Hace 140 años que nació Einstein. Recordamos sus aportaciones que van más allá de la Teoría de la Relatividad.

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Hace 140 años nació un hombre cuyo nombre es sinónimo de genio: Albert Einstein. Un brillante matemático y científico, que es conocido por su fórmula E=mc2. La teoría de la relatividad cambió para siempre la comprensión del tiempo y del espacio. Si bien esto sigue inspirando a los científicos de hoy en día, Einstein tiene un cuerpo de trabajo que va más allá de esta famosa teoría. En definitiva, Einstein fue mucho más.

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Movimiento browniano

Llamado así en honor de Robert Brown, biólogo y botánico escocés que observó este fenómeno por primera vez en 1827. ¿En qué consiste? En el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hayan en un medio fluido. Brown observó el movimiento de partículas de polen se desplazaban sin razón aparente.

Lo que hizo Einstein fue darse cuenta que la difusión de un objeto que experimenta un movimiento browniano se difundirá a una velocidad particular (conocida como el desplazamiento del medio al cuadrado), y que esta velocidad depende del número de átomos o moléculas en un mol del fluido en el que el objeto en cuestión se suspende (número de avogadro). A partir de esto se podría determinar el tamaño de las moléculas o átomos. Por primera vez, una cantidad medible permitió probar el reino atómico. No fue sólo la idea, sino la precisión de los resultados de Einstein que muchos científicos encontraron tan convincente.

El trabajo de Einstein resolvió una disputa que se había prolongado durante casi un siglo y colocó la teoría cinética sobre una base experimental. A partir de este trabajo, se conectaron la física, la química y la termodinámica de Newton.

Efecto fotoeléctrico

Es un fenómeno en el que las partículas cargadas eléctricamente se liberan desde o dentro de un material cuando absorbe radiación electromagnética. El efecto se puede definir como la expulsión de electrones de una placa metálica cuando la luz cae sobre ella. En una definición más amplia, la energía radiante puede ser luz infrarroja, visible o ultravioleta, rayos X o rayos gamma; el material puede ser un sólido, líquido o gas, y las partículas liberadas pueden ser iones (átomos o moléculas cargados eléctricamente) así como electrones.

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(National Geographic)

El efecto fotoeléctrico fue fundamentalmente significativo en el desarrollo de la física moderna debido a las preguntas desconcertantes que planteaban sobre la naturaleza de la luz, el comportamiento de partículas frente a las ondas, que finalmente fue resuelto por Albert Einstein en 1905. El hallazgo de Einstein sigue siendo importante para la investigación en áreas de ciencia de materiales a la astrofísica, además de formar la base para una variedad de dispositivos útiles.

Fue por el efecto fotoeléctrico que Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921.

Refrigeración

Con el físico de origen húngaro Leo Szilard, Albert Einstein desarrolló un nuevo esquema de refrigeración que no incluía motores, partes móviles ni refrigerante. La idea surge  del hecho de que el agua hierve a temperaturas más bajas a una presión más baja.

Einstein y Szilard tuvieron la idea de colocar un frasco de butano en un quemador de llama y debajo de un vapor de amoníaco. Debido a que el vapor de amoniaco tenía una presión más baja, redujo el punto de ebullición del butano y, a medida que el butano se evaporaba, absorbía energía de su alrededor, enfriando un compartimiento adyacente.

Los años  que pasó trabajando en la oficina de patentes en Suiza no sólo fueron buenos para imaginar la teoría general de la relatividad; Einstein también se convirtió en un experto en el proceso de patentes y consiguió la novedosa idea de refrigeración patentada en 1930.

Lente gravitacional

Una de las predicciones más notables de la teoría de la relatividad general de Einstein es que la gravedad dobla la luz. Ese efecto se demostró por primera vez durante un eclipse total de Sol en 1919, cuando se observó que las posiciones de las estrellas cercanas al Sol estaban ligeramente desplazadas de sus posiciones habituales debido a la atracción de la gravedad del Sol cuando la luz de las estrellas pasaban cerca del mismo.

En la década de 1930, Einstein predijo que una distribución de masa, como una galaxia, podría actuar como una “lente” gravitacional, no sólo doblando la luz sino también distorsionando imágenes de objetos que se encuentran más allá de la masa gravitatoria. Si algún objeto está detrás de una galaxia masiva, como se ve desde la Tierra, la luz desviada puede llegar a la Tierra por más de un camino. Operando como una lente que enfoca la luz a lo largo de diferentes caminos, la gravedad de la galaxia puede hacer que el objeto parezca estirado o como si la luz proviniera de múltiples objetos, en lugar de uno solo.

Varios científicos continuaron refinando y construyendo sobre el trabajo de Einstein, y las lentes gravitacionales son ahora un pilar de la astronomía moderna, y se utilizan para descubrir planetas extrasolares.

Condensado de Bose-Einstein

Esa no fue la única vez que Einstein se tomó el tiempo de escuchar a un científico desconocido con una idea, cuando Satyendra Nath Bose, un  físico nacido en la actual Calcuta, India, lo contactó con un método alternativo para calcular estadísticas de fotones (partículas de luz). El trabajo de Bose implicaba que, en un grupo de los mismos tipos de partículas, todas las partículas son fundamentalmente indistinguibles unas de otras.

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(Wikipedia)

Einstein se dio cuenta de que si las partículas se enfriaban a una anchura de un cabello por encima del cero absoluto (menos 459.67 grados Fahrenheit, o menos 273.15 grados Celsius), todas volverán al mismo estado de energía más baja y serán indistinguibles. Eso, en esencia, significaría que una colección de partículas actuaría como si fuera una sola partícula grande, y formaría un estado de materia completamente nuevo. Este extraña masa amorfa de materia, ahora conocida como condensado de Bose-Einstein, tiene una viscosidad cero.

Los científicos tardaron 70 años en demostrar que estos superfluidos existen, y el científico que lo hizo ganó el Premio Nobel de Física en 2001.

Gran Teoría Unificada

Einstein estaba motivado por una necesidad intelectual de unificar las fuerzas de la naturaleza. Presentía que toda la naturaleza podía ser descrita por una sola teoría. Además, creía que existía un vínculo entre la necesidad de resolver las paradojas aparentes de la mecánica cuántica y la necesidad de unificar el electromagnetismo y la gravedad.

En la década de 1920, cuando Einstein comenzó su trabajo sobre una teoría de campo unificada, el electromagnetismo y la gravedad eran las únicas fuerzas conocidas, y el electrón y el protón eran las únicas partículas subatómicas conocidas.

Abordó este estudio desde las cinco dimensiones (siendo la ecuación de Maxwell del electromagnetismo la quinta dimensión). Otro enfoque que Einstein intentó involucró extender la relatividad general para incluir las ecuaciones del electromagnetismo al generalizar el tensor métrico manteniendo la geometría de 4 dimensiones.

Einstein trabajó en estos dos enfoques básicos de manera persistente durante los últimos treinta años de su vida, pero ninguno de los dos métodos produjo la completa teoría unificada que estaba buscando.

Muchos científicos aseguran que Einstein falló porque simplemente estaba adelantado a su tiempo. El conocimiento y las herramientas necesarias para completar una teoría unificada simplemente no se habían desarrollado antes de que Einstein muriera en 1955.

Hoy, muchos físicos están asumiendo su misión. El enfoque más prometedor parece ser la teoría de cuerdas, que requiere de 10 o más dimensiones y describe todas las partículas elementales como cuerdas vibrantes, con diferentes modos de vibración que producen diferentes partículas.

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