la del efecto fotoeléctico. 1.3 Su lado humano Sus esfuerzos no sólo se concentraron en la Física. A lo largo de su vida, apoyó incondicionalmente el pacifismo y el sionismo. Ya en la Primera Guerra Mundial se atrevió a criticar la participación de Alemania en la guerra. Fue objeto de ataques antisemitas y extremistas de derecha en Alemania e incluso sus teorías fueron ridiculizadas públicamente, sobre todo la de la relatividad. Con la llegada de Hitler al poder en 1933, Einstein abandona el país y emigra a EUU donde trabajó en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey). Junto con otros físicos, en 1939 redactó una carta al presidente norteamericano Franklin D. Roosevelt, advirtiéndole del peligro de que los alemanes fabricasen una bomba atómica., lo que contribuyó a apurar los esfuerzos de EEUU por terminar antes esta arma nuclear, trabajo en el que Einstein no tuvo participación ni conocimiento. Al finalizar la guerra, participó en la causa de desarme internacional. Siguió con su empeño de defender el sionismo, pero rechazó la oferta de convertirse en presidente de Israel. Eisntein falleció en Princeton el 18 de abril de 1955, a las 7:55 de la mañana, "dignamente" pues se negó a que le operaran de una ruptura de la arteria aorta. Su cuerpo fue incinerado y sus cenizas se esparcieron en un lugar que no se dio a conocer, pues no quería que su tumba fuera un lugar de peregrinaje. "Mientras se me permita elegir, sólo viviré en un país en el que haya libertades políticas, tolerancia e igualdad de todos los ciudadanos ante la ley. La libertad política implica la libertad de expresar las propias opiniones políticas verbalmente y por escrito; la tolerancia implica el respeto por todas y cada una de las creencias individuales". Albert Einstein: Mis ideas y mis opiniones. Pag. 183 2. ANÉCDOTAS 2.1 Teorías Se cuenta que la Teoría de la Relatividad especial nació durante un paseo de Einstein bajo la frondosidad de un bosque italiano... como bajo un manzano nació la Ley de la Gravitación Universal de Newton. Otra historia es la que Charlie Chaplin recuerda en una cena en su casa de California, en 1926, en la que estuvieron presentes Einstein, su segunda esposa y otros dos amigos de Chaplin. Durante la cena, la señora Einstein "contó la historia de la manaña en que Einstein concibió la teoría de la relatividad". Ella le dijo lo siguiente: El doctor, como de costumbre, bajó en bata para tomar el desayuno, pero a penas probó bocado. Pensé que algo iba mal, así que le pregunté qué era lo que le preocupaba. "Querida - me dijo -, tengo una idea maravillosa". Y tras tomar el café, se dirigió al piano y empezó a tocar. Se interrumpía constantemente, tomaba algunas notas y luego me decía: "tengo una idea estupenda, maravillosa". Yo le dije: "entonces, por el amor de Dios, dime de qué se trata y no me tengas en ascuas". Él respondió: "es difícil, todavía tengo que perfeccionarla". La señora Einstein contó a Chaplin que Einstein siguió tocando el piano y tomando notas durante media hora aproximadamente, luego subió a su estudio diciéndole que no quería que le molestaran, y permaneció allí durante dos semanas. "Le mandaba todos los días la comida arriba; por la noche solía dar un corto paseo para estirar las piernas y luego regresaba para ponerse a trabajar de nuevo." "Finalmente - dijo la señora Einstein - bajó del estudio muy pálido." "Ya está - me dijo - mientras depositaba, con aspecto cansado, dos hojas de papel sobre la mesa." Y allí estaba su teoría de la relatividad.2.2 Modo de vida Entre las anédoctas familiares que más menciona la hermana de Einstein es la preocupación de su madre cuando nació a causa de la angulosa y gran cabeza del bebé, así como la reacción de uno de los abuelos al verlo: "Viel zu dick! Viel zu dick (Es demasiado pesado). Sus padres se preocuparon por la tardía en la que Einstein comenzó a hablar. Cuenta su hermana que cuando tenía dos o tres años, él quería decir frases completas y ensaya para si mismo diciéndolas en voz baja. Si consideraba que lo hacía bien, la pronunciaba después en voz alta. Einstein encontró un buen pasatiempo en la navegación y en la música, especialmente en el trabajo de Mozart. Era una figura muy conocida en Princeton debido a su pelo blanco, su rechazo a llevar calcetines, y su total absorción cuando resolvía problemas científicos. Se cuenta que llegó a ser tan popular que tuvo que posar innumerables veces para fotógrafos, artistas y escultores, así que cuando una vez un extraño que no lo había reconocido le preguntó por su profesión, le contestó: "Trabajo de modelo para un artista". Ya en 1919, el exceso de trabajo casi lo lleva a la muerte por agotamiento. Los amigos que lo visitaban cuentan que no tenía tiempo para hacer una pausa de trabajo y que, muchas veces, sólo dejaba de escribir cuando se le insistía para que se fuese a la cama. Durante el periódo de recuperación, una de las personas que cuidó de él fue su prima Elsa Löwenthal, con quien se casaría ese mismo año. Cierta vez álguien le preguntó donde era su laboratorio y él sacó del bolso una pluma y respondió: "Aquí". En su biografía de Einstein, Peter Michelmore apunta que "el dormitorio de Einstein parecía la celda de un monje. No había en él cuadros ni alfombras... Se afeitaba sin muchos miramientos, con jabón de fregar. En casa solía ir descalzo. Tan sólo cada dos o tres meses dejaba que Elsa le descargara un poco la pelambrera... Pocas veces encontraba necesaria la ropa interior. También dejó de lado los pijamas, y más tarde los calcetines. "¿Para qué sirven?", solía preguntar. "No producen más que agujeros." Elsa llegó a perder la paciencia un día en que lo pilló cortando de codo abajo las mangas de una camisa nueva. Su explicación fue que los puños requieren botones o gemelos y es necesario lavarlos con frecuencia, total, una pérdida de tiempo". "Toda posesión", decía Einstein, "es una piedra atada al tobillo." A Einstein le gustaba más pensar en las cosas que tener que memorizarlas. No pudo entrar a la Universidad de Munich porque... sus calificaciones en física y matemáticas fueron bajas. En su época de estudiante en Münich, sus compañeros le apodaron "Biederman", que significa hombre recto y honorable. Era vegetariano 2.3 Otras anécdotas Lo cierto es que, en su juventud, Albert Einstein era un mal estudiante, hasta el punto de que un profesor le llegó a asegurar que jamás sería nadie en el mundo de las ciencias. La aproximación del joven Einstein a las matemáticas vino dada por su creciente afición al violín. Entre todos los compositores le agradaba Mozart. Y básicamente Mozart es el responsable de la afición de Einstein a las Matemáticas y otras disciplinas. 2.4 Su cerebro El médico encargado de la autopsia, Thomas Harvey, extrajo sin permiso el cerebro lo fotografió y sumergió en formol cortándolo después en unos 240 trozos. Hans Albert, el hijo de Einstein, se indignó aunque al final cedió cuando le aseguraron que se trataba de realizar un estudio científico. Para unos ni los trozos ni las fotos tomadas en 1955 tienen ningún valor, otros no han parado de ver anomalías en ése cerebro: mayor extensión de la región parietal posterior y una rara cisura de Silvio. Lo curioso es que si detectáramos esta rara malformación en un feto quizás se le aconsejaría a la madre interrumpir el embarazo ante las deficiencias psíquicas que presentaría su futuro hijo. Para saber si el genio de Einstein residía en el cerebro deberemos esperar a que Elliott Krause pueda realizar las pruebas oportunas y llevar a cabo un riguroso un estudio genético, ya que las comparaciones físicas del cerebro del celebre físico con otros no parecen no convencer a casi nadie. 3. CITAS 3.1 Educación "Todo debe hacerse en la forma más sencilla posible, pero no la más fácil." "El secreto de la creatividad es saber esconder las fuentes de recursos." "Lo único que interfiere con mi aprendizaje es mi educación." "Dios no se preocupa por problemas matemáticos. Integra todo empíricamente." "La educación es lo que queda luego de que uno se olvida todo lo que aprende en la escuela." "Uno tiene que aprenderse todas las cosas en la mente para los exámenes, sea que le gustan o no. Esto tuvo un efecto tan deteriorante en mí que luego que aprobé el último examen, encontré considerar cada problema científico que se me presentaba como detestable durante un año." "Lo importante es no pararse a cuestionarse. La curiosidad tiene su propia razón de ser." "Si uno estudia con demasiado celo, puede perder los pantalones fácilmente" Ante la pregunta ¿Cuál es la velocidad del sonido? y otras por el estilo, memorísticas, Einstein respondió: "No lo sé, procuro no cargar mi memoria con datos que puedo encontrar en cualquier manual, ya que el gran valor de la educación superior no consiste en atiborrarse de datos, sino en preparar el cerebro para pensar por su propia cuenta y así llegar a conocer algo que no figure en libros". "El comportamiento ético de un hombre debe basarse en la solidaridad, educación, y reglas sociales; ninguna base religiosa es necesaria. Sin embargo, el hombre estaría en un lugar pobre, si tuviese que estar restringido al miedo al castigo y a la esperanza de una recompensa después de la muerte." "El hombre que ha perdido la facultad de maravillarse es como un hombre muerto" 3.2. Conocimiento "La realidad es una mera ilusión, aunque una muy persistente." "Una persona comienza a vivir, cuando puede vivir fuera de sí mismo." "La debilidad en la actitud se convierte en debilidad de carácter." "El misterio eterno del mundo es la comprensión" "La imaginación es más importante que el conocimiento" "En cuanto a lo que a realidad se refieren las leyes matemáticas, no son ciertas. Con respecto a su certeza , no son reales." "Quien no ha cometido nunca un error, nunca ha tratado nada nuevo." "El todo de la ciencia no es más que refinar los pensamientos diarios" "Lo más incomprensible acerca del mundo es que éste es comprensible." "No podemos solucionar problemas usando el mismo razonamiento que usamos cuando los creamos." "Los grandes espíritus han encontrado siempre una oposición violenta de la mediocridad. La última, no puede entender cómo un hombre no se somete inconscientemente a los prejuicios hereditarios, sino que honestamente y con coraje usa su inteligencia." "La experiencia más bonita que podemos tener es el misterio. Es la fuente de todo el arte verdadero y la ciencia real. Aquél para quien esta emoción es extraña, que no se puede detener por un momento a contemplar y quedarse absorto en el vacío, es tan bueno como la muerte, sus ojos están cerrados". 3.3 Sociedad "Lo más difícil del mundo es entender el impuesto a las ganancias." "Lo único valorable realmente es la nutrición." "A veces uno paga más por cosas que otros consiguen por nada." "Los grandes espíritus han encontrado oposición violenta muy a menudo de parte de mentes débiles." "El progreso tecnológico es como un hacha en manos de un criminal patológico." "La paz no puede mantenerse por la fuerza. Solamente puede alcanzarse por medio del entendimiento." "El mundo no está amenazado por las malas personas, sino por aquellos que permiten la maldad". "Cualquier loco inteligente puede agrandar las cosas, hacerlas más grandes y complejas, y más violentas. Solamente se necesita un toque de genialidad - y mucho coraje- para moverse en la dirección opuesta." "Las ecuaciones son importantes para mí, porque la política es para el presente. Las ecuaciones son para la eternidad" "Aquél quien marcha al ritmo de la música se ha ganado mi contemplación. Le han dado un gran cerebro, por error, ya que para él la espina dorsal sería más que suficiente. Esta desgracia de la civilización debería ser exterminada de inmediato. El heroísmo por orden, cómo odio todo esto, cuán despreciable es la Guerra. Preferiría ser destruído a ser parte de una base de acción. Es mi convicción que matar bajo la máscara de la Guerra no es otra cosa que un acto de asesinato." "Dos cosas son infinitas: el universo y la estupidez humana; y no estoy muy seguro acerca del universo... " "No sé con qué armas se llevará a cabo la III Guerra Mundial. Pero sé que la IV será con piedras y palitos." "Muchos de nosotros miramos a los americanos como perseguidores de dólares. Ésta es una etiqueta cruel. Incluso si es reiterado inconscientemente por los mismos americanos". "Heroísmo por orden, violencia sin sentido, y todo el resto de cosas sin significado que llevan el nombre de patriotismo. Cuán apasionadamente los odio" "Sí tenemos que dividir nuestro tiempo así, entre nuestra política y nuestras ecuaciones. Pero, para mí, las ecuaciones son mucho más importantes que la política, porque la política es algo de preocupación actual solamente. Una ecuación matemática permanece eternamente." "La liberación del poder atómico ha cambiado todo excepto nuestra forma de pensar ... la solución a este problema yace en el corazón de la humanidad. Si hubiera sabido, me hubiese dedicado a ser fabricante de relojes." 3.4 Otros "La gravedad no es la causante de que las personas caigan enamoradas" "Nunca pienso en el futuro. Viene suficientemente temprano." "La ciencia es maravillosa si uno no tiene que ganarse la vida con ella." "No se preocupen por las dificultades en Matemáticas. Puedo asegurarles que las mías son mayores."boca cerrada." "Uno de los más fuertes motivos que llevan al hombre al arte y a las ciencias es escapar de la vida cotidiana con su crudeza y miedos, de los deseos propios de cada uno. Una naturaleza sabia que desea escapar de la vida personal al mundo del pensamiento y la percepción objetiva." "Ahora ha partido de este extraño mundo, más allá de mí. Esto no significa nada. Gente como nosotros, que creen la Física, sabe distinguir que el pasado, presente y el futuro es solamente una ilusión persistente" 4-EFECTO FOTOELÉCTRICO Se ha demostrado experimentalmente que cuando la luz incide sobre una superficie metálica, la superficie emite electrones, es decir, que si una onda de luz impacta un electrón en uno de los átomos del metal, puede transferirle suficiente energía como para sacarlo del átomo. 4.1 Antecedentes Heinrich Hertz, entre 1886 y 1887, realiza experimentos que confirman la existencia de las ondas electromagnéticas. En esos experimentos observa, además, que la descarga eléctrica entre dos electrodos se produce más fácilmente si sobre uno de ellos se hace incidir luz ultravioleta. Lenard, en 1900, demuestra que el fenómeno observado por Hertz es debido a que la radiación ultravioleta arranca electrones de la superficie metálica del cátodo. A esta emisión de electrones se le conoce como Efecto Fotoeléctrico, y a los electrones arrancados como Fotoelectrones. La novedad que introdujo Einstein en este campo, fue la aportación de un punto de vista diferente a sus antecesores. Históricamente, la luz ha sido a veces vista como partículas y no como ondas; Newton, por ejemplo, pensaba así de la luz. Sin embargo, esta concepción de la luz como partículas fue muy desacreditada con el experimento de doble hendidura de Young, que hizo ver las cosas como si la luz tuviera que ser una onda, lo que fundamentó la teoría clásica. Pero a comienzos del siglo XX, comenzaron a examinar la concepción de partículas de nuevo. Experimentos realizados por Lénard en 1902, demostraban que la velocidad de los electrones sólo dependía de la frecuencia de la luz incidente y además en forma lineal. Desde el punto de vista clásico, estos resultados no tenían explicación. Si se suponen que los electrones se desprenden por la aplicación de un campo electromagnético (ondas), al aumentar la intensidad de dicho campo, la velocidad de esos electrones tendría que ser mayor -justo lo contrario de cómo ocurre. En 1900, Max Planck estaba trabajando sobre el problema de cómo la radiación emitida por un objeto se relacionaba con su temperatura. Él concibió una fórmula que se adecuaba bastante a los datos experimentales, pero la fórmula sólo tenía sentido si se asumía que la energía de una molécula vibrante era quantizada (solamente podía tomar ciertos valores). La energía debería ser proporcional a la frecuencia de vibración y parecía llegar en pequeños "bloques" de la frecuencia, multiplicados por una cierta constante. Esta constante llegó a conocerse como la constante de Planck, o h. H=6.26*10-24 J.s Con esta idea, se sugería que la energía solamente podría venir en pequeñas parcelas, aunque estas fueran muy pequeñas. 4.2 Solución de Einstein En 1905, Einstein dio su explicación a este fenómeno basándose en la concepción de la luz como partículas, de forma que la luz que incide sobre el metal lo hace en forma de corpúsculos (fotones) de energía h·v. Cuando un fotón de energía h· v choca con un electrón del metal, es totalmente absorbido y así el electrón recibe una energía h.v. Al intentar abandonar el metal, el electrón debe realizar un trabajo igual o superior a la energía que le une al metal, de forma que el electrón emitido tendrá una energía cinética determinada por: K=h3v-w Por lo tanto, si se usa una alta frecuencia, se podrían desprender algunos electrones, aunque la intensidad fuera muy baja. En 1913, R.A. Millikan hizo una serie de experimentos con el efecto fotoeléctrico. Encontró que todos sus resultados coincidían perfectamente con las predicciones de Einstein sobre los fotones, no con la teoría de las ondas. ..."en el efecto fotoeléctrico una fracción definida de la energía de la radiación luminosa se transforma en energía de movimiento de los electrones. Si se ilumina la misma superficie metálica con luz de igual longitud de onda pero procedente de una fuente más intensa, entonces la energía de los electrones debe ser mayor, ya que la radiación es enérgicamente más rica. Debemos, por eso, esperar que la velocidad de los electrones aumente al aumentar la intensidad de la luz incidente. Pero la experiencia contradice nuestra predicción... Los electrones emitidos tienen todos la misma velocidad, la misma energía, que no cambia al aumentar la intensidad de la luz incidente." 4.3 Preguntas de comprensión: ¿Qué dos teorías se enfrentan en la explicación del Efecto Fotoeléctrico y en que se diferencian? ¿Cuál es la que utilizó Einstein? ¿Qué es lo que la teoría clásica no conseguía explicar?, ¿cómo lo resolvió Einstein? 5. TEORÍA RELATIVIDAD 5.1 Antecedentes Einstein introdujo numerosos avances en Física teoríca pero los más conocidos fueron su Teoría Especial de la Relatividad enunciada en 1905 y la Teoría General de la Relatividad en 1916, en la cual demuestra la relación que existe entre la masa la energía y la gravitación. Para estudiar un fenómeno físico debemos recurrir necesariamente a un sistema de referencia con respecto al cual hacer las mediciones. El principio de relatividad de Galileo postulaba que todo movimiento es relativo al sistema de referencia en el cual se observa las leyes de la Física, no cambian de un sistema a otro. Sin embargo, a mediados del siglo XIX surgieron las primeras objeciones a este principio. Maxwell demostró que la luz era una vibración electromagnética que se propaga como una onda. Pero las ondas lo hacen en medios materiales no en el vacío, por lo que en su momento, para explicar su propagación a través del Espacio, argumentaron que se desplazaba por un medio que llenaba el Universo entero llamado éter. Einstein postuló que las ecuaciones de Maxwell eran válidas en cualquier sistema de referencia, pero a condición de que el tiempo medido en un sistema no coincidiera con el medido en otro sistema. Es decir, en los sistemas inerciales (donde estamos en reposo o con un movimiento velocidad constante) sólo es posible medir velocidades relativas. Con ello, desmintió la existencia del éter. Einstein para probar la relatividad de la simultaneidad, propuso bien conocidos ejemplos de trenes, reglas que se deslizan, etc. Pero quizás él mas claro y sencillo es el de una habitación con forma de cubo regular en la que se enciende una luz en el centro. De modo que todas las paredes, junto con el techo y el suelo se iluminan al mismo tiempo, porque la distancia desde el foco es igual para todas. Un observador situado en dicho centro, lo verá así. Pero otro que está, separado del centro, por ejemplo apoyado en una pared, verá que ésta se ilumina antes que la opuesta, ya que el camino recorrido por la luz es, en este último caso, tres veces más largo. El hecho deja, por tanto, de ser simultáneo para el segundo observador. Si el cubo se desplaza, la iluminación de todas las caras seguirá siendo simultánea para el observador situado en el centro, suponiendo que éste viaja con el cubo. Pero, si no lo hace porque está situado en otro referencial, y ve como el cubo se aleja, desaparece la simultaneidad. Porque aunque realmente todas las caras se iluminan al mismo tiempo, como la distancia desde el observador a cada una de ellas es distinta, la información le llega con diferentes intervalos de tiempo. Sólo la velocidad de la luz es independiente del movimiento de la fuente que la produce y es porque es la velocidad máxima del universo, una barrera fundamental de la naturaleza que no puede ser superada. 5.2 La masa y la energía Uno de los postulados de la relatividad especial es que ningún objeto puede moverse con una velocidad mayor a la de la luz. Pero las Leyes de Newton entran en conflicto con este hecho. Einstein pensó que para que hubiera consistencia con la teoría, la masa debía aumentar con la velocidad. Einstein demostró que cuando hay un cambio de energía (de cualquier tipo) hay un cambio correspondiente en la masa. Así, se habla de que la materia puede transformarse en energía. De una silla se puede obtener energía. Se parte en pedazos y se mete en una estufa. Pero, ¿se convierte entonces efectivamente la materia en energía?. Lo único que ocurre es una reordenación de los componentes de la madera. Los núcleos de los átomos y los electrones que giran alrededor de ellos no son destruidos por el fuego, sino simplemente combinados entre sí y con el oxígeno del aire de una manera distinta, proceso en el que se desprende calor. Pero la materia no sólo puede ser transformada, sino que también es posible hacerla desaparecer por completo. La transformación de masa en energía se puede conseguir por dos vías: -Dividiendo en dos los núcleos de un átomo (fisión) -Fundiendo entre sí los núcleos de los átomos (fusión). Cada vez que hacemos esto, desaparece una pequeñísima porción de materia, mientras que simultáneamente se liberan gigantescas cantidades de energía. Así, un núcleo de helio pesa menos que sus componentes por separado: dos protones y dos neutrones. Al formarse un núcleo de helio, la diferencia de masa se libera en forma de energía (fusión nuclear). Esta comprobada disminución de la masa indica que la famosa fórmula de Einstein E=mc² es correcta y que resulta posible transformar masa directamente en energía. 5.3 El experimento imaginario Einstein, en uno de sus experimentos imaginarios ideó un recipiente cualquiera lleno de energía electromagnética en forma de luz. Ignorando simplemente las paredes del contenedor, y por tanto su energía en forma de masa, pudo determinar la energía total del contenido. Luego obligó a un observador ficticio a realizar la misma medición moviéndose a una velocidad moderada, para lo que utilizó las ecuaciones de su Teoría Especial de la Relatividad y las fórmulas electromagnéticas de James Maxwell. Sorprendido, comprobó que el observador en movimiento encontraba más energía que el observador en reposo. Para estar seguro de sus cuentas, repitió todas las operaciones para distintos observadores que se movieran junto al recipiente imaginario a velocidades cada vez mayores. Y siempre hallaba el mismo resultado: cuanto más rápido se mueva el observador tanta más energía registrarán sus instrumentos. Pero, ¿cuánta más?. Llegado este punto, Einstein experimentó el quizá mayor chispazo de genialidad de su vida. En sus cavilaciones halló que el incremento de energía observado equivalía a la energía cinética (impulso) que tendría un cuerpo si su masa fuera tan grande como ese incremento de energía, dividido por la velocidad de la luz al cuadrado. O, expresado con una fórmula matemática, m = E/c², donde m es la masa, E, la energía, y c, la velocidad de la luz. o bien, E=mc². 5.4 El tiempo y el espacio Una prueba de que la dilatación del tiempo es algo real nos la proporciona la propia naturaleza, al hacer que las partículas de la radiación cósmica choquen contra los átomos de la estratosfera terrestre. En estos choques surgen nuevas partículas, los muones, de vida extremadamente corta: tardan 1.5 microsegundos (millonésimas de segundo) en volver a desaparecer. Aún cuando viajan casi a la velocidad de la luz, en ese tiempo sólo llegarían a recorrer (si no existiera la relatividad), 450 metros, y dado que estas partículas se producen en la estratosfera, no podrían llegar jamás a la superficie terrestre. En cambio, en un mundo con dilatación del tiempo, la corta vida de los muones resulta suficiente para llegar hasta la superficie de la Tierra, cosa que realmente sucede. En el caso de la velocidad típica de los muones, el denominado factor gamma vale veinte, lo que significa que para ellos el tiempo transcurre veinte veces más lento que lo normal. Los 1.5 microsegundos se convierten, por lo tanto, en treinta microsegundos, vida relativista del muón que ahora sí alcanza para realizar un viaje de 9.000 metros. Pero, ¿qué es lo que experimentaría una persona que bajara desde el cielo hasta la Tierra a una velocidad cercana a la de la luz, como un muón?. Para ella, el recorrido que va desde los nueve kilómetros de altura hasta la superficie de la Tierra no tendría de ningún modo 9.000 metros, sino sólo una vigésima parte de dicha cifra, o sea 450 metros. ¿Por qué? Según la teoría de Einstein también existe una contracción del espacio es, en cierto modo, la otra cara de la dilatación del tiempo. Así, lo que para uno (el observador situado en la Tierra) es la dilatación del tiempo, para otro (el observador viajando a alta velocidad hacia la Tierra) es la contracción del espacio. Y todavía algo más: el efecto se manifiesta únicamente en la dirección del movimiento. Por lo tanto, sólo aparecen acortados o distorsionados los objetos hacia los que uno mismo se dirige a alta velocidad o los que se aproximan hacia el observador. El análisis de las colisiones de partículas en los aceleradores, como los del CERN en Ginebra, revelan que cuanto más rápidamente circulan las partículas en el anillo de aceleración, tanto más varía su forma y tanto más se transforma su configuración, desde la bola original hasta llegar a ser un disco plano. La meta de los investigadores consiste en acelerar más y más las partículas para que choquen entre sí con una fuerza creciente. Cuanto mayor sea su impulso, tanto mayor será también la energía liberada en las colisiones, lo que permitirá que de la nada, surjan subpartículas desconocidas hasta ahora. 4.5 La paradoja del abuelo Einstein postuló que si la velocidad de una hipotética nave espacial fuera superior a la de la luz, el reloj de a bordo correría tan lentamente que retrocedería respecto a un reloj de la Tierra. Así, después de un velocísimo periplo espacial, el astronauta podría volver a la Tierra años antes del nacimiento de sus padres. Claro que, siendo así las cosas, ¿podría el astronauta cambiar la historia o alterar el pasado de su familia? Imaginemos que el astronauta mata a su abuelo materno. Su madre nunca podría nacer y la existencia del astronauta homicida sería algo imposible. Y si el astronauta nunca pudo existir, ¿cómo pudo viajar al pasado y matar a su ascendente? En este galimatías, conocido como la paradoja del abuelo, se basó Einstein para postular que nada puede moverse más rápido que la luz, nada puede viajar al pasado, y que su velocidad (a la que denominó c), es constante, nunca cambia. Sin embargo, esta teoría no desmiente que se pueda viajar al futuro. Un equipo de físicos de Estados Unidos ha conseguido que un rayo de luz atraviese una cámara de gas a una velocidad varios centenares de veces superior a la de la luz. Se mueve tan deprisa que sale de la cámara antes de entrar. 5.6-Preguntas de comprensión ¿Por qué medio se propagan las ondas luminosas?, ¿qué desmintió la teoría de Einstein? Explica en qué consiste el experimento que expuso Einstein para explicar la relatividad de la simultaneidad. ¿De qué dos maneras se puede transformar la masa en energía? ¿Qué es lo que experimentaría una persona que bajara desde el cielo hasta la Tierra a una velocidad cercana a la de la luz, como un muón? ¿Qué pasaría si una nave viaja más rápido que la velocidad de la luz? 6-Y MÁS 6.1 Otras leyes Einstein es conocido fundamentalmente por su Teoría de la Relatividad, pero a lo largo de su vida fueron más las aportaciones que este científico realizó a distintos campos de la Física. El trabajo de Einstein de 1907 sobre los calores específicos a bajas temperaturas tuvo muchas consecuencias importantes para el desarrollo posterior de la Física. Este trabajo tuvo como consecuencia un impulso importante en el estudio de la física del estado sólido, pues a bajas temperaturas, casi todas las sustancias están en dicho estado termodinámico. Además, este trabajo fue el que abrió una nueva rama de la física, que después recibiría el nombre de mecánica estadística cuántica. Este campo estudia, a partir de una base microscópica, las propiedades termodinámicas de las sustancias a bajas temperaturas. Teoría Condensación de Bose-Einstein Esta es otra de las teorías más conocidas de este científico alemán. Un átomo en cualquier clase de contenedor solamente puede tener ciertas energías particulares. No puede moverse por ahí a cualquier velocidad que desee. Tiene que escoger entre un conjunto particular de energías permitidas. Los niveles de energía están tan próximos unos de otros que apenas se nota pues se trata de pequeños escalones de energía. Lo que las ecuaciones de Einsteins predijeron fué que a temperaturas normales los átomos estarían en muchos niveles diferentes. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, una gran proporción de los átomos repentinamente se lanzarían hacia el nivel más bajo de energía. 6.2 Obras escritas por Einstein "La Relatividad: La Teoría Especial Y Restringida" (1916) "Sobre El Sionismo" (1931) "Los Constructores del Universo" (1932) "Por qué la Guerra?" (1933). Con el famoso psicoanalista Sigmund Freud "El Mundo como Yo lo Veo" (1934) "En mis últimos años" (1950) 6.3 Premios y galardones Premio Nóbel 1921 Royal Society Elected 1921 Royal Society Copley Medal 1925 AMS Gibbs Lecturer 1934 Honoris Causa en distintas universidades europeas Nombre de un cráter lunar: Cráter Einstein 7 ENERGÍA NUCLEAR 7.1 La energía nuclear Albert Einstein planteó que las partículas tenían energía independientemente de la velocidad que llevasen. Esta observación fue el origen de la era nuclear. Existen dos formas de generar energía nuclear: por fisión y por fusión. Cuando las partículas que forman el núcleo del átomo son separadas por una fuerza externa, se libera gran cantidad de energía, en forma de luz y de calor. Esto se denomina fisión nuclear (fisión viene de fisus: separar, romper). Cuando la liberación de la energía se produce de una sola vez, genera una enorme explosión. Esto es lo que sucede con las bombas atómicas. Pero en una planta de fisión nuclear, los núcleos de los átomos de uranio se separan mediante una reacción en cadena controlada. Ello permite que la liberación de energía se realice lentamente. El principal problema con la fisión nuclear es que libera gran cantidad de radiación, peligrosa para el ser humano. Por ello, los reactores de las plantas nucleares están cubiertos y cubiertos.. La fusión nuclear consiste en unir núcleos pequeños para "construir" un núcleo más grande. El Sol utiliza la fusión nuclear de átomos de hidrógeno para formar átomos de helio, lo cual produce calor, luz y otras radiaciones. Los científicos han realizado diversos experimentos para intentar controlar la fusión nuclear, de modo que la energía liberada pueda aprovecharse. El interés se debe principalmente a que el proceso emite mucha menos radiación dañina para el ser humano. Sin embargo, hasta ahora no se ha logrado producir una fusión controlada, que permita aprovechar la energía. El material más utilizado para generar energía nuclear es el uranio 235. La energía nuclear tiene diversos usos. Se usa en aplicaciones tales como medicina y agricultura. La energía liberada calienta el agua y la transforma en vapor que mueve turbinas y genera electricidad. 7.2 Eintein y la bomba atómica A finales de 1930 los rápidos avances en física permitieron descubrir el proceso de fisión haciendo posible una reacción en cadena controlada. Esto significó que la liberación del poder atómico podría ser controlada. La mayoría de los físicos creían que esta energía podría ser utilizada para fabricar un arma nuclear poderosísima. Las condiciones políticas en Europa continuaban deteriorándose, y muchos científicos creyeron que el gobierno alemán podría tener acceso al conocimiento y materiales necesarios para construir ese arma. Bajo el liderazgo del físico húngaro Leo Szilard, científicos, incluido Einstein, intentaron advertir al gobierno de los Estados Unidos de la necesidad de vigilancia y, si era necesario, rápida acción por parte de la Administración. Einstein colaboró con estos físicos en la redacción de una carta en Agosto de 1939 informando al presidente Roosevelt de los recientes descubrimientos que indicaban que podría ser posible la construcción de "un nuevo tipo de bombas extremadamente poderosas". En la carta, le comunicaban al presidente norteamericano los adelantos de Joliot en Francia y de Fermi y Szilard en América, sobre reacciones nucleares. La respuesta de Roosevelt está fechada a mediados de octubre, dos meses y medio más tarde, cuando ya Hitler había invadido Polonia hacía un mes y medio, hecho que constituyó el comienzo de le Segunda Guerra Mundial: le agradecía tibiamente "su alegato" y le anunciaba que "había reunido una junta" para tratar el tema. Roosevelt inició programas que llevaron al Proyecto Manhattan y al desarrollo de la bomba atómica.. Tal y como afirmó Einstein en la Segunda Guerra Mundial, "...mi participación en la producción de la bomba atómica consistió en un solo acto: Yo firmé una carta para el presidente Roosevelt ... en la cual enfatizaba la necesidad de conducir experimentos a gran escala con relación a la posibilidad de construir una bomba atómica ... Yo no vi alternativa a lo que hice, aunque siempre he sido un pacifista convencido." Einstein se opuso a la utilización de la bomba atómica. Pidió a los Estados Unidos que mostrasen el arma a gobiernos extranjeros más que utilizarla en un objetivo real. Estaba al frente de una campaña encabezada por científicos atómicos que en la mitad de los 40 trataban de educar al mundo entero sobre las implicaciones de la energía nuclear y de la absoluta necesidad de no desarrollar armas nucleares. A finales de la primavera de 1945, Einstein trabajó con Bertrand Russell para lanzar un proyecto para comenzar un movimiento que diera la vuelta a la Guerra Fría, que tendía hacia una Guerra Nuclear. En 1945, cuando ya se sabía de la existencia de la bomba, Einstein volvió a escribir al presidente para convencerle de que no utilizase el arma nuclear: "¿Por qué esta magnifica tecnología científica, que ahorra trabajo y nos hace la vida más fácil nos aporta tan poca felicidad? La respuesta es esta, simplemente: porque aún no hemos aprendido a usarla con tino". "Cuando me preguntaron sobre algún arma capaz de contrarrestar el poder de la bomba atómica yo sugerí la mejor de todas: LA PAZ."