Einstein
         FÍSICA




         El genio más famoso de la historia
         No hay científico más famoso que Einstei...
Tercer artículo: la relatividad especial

                                                           En el tercero artícul...
El tiempo es relativo                                     Un reloj en órbita se adelantará
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¡Las leyes de Newton son erróneas!
En la escuela estudiamos la ley        inmensamente pequeño, como
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El mundo después de Einstein
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  1. 1. Einstein FÍSICA El genio más famoso de la historia No hay científico más famoso que Einstein. Todos conocemos su nombre y muchos lo asociamos a la teoría de la relatividad. Pero, ¿por qué Einstein se hizo tan famoso y qué es realmente eso de la relatividad? Tres artículos que removieron los cimientos de la física El año 1905 recibe el sobrenombre de 1905 “año maravilloso”, porque Einstein publicó tres artículos absolutamente revolucionarios para la física. Sus consecuencias se extenderían al resto de ciencias y cambiarían nuestra vida cotidiana para siempre. Primer artículo: la luz en paquetes El primer artículo hablaba sobre la interacción de la luz con la materia. Hasta entonces se pensaba que la luz era una onda energética continua, que distribuía la energía equitativamente por toda la superficie sobre la que incidía. Pero Einstein afirmó que la energía chocaba con la materia repartida en “paquetes” denominados fotones. Esta idea le permitió explicar el efecto fotoeléctrico: cuando la luz incide sobre un metal, su superficie libera electrones de forma instantánea. Si la luz distribuyera la energía de forma continua, se tardarían años a que saltaran los electrones, y lo harían todos a la vez. Pero como la energía está concentrada en paquetes, el choque consigue hacer saltar inmediatamente los electrones de algunos átomos de la superficie del metal. Imaginemos un ejército que trata de derribar las murallas de un castillo golpeando todos los soldados a la vez sobre diferentes puntos de la muralla. Tardarán mucho más a conseguir su objetivo que si unieran su energía, mediante un ariete por ejemplo, dirigido contra algunos puntos de la muralla. 14 ! Eureka! © Tom Richmond NOVIEMBRE 2005
  2. 2. Tercer artículo: la relatividad especial En el tercero artículo Einstein presentaba su célebre teoría especial de la relatividad. A finales del siglo XIX se consideraba que la Segundo artículo: el vals de las partículas luz era una onda electromagnética que, como cualquier otra onda, necesitaba de un medio para propagarse. Este supuesto medio, En el segundo artículo, Einstein explicaba el denominado movimiento browniano: una especie que denominaron éter, debería llenar todo el espacio y así permitir que la luz de las estrellas llegara hasta nosotros; tendría que ser de baile errático, observable al microscopio, que muestran las partículas en suspensión en un totalmente transparente y tenue para no estorbar el movimiento de fluido. Einstein atribuyó este movimiento al hecho los astros, pero tendría que producir efectos detectables desde un que los impactos de las moléculas del fluido sobre laboratorio terrestre. Sin embargo, ningún experimento consiguió detectar la presencia del éter. la partícula en suspensión no son simétricos, ahora ganan los de un lado, ahora los del otro, y Einstein propuso que el éter no existía; que la luz era una onda de aquí el movimiento en zig-zag. Este trabajo que se propagaba en el vacío con la misma velocidad en todas proporcionó un apoyo considerable a la teoría direcciones. Este fue el primero de los fundamentos de la teoría de atómica (la materia está hecha de átomos), que la relatividad. todavía ponían en entredicho algunos científicos eminentes del siglo XIX. Pero eso de la relatividad… ¿De qué va? Imaginemos que pasa La teoría de la relati- De hecho, el tiempo pasa más y Einstein así lo hizo en su teo- un tren por delante vidad de Einstein des- deprisa o más despacio según la ría de la relatividad general, en nuestro a 10 km/h, y taca por el hecho que velocidad del observador. Esta es 1915. El resultado fue una teoría que una persona que afirma que aquello que la peculiaridad de la relatividad de la gravedad que superaba la viaja sobre él lanza una es válido para un tren y de Einstein. de Newton y la corregía para pelota hacia adelante a para una pelota, no es aquellos fenómenos en que in- 10 km/h. Para esa per- válido para la luz: la luz Esta afirmación supuso reestruc- tervienen velocidades grandes o sona, la pelota irá a 10 se propaga siempre a turar toda la física del momento una gravedad muy intensa. km/h; pero para noso- la misma velocidad in- tros, el movimiento del dependientemente del tren y el de la pelota observador (300.000 se sumarán, y la pelota km por segundo). Así, viajará a 20 km/h. De la velocidad de la luz igual forma, para el pa- es una constante abso- sajero del tren no será luta universal. Pero si él quien se mueva a 10 la velocidad de la luz km/h, sino nosotros. es igual para todos los La velocidad de un observadores, vayan objeto, pues, depende a la velocidad que va- del observador, o en yan, debe haber algo otras palabras, es “re- que imaginábamos lativa” al observador. absoluto que no lo es. Cualquier teoría que Efectivamente, según describa un fenómeno Einstein el tiempo no en relación a su obser- es igual para todo el vador es una teoría de mundo, es una variable la relatividad. relativa al observador. 1 ! Eureka!
  3. 3. El tiempo es relativo Un reloj en órbita se adelantará respecto a uno en la superficie de la Tierra. Si sincronizamos misma hora. A más dos relojes idénticos velocidad, más lento y los hacemos reco- pasa el tiempo. Pero rrer caminos dife- esto sólo es aprecia- ble a velocidades rentes, a velocidades muy superiores a las diferentes, cuando que habitualmente se vuelvan a encon- viajamos. trar no indicarán la La paradoja de los gemelos La gravedad tiene efectos sobre el tiempo. Si ponemos dos relojes sincronizados a alturas diferentes, el que está a mayor altura, dónde la gravedad es menos intensa, se adelantará. “No n’hi ha prou amb la satisfacció de las necessitats físi- ques. Per estar satisfet, cal també la possibilitat de desen- volupar les capacitats intel.lectuals i artístiques d’acord amb les pròpies possibilitats”. Para explicar el efecto de la velocidad sobre “Hi ha, encara, un altre dret humà que no sol esmentar- el tiempo, se usa esta famosa paradoja: se, però que sembla destinat a ser molt important: és el dret -o el deure- que té l’individu de no cooperar en acti- Si uno de dos gemelos idénticos se hace as- vitats que consideri errònies o pernicioses”. tronauta y se pasa años viajando en su nave espacial a grandes velocidades, próximas a la de la luz, cuando vuelva a la Tierra su hermano (y todos los de su generación) ha- brá envejecido notablemente más que él. L’altre Einstein: l’humanista “L’alegria de mirar i comprendre és el do més bell de la natura”. “El dilema aterrador que implica la situació políti- “S’hauria de reduir per llei el nombre d’hores de ca mundial està estretament relacionat amb un pecat treball setmanals. [...] S’haurien de fixar també d’omissió comès per la nostra civilització. Sense una “cul- salaris mínims per tal d’equilibrar el poder ad- tura ètica”, no hi ha salvació per a la humanitat”. quisitiu amb la producció”. “L’objectiu ha de ser formar individus que pensin i ac- “Les diferències de classe em semblen injustifica- tuïn amb independència, però que ho facin considerant des i, al capdavall, arrelades en la força. Crec que del seu màxim interès vital mantenir-se al servei a la co- seria bo per a tothom, tant en l’aspecte físic com munitat”. en el mental, viure amb senzillesa i modèstia”. 1 ! Eureka! NOVIEMBRE 2005
  4. 4. ¡Las leyes de Newton son erróneas! En la escuela estudiamos la ley inmensamente pequeño, como de Newton sobre la fuerza de la los átomos y las partículas que gravedad. ¿Pero sabíais que esta los forman. ley es errónea? Durante más de dos siglos, toda la física se funda- Fue Einstein quien en 1905 dio mentó sobre las leyes de Newton. un giro a la física superando Este físico británico hizo un gran las limitaciones de las leyes de paso al conseguir sistematizar el Newton. Aun así, en la escuela mundo y darle una armonía ma- seguimos estudiando las leyes de temática. Pero las leyes que des- Newton porque se aproximan cribió, aun siendo muy buenas muy bien a la realidad cotidiana y aproximaciones, no son correc- son mucho más sencillas de usar tas. Funcionan muy bien para que las que derivan de la física de explicar el movimiento de los Einstein. Las diferencias con las cuerpos grandes: los planetas, leyes de Einstein sólo son apre- los coches, las pelotas de tenis... ciables a velocidades próximas a Pero no concuerdan cuando se la de la luz. Einstein redujo las trata del movimiento de aquello leyes de Newton a una E=mc mera aproximación. ¡Siguen 2 siendo muy útiles, sin embargo! “Energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado” La teoría de la relatividad a una escala más pequeña, de Einstein implica que la la fuente de energía de las materia y la energía son lo centrales nucleares y de las mismo. La materia puede armas nucleares. transformarse en energía y al revés. De hecho, en todas Si observáis bien esta ecua- las reacciones nucleares que ción (la más famosa del producen o consumen ener- mundo), veréis que la mate- gía, la masa de las sustancias ria contiene una grandísima que reaccionan no con- cantidad de energía. Haced cuerda con la masa de los la prueba: multiplicad 2 gra- productos finales de la reac- mos de materia por la velo- ción. Esto es así porque par- cidad de la luz al cuadrado, te de la materia se convierte es decir: 2 x 90.000.000.000. en energía o al revés. Tal ¡¡De ahí que una pequeña fenómeno es especialmente cantidad de uranio puede manifiesto en las reacciones liberar suficiente energía nucleares que son la fuente como para destruir una de energía de las estrellas y, ciudad!! © Scott Camazine 1 ! Eureka!
  5. 5. El mundo después de Einstein Aunque las ideas de Einstein parezcan muy distantes a nuestra vida cotidiana, el mundo en el que vivimos sólo es posible gracias a sus aportaciones. Cámaras digitales La tecnología de las cámaras digitales es heredera de los tra- bajos de Einstein por explicar el llamado efecto fotoeléctrico, un fenómeno en el que los electro- Satélites nes de un metal son arrancados La Teoría General de la por acción de la luz. Relatividad hizo posible la creación de la tecnología El láser satelital. La Teoría de la Radiación Estimulada originó el rayo láser con el que hoy es Bolsa de valores posible leer y grabar discos compactos y DVD, corregir problemas de visión, El trabajo sobre el mo- cortar materiales, abrir puertas automá- vimiento de las partí- ticamente, etc. culas en un líquido (el movimiento brownia- Lubricación no) revolucionó la me- La predicción de la existencia de un nuevo estado cánica estadística. Hoy se analizan las fluctuaciones de la materia, hoy llamado condensado de Bose- de precios en las bolsas de valores gracias a ello. Einstein, permitió desarrollar mejores productos para la lubricación de motores y maquinaria. Los sistemas de localización GPS Sin la Teoría General de la Rela- tividad no habría sido posible la construcción de sistemas de locali- zación GPS (Global Position System), cuya precisión depende de tener en cuenta los efectos relativistas sobre los relojes de los satélites. ¿Y ahora qué? La Física después de Einstein Para saber más: www.revistaeureka.com © Richard Bailey das las piezas que forman los núcleos La teoría de la gravedad de Einstein atómicos. Así, se pretende obtener una (o teoría de la relatividad general), teoría única que permitiría explicar de aunque parece correcta, no se ha po- una manera compacta y simple todas dido hacer concordar todavía con el las leyes que rigen los fenómenos físi- resto de teorías sobre otras fuerzas. cos. A esta teoría la denominamos de la De hecho, es la única que no se ha supercuerda o teoría del todo. Einstein podido unificar. Los físicos más ge- la buscó durante treinta años, pero no niales de la actualidad trabajan para consiguió encontrarla. Quizá esta unifi- conseguir unificarla con las otras cación final esté esperando a un nuevo fuerzas de la naturaleza, la eléctrica Newton o Einstein... y la magnética, que mantienen uni- 1 ! Eureka! NOVIEMBRE 2005

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