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ENTENDER EL MUNDO/BIOGRAFÍAS
Einstein, el genio que revolucionó la ciencia
 
 
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 EL PADRE DE LA FÍSICA MODERNA
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Albert Einstein en una foto tomada en 1945, cuando era profesor de la Universidad de Princeton.
Jamás en la historia de la humanidad los avances científicos y tecnológicos dieron un salto cualitativo tan grande y se sucedieron de forma tan acelerada como en el siglo XX. Y si esto fue posible, se lo debemos en gran medida a Einstein. Él y su teoría de la relatividad han pasado a la historia como símbolos definitorios del siglo recientemente pasado.

TRABAJOS PUBLICADOS EN 1905
En 1900, en la redacción de la revista más prestigiosa sobre ciencia de Alemania, la Annalen der Physik (Anales de física), se recibió un artículo en el que un joven físico, de quien nadie había oído hablar, planteaba algunas teorías interesantes sobre la naturaleza y el tamaño de los átomos. El artículo, como es fácil imaginar, llevaba la firma del científico más grande que la humanidad iba a conocer: la de Albert Einstein. Este primer trabajo de Einstein, al igual que los tres que publicó a continuación, tuvieron escasa repercusión entre la comunidad científica –si bien trataban temas interesantes, ofrecían pocas novedades respecto a lo que ya se sabía–. La verdadera revolución no llegaría hasta 1905, cuando escribió cuatro textos magistrales, entre ellos, el que formulaba la teoría especial de la relatividad. Este año pasó a los anales de la historia como el annus mirabilis (el año prodigioso).

GALILEO, PRIMERO EN PLANTEAR LA RELATIVIDAD
Aunque todos los artículos publicados por Einstein en 1905 fueron fundamentales para el desarrollo de la ciencia moderna, el más importante y trascendente de ellos, "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento", es el que incluye la archifamosa teoría especial de la relatividad. Con esta brillante teoría –que planteaba la necesidad de invertir el punto de vista desde el que se observaban e investigaban los fenómenos– Einstein revolucionó el pensamiento científico y cambió la concepción que se tenía del universo. Pero ¿cómo se veía el mundo antes de que Einstein publicara sus ideas? A principios del siglo XVII, el científico y filósofo Galileo, en su afán por demostrar que la Tierra no era un cuerpo estático, había sido el primero en plantear que la percepción del movimiento dependía del marco de referencia tomado para realizar la observación. Esta idea se explica más claramente con un ejemplo: si cerramos los ojos en un viaje en avión y no hay ninguna turbulencia que afecte el vuelo, tendremos la sensación, cuando el aparato vaya a una velocidad constante, de que no se mueve. Pero si alguien observa el avión desde tierra con unos prismáticos, verá, obviamente, que el aparato se desplaza por el cielo. En cada caso, se habrá utilizado un marco de referencia diferente y el movimiento, en consecuencia, se percibirá distinto. Esto es lo que se conoce como principio de relatividad: todo movimiento es relativo al marco de referencia en el que se observa, y las leyes de la física no varían de un marco a otro, siempre que no se produzcan aceleraciones, según estableció Galileo.

CON LA AYUDA DE NEWTON
Pero el padre de la física clásica no fue Galileo, sino Isaac Newton. Este científico, a finales del siglo XVII, describió el universo como una máquina cuyo funcionamiento podía determinarse con unas leyes universales del movimiento y la gravitación. Y él mismo las estableció. Como a Newton no le gustaba el hecho de que no existiera un marco de referencia absoluto para definir todos los movimientos del universo –puesto que, desde los planetas a las galaxias, todo está en movimiento–, inventó un concepto abstracto llamado "espacio absoluto". Así, por ejemplo, decía que un objeto estaba en reposo en relación con el "espacio absoluto". El principio de relatividad no excluye la existencia de un marco de referencia absoluto: sólo postula que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia. Esto permitió la coexistencia de ambos conceptos.

MAXWELL Y LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ
Como las leyes clásicas del movimiento ofrecían una descripción satisfactoria de todos los fenómenos que el hombre podía observar, nadie las puso en duda durante décadas. Sin embargo, a mediados del siglo XIX, cuando se plantearon las primeras teorías sobre la naturaleza de los fenómenos electromagnéticos, aparecieron los problemas. James C. Maxwell, un físico escocés, consiguió desarrollar una teoría matemática que planteaba la propagación de la luz en forma de ondas electromagnéticas. Para que las ondas de luz pudieran desplazarse por el espacio, los científicos de la época pensaron que éste debía contener alguna especie de éter (fluido invisible) que permitiera su movimiento. Y este éter, de existir, sería el marco de referencia absoluto que permitiría medir el movimiento de todos los cuerpos del universo.

EL EXPERIMENTO DE MICHELSON Y MORLEY
Según Maxwell había comprobado, el principio de relatividad no podía aplicarse a su teoría: sus leyes sobre electromagnetismo cambiaban dependiendo de las referencias. Por este motivo, se pensó que dichas leyes sólo serían válidas en el marco de referencia del éter en reposo. Si el postulado era correcto, al medir la luz en un marco de referencia en movimiento respecto al éter, la velocidad variaría. Y esto es lo que intentaron demostrar empíricamente los científicos Michelson y Morley. Si la Tierra se mueve a través del éter, pensaron, un rayo de luz apuntado en la dirección del movimiento de la Tierra debería viajar un poco más rápido que un rayo que se lanzara perpendicularmente a ese movimiento (los movimientos de la Tierra y de la luz que apunta hacia delante, obviamente, deberían sumarse). Pero nada de esto ocurrió. Los científicos descubrieron que la velocidad de la luz, al contrario de lo que se esperaba, nunca variaba.

LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD
La ciencia había entrado en un callejón sin salida. Nadie se explicaba el fallido experimento de Michelson y Morley y aún quedaba por resolver la incompatibilidad de los postulados de la física clásica con respecto a las leyes de Maxwell. ¿Cuál de las dos teorías estaba equivocada? Y en esta situación, Einstein pidió la palabra para resolver el misterio. La solución propuesta en 1905 fue tan genial como simple: olvidarse del éter y de los marcos de referencia absolutos, que resultaban inútiles, y ampliar el principio de relatividad de Galileo a todos los fenómenos de la naturaleza. Así, el primer postulado de la teoría especial de la relatividad afirma que todas las leyes de la física –y con esto se incluye las del electromagnetismo de Maxwell– son las mismas en todos los marcos de referencia de movimiento uniforme. Pero una vez eliminada la existencia del éter, ¿en relación con qué debía medirse la velocidad de la luz? La respuesta a esta pregunta es el segundo postulado: la velocidad de la luz, cuando se propaga en el vacío, es constante e independiente del estado de movimiento del cuerpo que la emite o que la observa. Así, la luz tiene siempre la misma velocidad en cualquier marco de referencia y no es necesario medirla. Sólo quedaba por resolver por qué las leyes de Maxwell cambiaban al pasar de un marco de referencia a otro, lo que es incompatible con la relatividad. ¿Se había equivocado el físico británico a la hora de realizar sus ecuaciones?

TIEMPO Y ESPACIO, RELATIVOS
Einstein postuló que las leyes de Maxwell sobre electromagnetismo eran válidas en cualquier marco de referencia. El problema radicaba en que, con sistemas como la luz, para cambiar de un marco de referencia a otro no podían utilizarse las mismas ecuaciones que se usan para los sistemas mecánicos. Estas ecuaciones –llamadas transformaciones– las había establecido Galileo y se basaban en sumas y restas. Imaginemos que vamos en la parte trasera de un auto a una velocidad constante de 50 km/h y que lanzamos una pelota de papel al conductor a una velocidad de 20 km/h. ¿A qué velocidad se moverá la pelota de papel respecto a alguien que ve la escena desde la calle? Muy fácil: 50 km/h (del auto) más 20 km/h (de la pelota), igual a 70 km/h. Pero ¿qué sucede en el caso de la luz? Imaginemos la misma situación pero, en este caso, en lugar de lanzar una pelota, encendemos una linterna. ¿A qué velocidad se moverá la luz de la linterna respecto al peatón? Según las transformaciones de Galileo, el resultado debería ser 50 km/h (del auto) más 300.000 km/s (de la luz). Pero Einstein afirmaba que la luz se propaga de forma constante, por lo que el resultado sería forzosamente de 300.000 km/s. ¿Qué hacer? Aquí, explicó Einstein, ya no se puede sumar y restar como en la mecánica clásica. Apoyándose en los trabajos del físico Hendrik Lorentz, decidió que sólo había una solución para que el resultado de la ecuación fuese lógico: considerar como relativas las variables que intervienen en el concepto de velocidad –es decir, el espacio y el tiempo–. Todo un bombazo.

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