martes, febrero 16, 2010

Albert Einstein y la nueva concepción del espacio-tiempo (I)

Albert Einstein es sin duda el icono científico por antonomasia del siglo XX. Nació en 1879 en la ciudad alemana de Ulm pero se traslado junto con su familia a Munich donde asistiría a la escuela, lugar donde quedo demostrado que Einstein no era muy buen estudiante. Einstein dejo la escuela sin completar sus cursos. En 1985 se presento al examen de acceso del Instituto Federal de Tecnología Suizo en Zurich, examen que no supero, por lo que tuvo que pasar un año en una escuela suiza, hasta que en 1896 consiguió superar dicho examen. Aún habiendo superado los exámenes del Instituto Federal, Einstein no consiguió obtener un puesto en el mismo, al final, acabó ocupando un cargo en la Oficina de Patentes de Berna. Este trabajo le dejaba el tiempo libre necesario para dedicarse a su pasión, la física teórica. Fue como empleado de dicha oficina cuando tuvo lo que se podría señalar como su año magnifico, 1905, en este año publicó trabajos realmente importantes para la física, por una parte la explicación del efecto fotoeléctrico mediante la cuantización de la luz, y por otro lado la explicación de como pequeñas partículas de polvo eran zarandeadas por los átomos que componen el fluido en el que están inmersas, ya sea el aire o en un líquido, lo que hoy en día conocemos como movimiento browniano. También en 1905 fue cuando vio la luz la primera parte de su teoría de la relatividad, la relatividad especial. La relatividad especial se erige a partir de unas contradicciones encerradas en la mecánica de Newton:

a) Por un lado, el concepto, expresado por el principio de relatividad de Galileo, según el cual no se puede distinguir mediante experimentos mecánicos un sistema de referencia en reposo, de cualquier otro que tenga un movimiento rectilíneo y uniforme.

b) Por otro lado, el concepto tradicional del espacio, un hipotético espacio al que, contradiciendo el mencionado principio de relatividad de Galileo, se le atribuyó el privilegio de estar en reposo.

Si a esto añadimos las consecuencias de la síntesis del electromagnetismo conseguido por Maxwell y del experimento de Michelson y Morley, todo apuntaba en la dirección de que algo fallaba en la mecánica de Newton. Del principio de relatividad de Galileo se deducía que las leyes de la mecánica de Newton debían escribirse igual en cualquier sistema de referencia inercial(SRI), esto es, en reposo o sometido a un movimiento rectilíneo uniforme. Pero esto implicaba que un objeto moviéndose con una velocidad “v” respecto a un SRI, el cual a su vez se mueve con una velocidad constante respecto a otro SRI’, entonces la velocidad del objeto respecto del SRI’ sería “v” más la velocidad a la que se mueve el SRI respecto del SRI’ (por simplicidad se esta obviando el carácter vectorial de la velocidad). Aquí es donde entraba el electromagnetismo de Maxwell, según el cual la velocidad de la luz es:

Es decir, la velocidad de propagación de la luz sólo depende de las propiedades que tenga el medio en el que se esté propagando, no del sistema de referencia desde el que se esté midiendo dicha velocidad. Algo estaba mal, o bien fallaba el electromagnetismo de Maxwell o bien algo andaba mal en la mecánica newtoniana. En este punto es donde entra el experimento que realizaron Michelson y Morley. Los cuales haciendo uso de un interferómetro pretendían medir como variaba la velocidad de la luz al moverse a través del eter, sustancia que hipotéticamente inundaba el espacio en reposo de Newton y que se introdujo para explicar la propagación de las ondas electromagnéticas. Pero el experimento mostró que la velocidad de la luz era constate e independiente del movimiento de la Tierra a través del hipotético eter, no sólo eso, sino que todos los experimentos para intentar detectar la velocidad del movimiento de la Tierra respecto del espacio absoluto en reposo fracasaron. En años posteriores a la aparición de la relatividad especial, se realizaron observaciones de la luz emitida por un sistema de estrellas binarias realizadas por el astrónomo Willem de Sitter en 1913, y posteriormente se realizaron repeticiones del experimento de Michelson y Morley usando una fuente de luz extraterrestre, como el realizado por Tomascheck en 1924 y Miller en 1925. Todas estas observaciones y experimentos ponen de relieve que el electromagnetismo de Maxwell es correcto y la velocidad de la luz es independiente de la velocidad del sistema de referencia desde el que se está tratando de medir dicha velocidad.
Bajo estas circunstancias es cuando la genial mente de Einstein propone su teoría de la relatividad especial.

Ismael Pérez Fernández.

2 comentarios:

  1. José Luis8:28 p. m.

    Cómo me gusta este pasaje de la historia de la ciencia. Y todavía falta lo mejor :D :D
    Gracias Ismael.

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