11

Einstein 1905: creatividad Einstein 1905: creatividad en acciónen acción

Facultat de Física, UBFacultat de Física, UB29 setiembre, 200529 setiembre, 2005( luis.navarro@ub.edu )( luis.navarro@ub.edu )

22

Albert Einstein: Albert Einstein: personaje del siglo XXpersonaje del siglo XX

Time Magazine (31 diciembre, 1999)

El personaje que más contribuyó a “los grandes y profundos cambios ocurridos en el mundo durante este siglo”.

33

Einstein, mito universal.Einstein, mito universal.

44

2005: Año Mundial de la Física2005: Año Mundial de la Física

Adoptado por la UNESCOAdoptado por la UNESCO(noviembre, 2003), a (noviembre, 2003), a propupropu--esta de distintas sociedades esta de distintas sociedades científicas internacionales.científicas internacionales.

Objetivo:Objetivo: la promoción del la promoción del conocimiento de la física, de conocimiento de la física, de su enseñanza y del papel de su enseñanza y del papel de la física en la cultura.la física en la cultura.

En conmemoraciónEn conmemoración del del centenario del centenario del Annus Annus MirabilisMirabilis de Einstein (1905).de Einstein (1905).

55

Aquí nos ocuparemos de:Aquí nos ocuparemos de:

•• IntroducciIntroduccióón historiogrn historiográáfica imprescindible.fica imprescindible.

•• Albert Einstein a los veintisAlbert Einstein a los veintisééis ais añños.os.

•• QuantaQuanta de energde energíía (que no de radiacia (que no de radiacióón): autn): autééntico ntico significado y primeras aplicaciones.significado y primeras aplicaciones.

•• Realidad de la constitución molecular universal: Realidad de la constitución molecular universal: explicación teórica del movimiento browniano.explicación teórica del movimiento browniano.

•• ElectrodinElectrodináámica de los cuerpos en movimiento: mica de los cuerpos en movimiento: nueva concepcinueva concepcióón de la estructura espacion de la estructura espacio--tiempo.tiempo.

66

Cuatro nociones elementales sobre Cuatro nociones elementales sobre historiografía de la cienciahistoriografía de la ciencia

Hasta el siglo pasado la historia de la ciencia iba ligada al desarrollo de la propia ciencia.

Algunas implicaciones (detectables aún hoy en las “introducciones históricas” de los textos científicos): selecciones sin criterio, progreso lineal hacia la verdad vigente, científicos heroicos e incontaminados, nula influencia de condiciones externas a la ciencia, etc.).

Institucionalización tras la Segunda Guerra Mundial: en EE UU se pretendió educar científicamente al ciuda-danomoderno a través de la historia de la ciencia.

Para reconstruir el pasado la historiografía emplea métodos propios, basados en la necesidad de proporcionar máxima evidencia. De ello, la necesidad de acudir a múltiples fuentes y de contrastarlas.

77

Dos consejos elementales para navegantes Dos consejos elementales para navegantes que se acercan a la historiografía de la ciencia que se acercan a la historiografía de la ciencia desde la práctica de la propia ciencia:desde la práctica de la propia ciencia:-- Tratar de evitar, a toda costa, el llamado whigismo: “reconstrucción del pasado con los ojos puestos en el presente”. (H. Butterfield, The whig interpretation of history, 1931).- El puro internalismo (la mera consulta de los trabajos originales) no es suficiente para una adecuada reconstrucción del pasado: hay que tener en cuenta los condicionantes externos (sociales, económicos, etc.) a la propia ciencia.

Un ejemplo de reconstrucciones historiográficas adecuadas: el ofrecido por T. S. Kuhn en Estructura de las revoluciones científicas (1962).

88

Einstein, a Einstein, a loslostrestres añosaños(1882)(1882)

Es Es susu fotografíafotografíamásmás antiguaantigua queque se se

conservaconserva..

99

Albert EinsteinAlbert Einsteina los catorce años,a los catorce años,

con su hermana Maja.con su hermana Maja.

Dos años más joven que él, Dos años más joven que él, fue su gran confidente a lo fue su gran confidente a lo

largo de toda su vida. largo de toda su vida.

1010

Estudiante en la escuela cantonal de Estudiante en la escuela cantonal de Aarau, Suiza, curso 1895Aarau, Suiza, curso 1895--18961896

1111

Calificaciones de Calificaciones de Einstein al acabar Einstein al acabar

la enseñanza la enseñanza secundaria secundaria

(sobre 6 puntos)(sobre 6 puntos)

[En Aarau, [En Aarau, CantonCanton de Aargau, de Aargau,

Suiza, octubre, 1896]Suiza, octubre, 1896]

1212

Cuatro años decisivos en el ETHCuatro años decisivos en el ETHZurich (1896Zurich (1896--1900) 1900)

1313

Einstein a Einstein a susu novianovia Mileva Maric Mileva Maric trastras el el nacimientonacimiento de de susu hijahija comúncomún Lieserl Lieserl

[4 de [4 de febrerofebrero, 1902], 1902]

“Mi queridísima amada: “Mi queridísima amada: … … ahoraahora verásverás queque tienestienesexactamenteexactamente la Lieserl la Lieserl quequedeseabasdeseabas. ¿Se . ¿Se encuentraencuentrabienbien y y llorallora comocomo esesdebidodebido? ¿Como ? ¿Como quiénquiéntienetiene loslos ojosojos? ¿A ? ¿A quiénquiénse se pareceparece másmás? ¿? ¿QuiénQuién la la dada la la lecheleche? ¿? ¿TieneTiene ganasganasde comer? de comer? DebeDebe ser ser completamentecompletamente calvacalva y la y la quieroquiero tantotanto aúnaún sin sin conocerlaconocerla todavíatodavía…”…”

1414

La “La “Academia OlympiaAcademia Olympia”, 1903”, 1903((JuntoJunto a Konrad Habicht and Maurice Solovine)a Konrad Habicht and Maurice Solovine)

EINSTEIN:EINSTEIN:“Pasamos una “Pasamos una épocaépoca maravillosamaravillosaporpor aquellosaquellos díasdías de de BernaBerna en en nuestranuestraalegrealegre 'Academia’, 'Academia’, queque era era menosmenosinfantilinfantil queque aquellasaquellastan tan respetablesrespetables quequemásmás tardetarde lleguéllegué a a conocerconocer bienbien.”.”

1515

Einstein en la Einstein en la OficinaOficina de de PatentesPatentes, , BernaBerna, 1905, 1905

“Una profesión práctica “Una profesión práctica es una salvación para es una salvación para un hombre como yo;un hombre como yo;una carrera académica una carrera académica obliga a un joven a ser obliga a un joven a ser productivo científicaproductivo científica--mente, y sólo grandes mente, y sólo grandes temperamentos pueden temperamentos pueden resistir la tentación de resistir la tentación de caer en el análisis caer en el análisis superficial.”superficial.”

1616

“Annus mirabilis”“Annus mirabilis”(1905)(1905)

Cuatro artículos en Cuatro artículos en Annalen der PhysikAnnalen der Physik, ,

sobre tres temas sobre tres temas distintos. Modificaron distintos. Modificaron

radicalmente la imagen radicalmente la imagen del mundo físico hasta del mundo físico hasta

entonces vigente:entonces vigente:

1717

Física cuánticaFísica cuántica: : la energía entre la luz (radiación) y la la energía entre la luz (radiación) y la materia materia sólosólo se puede intercambiar en múltiplos de una se puede intercambiar en múltiplos de una unidad elemental (el cuanto de radiación unidad elemental (el cuanto de radiación hhνν).).-- Aplicación: Aplicación: efecto fotoeléctrico, entre otras. efecto fotoeléctrico, entre otras.

Física estadísticaFísica estadística: : suponiendo que existen las suponiendo que existen las moléculas, se debe detectar un movimiento en moléculas, se debe detectar un movimiento en zigzig--zagzag de de partículas suspendidas en líquidos.partículas suspendidas en líquidos.-- Aplicación: Aplicación: explicación del movimiento browniano.explicación del movimiento browniano.

Teoría de la relatividad (especial)Teoría de la relatividad (especial)::una nueva una nueva concepción de la relación espacioconcepción de la relación espacio--tiempo según la cual tiempo según la cual ambos están indisolublemente relacionados.ambos están indisolublemente relacionados.-- Aplicación: Aplicación: inicialmente pocas y de escasa entidad.inicialmente pocas y de escasa entidad.

1818

Einstein 1905: ¿Por qué dirigió su Einstein 1905: ¿Por qué dirigió su atención hacia el cuerpo negro?atención hacia el cuerpo negro?

En 1902, 1903 y 1904: tres artículos en En 1902, 1903 y 1904: tres artículos en AnnalenAnnalen, sobre la , sobre la fundamentación de la mecánica estadística.fundamentación de la mecánica estadística.En la línea de Boltzmann. No conocía Gibbs (1902). En la línea de Boltzmann. No conocía Gibbs (1902). Un tema favorito ya: las fluctuaciones estadísticas.Un tema favorito ya: las fluctuaciones estadísticas.

Último apartado del de 1904:Último apartado del de 1904:

¿Dónde someter a prueba esa fórmula?¿Dónde someter a prueba esa fórmula?Tras un razonamiento no del todo claro, que pasa por la ley Tras un razonamiento no del todo claro, que pasa por la ley del desplazamiento, llega a una conclusión sorprendente:del desplazamiento, llega a una conclusión sorprendente:

dTEdT22 2κε =..

¡¡En la termodinEn la termodináámica de la radiacimica de la radiacióón!n!

1919

Einstein, 1Einstein, 1905. Una fructífera analogía:905. Una fructífera analogía:gas ideal de moléculas gas ideal de moléculas -- radiación térmicaradiación térmica

•• Comparando entropComparando entropíías as ––la de la radiacila de la radiacióón en base a n en base a la ley de Wien, la ley de Wien, ¡¡no Planck! no Planck! –– y con el principio de y con el principio de Boltzmann, deduce probabilidades: Boltzmann, deduce probabilidades:

De que la radiación de De que la radiación de frecuencia frecuencia νν y energía y energía EE

esté contenida en un esté contenida en un volumen volumen VV del total del total VV00

De que De que nn moléculas moléculas del gas estén del gas estén

contenidas en un contenidas en un volumen volumen VV del total del total VV00

n

VVW ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0

νhE

VVW ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

0

2020

De ambas expresiones obtiene:De ambas expresiones obtiene: νhnE =

Einstein, 1905Einstein, 1905: : ““La radiaciLa radiacióón monocromn monocromáática de baja tica de baja densidad (dentro del rango de validez de la fdensidad (dentro del rango de validez de la fóórmula de rmula de Wien para la radiaciWien para la radiacióón) se comporta termodinn) se comporta termodináámicamica--mente como si estuviera constituida por quanta de mente como si estuviera constituida por quanta de energenergíía, mutuamente independientes, de valor hv.a, mutuamente independientes, de valor hv.””

A destacar:- Se trata de un resultado aproximado (ley de Wien), obtenido en virtud de una analogía (gas, radiación).- La explicación del efecto fotoeléctrico no es la motivación del artículo, sino tan sólo una entre tres aplicaciones sugeridas (además: la regla de Stokes y la ionización de gases por luz ultravioleta) .

2121

Sobre el cuanto de 1905Sobre el cuanto de 1905

PLANCK, 1913PLANCK, 1913:: En suma, puede afirmarse En suma, puede afirmarse que entre los problemas importantes, tan que entre los problemas importantes, tan abundantes en la física moderna, difícilmente abundantes en la física moderna, difícilmente exista uno ante el que Einstein no adoptara una exista uno ante el que Einstein no adoptara una posición de forma notable. Que, a veces, errara posición de forma notable. Que, a veces, errara en sus especulaciones, como por ejemplo en su en sus especulaciones, como por ejemplo en su hipótesis acerca del quantum de luz, no puede hipótesis acerca del quantum de luz, no puede esgrimirse realmente demasiado en su contra. esgrimirse realmente demasiado en su contra. Porque sin correr un riesgo de vez en cuando Porque sin correr un riesgo de vez en cuando es imposible, incluso en la ciencia natural de es imposible, incluso en la ciencia natural de mayor exactitud, introducir verdaderas mayor exactitud, introducir verdaderas innovaciones.innovaciones.

2222

Millikan (1916): una lección de historia Millikan (1916): una lección de historia

(a propósito del (a propósito del método científicométodo científico))

•• La ecuación fotoeléctrica de Einstein parece predecir exactamente en todos los casos los resultados observados. Pero la teoría semicorpuscular mediante la cual Einstein llegó a su ecuación parece hoy completamente insostenible.

• A pesar del éxito aparentemente completo de la ecuación de Einstein [para el efecto fotoeléctrico], la teoría física, de la que estaba destinada a ser expresión simbólica, se halló tan insostenible que el mismo Einstein, según creo, ya no la mantiene.

2323

Premio Nobel de Física, de 1921

“por sus servicios a la física teórica y

especialmente por su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico”.

2424

Raíces de la oposición general al Raíces de la oposición general al quantum quantum electromagnéticoelectromagnético

Einstein (un desconocido Einstein (un desconocido outsideroutsider en 1905) introducía en 1905) introducía una oscura noción que parecía sugerir una una oscura noción que parecía sugerir una reconsidereconside--ración, cuando menos, de las ecuaciones de Maxwell. ración, cuando menos, de las ecuaciones de Maxwell. Además, como Poincaré puso de manifiesto en el Primer Además, como Poincaré puso de manifiesto en el Primer Congreso Solvay (1911), la implantación del cuanto Congreso Solvay (1911), la implantación del cuanto podría significar el fin de las ecuaciones diferenciales podría significar el fin de las ecuaciones diferenciales como herramienta matemática para expresar las leyes como herramienta matemática para expresar las leyes de la física. El cálculo con diferencias finitas ocuparía, de la física. El cálculo con diferencias finitas ocuparía, tal vez, su lugar.tal vez, su lugar.Ni siquiera los resultados experimentales disponibles Ni siquiera los resultados experimentales disponibles antes de 1923 (efecto Compton) no parecían suficiente antes de 1923 (efecto Compton) no parecían suficiente justificación para introducir tan “peligrosa” hipótesis. justificación para introducir tan “peligrosa” hipótesis.

2525

Einstein en 1909 (textual):Einstein en 1909 (textual):Todo lo que yo quería era señalar … que las dos propiedades Todo lo que yo quería era señalar … que las dos propiedades estructurales (la ondulatoria y la corpuscular) desplegadas estructurales (la ondulatoria y la corpuscular) desplegadas simultáneamente por la radiación de acuerdo a la fórmula de simultáneamente por la radiación de acuerdo a la fórmula de Planck no deberían ser consideradas como mutuamente Planck no deberían ser consideradas como mutuamente incompatibles.incompatibles.Resulta innegable que existe un amplio conjunto de hechos Resulta innegable que existe un amplio conjunto de hechos ... que muestran que la luz tiene ciertas propiedades ... que muestran que la luz tiene ciertas propiedades fundamentales que pueden ser entendidas mucho más fundamentales que pueden ser entendidas mucho más apropiadamente a partir del punto de vista newtoniano de la apropiadamente a partir del punto de vista newtoniano de la teoría de la emisión, que desde el punto de vista de la teoría teoría de la emisión, que desde el punto de vista de la teoría ondulatoria. ondulatoria. Es mi opinión, por ello, que la próxima fase del Es mi opinión, por ello, que la próxima fase del desarrollo de la física teórica nos aportará una teoría de la desarrollo de la física teórica nos aportará una teoría de la luz que pueda ser interpretada como una especie de fusión luz que pueda ser interpretada como una especie de fusión de las teorías ondulatoria y de emisión.de las teorías ondulatoria y de emisión.

ComentarioComentario: : SSegegúúnn lolo anterioranterior, si Einstein nunca acept, si Einstein nunca aceptóó lalainterpretaciinterpretacióón usual de la mecn usual de la mecáánica cunica cuáántica, no parece quentica, no parece queEllo pudiera deberse a la famosa Ello pudiera deberse a la famosa ““dualidad ondadualidad onda--corpcorpúúsculosculo””... ...

2626

El auténtico nacimiento del fotón, El auténtico nacimiento del fotón, en 1916en 1916

Einstein a M. BessoEinstein a M. Besso (11 de agosto, 1916):(11 de agosto, 1916):He tenido un destello de lucidez a propósito He tenido un destello de lucidez a propósito de la absorción y la emisión de radiación; esto de la absorción y la emisión de radiación; esto te interesará. Una demostración completate interesará. Una demostración completa--mente sorprendente de la fórmula de Planck, mente sorprendente de la fórmula de Planck, yo incluso diría yo incluso diría lala demostración. Y todo demostración. Y todo completamente cuántico. Estoy preparando la completamente cuántico. Estoy preparando la redacción de este resultado.redacción de este resultado.

2727

El doble “destello”El doble “destello”

●● Sustituir los resonadores planckianosSustituir los resonadores planckianos, , asociados a la materia, por moléculas, que sólo asociados a la materia, por moléculas, que sólo pueden existir en un conjunto discreto de estados. pueden existir en un conjunto discreto de estados. ●● Partir de tres procesos elementales Partir de tres procesos elementales (para describir la interacción materia(para describir la interacción materia--radiación):radiación):▪▪ uno espontáneo uno espontáneo ((AusstrahlungAusstrahlung), en el que las ), en el que las moléculas emiten sin estímulo exterior, y moléculas emiten sin estímulo exterior, y

▪▪ dos inducidosdos inducidos por la radiación (por la radiación (EinstrahlungEinstrahlung): ): uno uno de emisión y otro de absorción, en ambos casos con de emisión y otro de absorción, en ambos casos con probabilidad proporcional a la densidad de radiación probabilidad proporcional a la densidad de radiación presente; la emisión espontánea es independiente de presente; la emisión espontánea es independiente de la misma.la misma.

2828

Dos precisiones imprescindiblesDos precisiones imprescindibles

1916 es la auténtica fecha de nacimiento del fotón1916 es la auténtica fecha de nacimiento del fotón(¡no 1905!): es ahora cuando aquellos imprecisos (¡no 1905!): es ahora cuando aquellos imprecisos cuantos se transforman en auténticas partículas cuantos se transforman en auténticas partículas constituyentes de la radiación. constituyentes de la radiación. [El bautismo como [El bautismo como fotónfotón no llegaría hasta 1926].no llegaría hasta 1926].

Einstein introdujo las Einstein introdujo las probabilidades de transiciónprobabilidades de transición para para poder imponer la condición de equilibrio estadístico. poder imponer la condición de equilibrio estadístico. Pero ¡ojo!: estas probabilidades Pero ¡ojo!: estas probabilidades ––como en el caso de como en el caso de la radiactividadla radiactividad–– no reflejaban un comportamiento de no reflejaban un comportamiento de la naturaleza, sino una incapacidad humana para la naturaleza, sino una incapacidad humana para describir, por entonces, los procesos elementales con describir, por entonces, los procesos elementales con el determinismo habitual.el determinismo habitual.

2929

Ciertas propiedades de la Ciertas propiedades de la ““emisiemisióón estimuladan estimulada””(1916) constituyen el fundamento te(1916) constituyen el fundamento teóórico del rico del

moderno lmoderno lááser.ser.

El primer láser de rubí adquirido en España (UB, 1963). Muy parecido al primero, que fue construido por T. H. Maiman, en 1960.

3030

La realidad de la constitución molecular universal de la materia:

explicación teórica del movimiento browniano

Einstein en sus Notas Autobiográficas, de 1949:No estando familiarizado con las investigaciones de Boltzmann y de Gibbs, que habían aparecido antes y que en realidad agotaban el tema, desarrollé la mecánica estadística y la teoría cinético-molecular de la termodinámica que se basaba en aquella. Mi objetivo principal consistía en encontrar hechos que pudieran garantizar tanto como fuera posible la existencia de átomos de tamaño finito determinado. En ello descubrí que, de acuerdo con la teoría atomística, tendría que haber un movimiento de partículas microscópicas suspendidas abierto a la observación, sin saber que observaciones concernientes al movimiento browniano eran conocidas desde hacía ya tiempo.

3131

Einstein en su tesis doctoral, 1905:Einstein en su tesis doctoral, 1905:(publicada en 1906)(publicada en 1906)

En este trabajo demostraremos que el tamaño de las moléculas de sustancias disueltas en una solución diluida y no disociada se puede obtener a partir de la fricción interna entre la solución y el solvente puro, y de la difusión de la sustancia disuelta dentro del solvente, siempre que el volumen de la molécula de la sustancia disuelta sea grande comparado con el volumen de la molécula del solvente. Es así porque, en relación con su movilidad en el solvente,… una tal molécula se comportará aproximadamente como un cuerpo sólido suspendido en un solvente.

3232

Un método simple y original,Un método simple y original,no exento de osadíano exento de osadía

Una partícula suspendida en un líquido sufre la acción Una partícula suspendida en un líquido sufre la acción de las partículas del mismo: mediante consideraciones de las partículas del mismo: mediante consideraciones moleculares Einstein dedujo el valor de la fuerza moleculares Einstein dedujo el valor de la fuerza osmótica (física del discreto) conocido ya por la teoría osmótica (física del discreto) conocido ya por la teoría de Van’t Hoff de las disoluciones.de Van’t Hoff de las disoluciones.

Una partícula suspendida en un líquido sufre, además, Una partícula suspendida en un líquido sufre, además, un rozamiento que se puede obtener por la teoría de un rozamiento que se puede obtener por la teoría de StokesStokes sobre el movimiento de una partícula en el sobre el movimiento de una partícula en el seno de un fluido (física del continuo).seno de un fluido (física del continuo).

La osadía (no conozco precedentes): La osadía (no conozco precedentes): mezclar el continuo y el discreto en una misma teoría. mezclar el continuo y el discreto en una misma teoría.

3333

Einstein, estableció dos conexiones entre:Einstein, estableció dos conexiones entre:el mundo de las moléculas (microfísica) el mundo de las moléculas (microfísica) y el de las disoluciones (macrofísica)y el de las disoluciones (macrofísica)

Primera conexiónPrimera conexión: la viscosidad del solvente y : la viscosidad del solvente y el tamaño de las moléculas del soluto están el tamaño de las moléculas del soluto están relacionados a través del coeficiente de difusión relacionados a través del coeficiente de difusión del soluto en el solvente.del soluto en el solvente.Segunda conexiónSegunda conexión: el número de : el número de AvogadroAvogadro––“número de moléculas reales en una molécula “número de moléculas reales en una molécula gramo”gramo”–– constituye el puente que relaciona la constituye el puente que relaciona la microfísica con la macrofísica. Se puede calcular microfísica con la macrofísica. Se puede calcular a partir de los caminos seguidos, en el ejemplo a partir de los caminos seguidos, en el ejemplo de Einstein, por las moléculas de azúcar de Einstein, por las moléculas de azúcar disueltas en agua. disueltas en agua.

3434

Algunos resultadosAlgunos resultados

“coeficiente de difusión”, R cons-tante de los gases ideales, N número de Avogadro, T la temperatura, k la viscosidad y P el radio molecular.

- A finales del XIX: entre 1022 y 1024.

- Einstein (1905, quanta de energía, ley de Wien y N=R/k): 6,17·1023.

- En su tesis doctoral: 2,1.- En suplemento (1905): 4,15.- Corregido (Hopf, 1911): 6,56.

es el desplazamiento cuadrático medio de la molécula en t segundos.

.6

1PkN

TRDπ

=

13x

RTtN kP

λπ

=xλ

D

Valores de N(“número de molé-culas reales en una molécula gramo”):

[Valor hoy admitido:6,022·1023]

3535

Robert Brown (1828): “Una breve descripción de las “Una breve descripción de las observaciones microscópicas hechas durante los meses de observaciones microscópicas hechas durante los meses de junio, julio y agosto, de 1827, sobre las partículas contenidas junio, julio y agosto, de 1827, sobre las partículas contenidas en el polen de las plantas; y sobre la existencia de moléculas en el polen de las plantas; y sobre la existencia de moléculas activas en cuerpos orgánicos e inorgánicos”.activas en cuerpos orgánicos e inorgánicos”.

PoincaréPoincaré (1904) en San Luis:(1904) en San Luis: El biólogo, armado con El biólogo, armado con su microscopio, hace tiempo que encontró en sus su microscopio, hace tiempo que encontró en sus preparaciones movimientos desordenados de partículas preparaciones movimientos desordenados de partículas en suspensión: éste es el movimiento browniano; en suspensión: éste es el movimiento browniano; primero pensó que se trataba de un fenómeno vital, pero primero pensó que se trataba de un fenómeno vital, pero pronto vio que los cuerpos inanimados danzaban con no pronto vio que los cuerpos inanimados danzaban con no menos ardor que los otros; entonces le pasó el problema menos ardor que los otros; entonces le pasó el problema a los físicos…a los físicos…Por supuesto, no deberíamos renunciar a nuestra Por supuesto, no deberíamos renunciar a nuestra creencia en la conservación de la energía, pero vemos creencia en la conservación de la energía, pero vemos ante nuestros ojos cómo… el movimiento perdura ante nuestros ojos cómo… el movimiento perdura indefinidamente. Es lo opuesto al principio de Carnot. indefinidamente. Es lo opuesto al principio de Carnot.

3636

Movimiento browniano: determinado por Movimiento browniano: determinado por Para deducirlo Einstein idededucirlo Einstein ideóó un procedimiento un procedimiento estadestadíístico original que, con el paso del tiempo, stico original que, con el paso del tiempo, representrepresentóó el punto de partida del tratamiento el punto de partida del tratamiento moderno de los procesos estocmoderno de los procesos estocáásticos.sticos.M. M. vonvon SmoluchowskiSmoluchowski (1906) y P. (1906) y P. LangevinLangevin(1908) (1908) presentaron pronto tratamientos alternativos, tambipresentaron pronto tratamientos alternativos, tambiéén n con gran influencia posterior.con gran influencia posterior.Consecuencia: la admisiConsecuencia: la admisióón generalizada de la n generalizada de la constituciconstitucióón molecular de la materia, tras las n molecular de la materia, tras las comprobaciones experimentales exhaustivas por parte comprobaciones experimentales exhaustivas por parte de J. B. de J. B. PerrinPerrin en 1908en 1908--1909, que le valieron el Premio 1909, que le valieron el Premio NobelNobel de 1926. de 1926.

xλ

Finalmente:Finalmente:

3737

Entre la docena de trabajos científicos publicados antes de 1912 –de cualquier autor– con más citas entre 1961 y 1975, cuatro son de Einstein. Su tesis doctoral [Annalen, 1906] figura a la cabeza y el artículo de 1905 sobre partículas en suspensión es el tercero; en el ranking no aparecen sus artículos sobre relatividad ni sobre teoría cuántica [Pais (1984)].

Ostwald (1909): Me he convencido de que recientemente hemos llegado a la posesión de la prueba experimental de la naturaleza discreta o granular de la materia... Lo que ha sido demostrado por una serie de investigadores, principalmente por J. Perrin, constituye una evidencia que ahora justifica que incluso los científicos más cautelosos hablen de la prueba experimental de la naturaleza atómica de la materia… Lo que hasta ahora se ha venido llamando hipótesis atómica queda por tanto elevada al nivel de teoría bien fundamentada...

3838

BornBorn (1949): (1949): Creo que estas investigaciones de Einstein [movimiento browniano]han hecho más que cualquier otro trabajo para convencer a los físicos de la realidad de los átomos y de las moléculas, de la teoría cinética del calor [es decir, de la mecánica estadística],y del papel fundamental de la probabilidad en las leyes de la naturaleza.

3939

Formulación de la relatividad especialFormulación de la relatividad especial

Un reto (finales del siglo XIX): formular la Un reto (finales del siglo XIX): formular la electrodinámica de los cuerpos en movimiento.electrodinámica de los cuerpos en movimiento.Las ecuaciones de Maxwell se suponían válidas en Las ecuaciones de Maxwell se suponían válidas en un sistema en reposo absoluto (el éter). Y lo un sistema en reposo absoluto (el éter). Y lo mismo para la teoría del electrón de mismo para la teoría del electrón de LorentzLorentz, su , su complemento microscópico.complemento microscópico.Dos problemas (no del todo independientes):Dos problemas (no del todo independientes):-- Los experimentos no parecían dar pistas del éter Los experimentos no parecían dar pistas del éter en reposo absoluto (no había “viento del éter”).en reposo absoluto (no había “viento del éter”).-- Las ecuaciones de Maxwell se complicaban Las ecuaciones de Maxwell se complicaban enormemente al cambiar el sistema de referencia.enormemente al cambiar el sistema de referencia.

4040

La teoría de Maxwell: intocable (éter en reposo…).La ausencia de “viento del éter” (Michelson y Morley) se explicaba en términos de una contracción (real) longitudinal.Se postulaba la “fuerza electrica”:

Con transformaciones apropiadas de coordenadas y campos lograba la covariancia de las ecuaciones de Maxwell en primer orden (en v2/c2). (“Teorema de los estados correspondientes”). [En 1904, sin conocerlo Einstein, para todo orden].Las magnitudes transformadas no eran reales. Por ejemplo :

donde era el tiempo real yel tiempo local (no físico).

v HF e Ec

⎛ ⎞∧= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

22

2

1

1

vt xcv

c

τ

⎛ ⎞⎜ ⎟

⎛ ⎞⎜ ⎟= −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎜ ⎟−⎝ ⎠

tτ

La posición de La posición de LorentzLorentz

4141

Interés de Einstein por la Interés de Einstein por la electrodinámica, antes de 1905:electrodinámica, antes de 1905:

Desde niño: fascinado por la brújula y sus movimientos.Desde niño: fascinado por la brújula y sus movimientos.Con 15 años: “Sobre la investigación del estado del éter Con 15 años: “Sobre la investigación del estado del éter en un campo magnético”, dedicado a un tio suyo.en un campo magnético”, dedicado a un tio suyo.Un enigma que se planteó antes de ingresar en el ETH: Un enigma que se planteó antes de ingresar en el ETH: ¿Qué ocurriría si se pudiera viajar a lomos de un rayo ¿Qué ocurriría si se pudiera viajar a lomos de un rayo de luz? ¿Cómo se describiría esa situación? ¿Qué se de luz? ¿Cómo se describiría esa situación? ¿Qué se vería, si es que se veía algo?vería, si es que se veía algo?En sus años universitarios ya comenzó a pensar en En sus años universitarios ya comenzó a pensar en construir un aparato que le permitiera medir el construir un aparato que le permitiera medir el movimiento de la Tierra respecto del éter.movimiento de la Tierra respecto del éter.Conocía las aportaciones de Maxwell y de Conocía las aportaciones de Maxwell y de LorentzLorentz(salvo las de 1904) al tema.(salvo las de 1904) al tema.Y había leído ciertas reflexiones de Y había leído ciertas reflexiones de PoincaréPoincaré… …

4242

PoincaréPoincaré en en La La sciencescience et l’hypothèseet l’hypothèse(Discusiones en la Academia Olympia)(Discusiones en la Academia Olympia)

Crítica de los absolutos en la física.Crítica de los absolutos en la física.Problemas de la medida práctica del tiempo.Problemas de la medida práctica del tiempo.A la vista de ello: Posible falta de objetividad de la A la vista de ello: Posible falta de objetividad de la noción de “simultaneidad”.noción de “simultaneidad”.El “tiempo local” de Lorentz: ¿no será un tiempo real El “tiempo local” de Lorentz: ¿no será un tiempo real para un observador en movimiento?para un observador en movimiento?Reflexiones sobre la necesidad o no del “éter”.Reflexiones sobre la necesidad o no del “éter”.¿Nueva mecánica en la que la composición de ¿Nueva mecánica en la que la composición de velocidades conduzca a la imposibilidad de velocidades conduzca a la imposibilidad de velocidades mayores que la de la luz en el vacío?velocidades mayores que la de la luz en el vacío?

4343

““Zur Elektrodynamik bewegter Körper”Zur Elektrodynamik bewegter Körper”(Lectura recomendada)(Lectura recomendada)

Introducción:Introducción:-- Asimetría en la formulación Asimetría en la formulación maxwellianamaxwelliana, , que no se da en la situación experimental.que no se da en la situación experimental.-- Dada la Dada la indetectabilidadindetectabilidad experimental del experimental del éter, se prescindirá de él por superfluo.éter, se prescindirá de él por superfluo.-- Anticipa los dos postulados de partida, con Anticipa los dos postulados de partida, con los que construirá una cinemática que los que construirá una cinemática que permitirá resolver los problemas permitirá resolver los problemas electrodinámicos pendientes. electrodinámicos pendientes. I. Parte cinemáticaI. Parte cinemáticaII. Parte electromagnéticaII. Parte electromagnética

4444

I. Parte cinemáticaI. Parte cinemática

Sincronización de relojes.Relatividad del concepto de simultaneidad , así como de espacios y tiempos.DEDUCCIÓN de la transformación de Lorentz.Significado físico. Implicaciones: contracción de longitudes y dilatación de intervalos temporales, como consecuencia del movimiento.Adición de velocidades:- c es la velocidad límite (sugerido por Poincaré)- La regla newtoniana es válida cuando v /c « 1.- Las transformaciones de Lorentz forman grupo.

4545

II. Parte electromagnéticaII. Parte electromagnética

Más técnica. No obstante, destaco algunos puntos.Impone la covariancia de las ecuaciones de Maxwell, y deduce (¡no postula!) la transformación “entremezclada” de los campos eléctrico y magnético.Analiza la transformación de las ondas electromagné-ticas, y deduce cómo se transforman ángulos (aberración de la luz) y frecuencias (efecto Dopler).Comparando el movimiento del electrón en un sistema fijo y otro móvil (MRU) deduce la “fuerza de Lorentz”.Insinúa y luego completa en un artículo posterior, también en 1905, aquello de E=mc2.

4646

Primer impacto (muy resumido)Primer impacto (muy resumido)Alemania: pronto conocida y discutida. Opiniones: ¿teoría de principio? ¿solución de un problema electrodinámico? ¿reducción de la mecánica al electromagnetismo?...Max von Laue (1911): Das Relativitätsprinzip.Fuera de Alemania: salvo excepciones (que las hubo en varios países), escasa difusión e impacto.No debe olvidarse:- Gran Bretaña: cuna del éter electromagnético...- Francia: influencia de Poincaré...Las cosas cambiaron poco a poco, especialmente después de 1919, aunque sin llegar a la aceptación total. Posiblemente debido al cambio drástico que representaba, con insuficiente confirmación experimental (En la concesión del Nobel en 1921 no se hace mención)

4747

Más detallesMás detalles: : L. Navarro i E. L. Navarro i E. SallentSallent (2005): (2005): “Einstein 1905: una conmemoració imprescindible”. “Einstein 1905: una conmemoració imprescindible”.

Revista de Física (SCF), número especial.Revista de Física (SCF), número especial.

4848

Así hablaba Einstein … en inglés

“It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing, a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass maybe converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned before. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally.”