En el articulo de Albert Einstein: Rebelde y «Rockstar» de la ciencia hablábamos sobre lo peculiar que había sido su vida y los retos que tuvo que enfrentar para llegar a la cumbre de su carrera como científico. Como vimos, Albert contaba con la rebeldía de un inconforme intelectual y la imaginación de un niño. En esta parte hablaremos más a detalle de los cuatro trabajos que realizo en el año de 1905 y que él mismo considero como su Annus mirabilis.
El efecto fotoeléctrico: El 9 de Junio de ese año se publicaría el primero de los grandes trabajos de Albert en la revista Annales der Physik. Con el titulo de “Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz”, Albert confirmaría la existencia de que la luz es transmitida en pequeños paquetes llamados fotones: Tras observar la propuesta de Max Planck para la solución a un grave problema de la física, conocido como la catástrofe Ultravioleta, en la que introducía el concepto de quanta para sugerir que la energía electromagnética era transmitida en pequeños paquetes, este utiliza esta idea y termina de una vez confirmando su existencia dándole solución a otro viejo problema experimental en el que se sabía que la luz ultravioleta podía permitir el paso de corriente en dos cables que se encontraban a una cierta distancia separados. Finalmente, la explicación de Albert sería que los fotones de cierta energía eran capaces de proporcionarle a los electrones de la superficie de los átomos del cable la suficiente fuerza para que estos fueran arrancados hacía el otro extremo, a esto se le llamaría el efecto fotoeléctrico. Este fue el primer gran paso hacía la mecánica cuántica al introducir Albert la dualidad onda-particula dentro de su descubrimiento. (Sería bueno pronto hablar de esto).
Movimiento Browniano: El 18 de Julio se publicaría el siguiente. Titulado como “Sobre el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario”, Albert modela el comportamiento observado en las partículas que se encontraban suspendidas en algún fluido y da con la prueba de la existencia tanto de las moléculas como los átomos. El nombre que recibe este fenómeno se debe al merito que se le da al botánico Robert Brown de haberlo descubierto en 1927. Brown se encontraba estudiando los granos de polen de la planta Clarkia Pulchella que se encontraban suspendidos en el agua con su microscopio cuando observo pequeñas partículas expulsadas de los granos de polen realizando un movimiento muy peculiar. Cuando repitió el experimento con diferentes tipos de partículas, se dio cuenta que este fenómeno se seguía observando y que estaba relacionado de alguna manera con la dinámica de estas( Tu mismo podrías ver este fenómeno, basta con que observes el movimiento de las particulas de polvo que pasan frente a una ventana bien iluminada). El fenómeno no había podido ser explicado hasta que Albert, haciendo uso de las herramientas de la Física Estadística, dio con el modelo que predecía este comportamiento. Dicho movimiento era causado por los impactos que recibían las partículas por las moléculas que constituían el fluido, ademas su modelo permitía determinar la constante de Avogadro, una cantidad que determina el numero de átomos y moléculas que contiene una sustancia.
Relatividad Especial: El 26 de septiembre se publicaría el titulado «Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”. Albert había llegado a la impactante conclusión de que tiempo y espacio son relativos según a la velocidad que tuviera el observador. Tal revelación no hubiera llegado a él de no ser por los trabajos previos realizados a consecuencia de uno de los resultados más inexplicables obtenidos por la ciencia, era el experimento Michelson-Morle: Tiempo atrás, como se sabía que el sonido no eran más que vibraciones en las moléculas del aire, se creía que las ondas electromagnéticas (O luz como la conocemos) eran el resultado de la vibración de un medio que denominaron como el Eter, el problema es que no se había comprobado de alguna manera que este existía. Como se teorizaba que era un medio perturbable por la misma razón de que podía vibrar, era de esperar que efectos como el rotamiento y desplazamiento de la tierra podía realizar cambios en este y poder medirlos con la ayuda de la ya establecida velocidad de la luz, pues ya para esos tiempos, James Clerk Maxwell (Entre 1861 y 1862) había dado con la respuesta de que electricidad y magnetismo eran parte de un mismo fenómeno al que llamo electromagnetismo y dentro de sus ecuaciones se llegaba magicamente a la velocidad de la luz como la mediadora de las interacciones electromagnéticas. Para poder medir dichos fenomenos en la sustancia, Albert A. Michelson y Edwar Morley diseñaron para el experimento un interferómetro en el que se medía el recorrido de dos rayos de luz que viajaban de ida y vuelta la misma distancia, cada uno perpendicular con respecto del otro, y de haber cambios en uno con respecto al tiempo de llegada del otro, este mostraría una interferencia causada por las ondas fuera de fase.
Dentro del esquema que se encuentra arriba se trazan con las lineas punteadas los que hubieran sido sus recorrido con respecto a la rotación de la tierra, mientras las continuas mostrarían el caso en el que la tierra fuera totalmente estática, cosa que no era posible. De igual manera se muestra que las ondas que se esperarían con la rotación de la tierra se encontrarían fuera de fase por la diferencía en sus tiempos de llegada, mientras que en el caso estático, ambas ondas incidian al mismo momento, lo que implicaba que estaban en fase.
Sin embargo, los resultados fueron sorprendentes, nunca hubo interferencia, los resultados mostraban claramente las medidas de dos ondas en fase. Esto desconcerto a la comunidad científica y se buscaron varias explicaciones en las que trabajaron cientificos destacados como Henri Poincaré y Hendrik Lorentz. Pero no fue hasta que Albert llego con una solución más elegante e intuitiva, en la que derivaba las mismas formulas a las que habían llegado los demas cientificos pero a partir de otra explicación. La conclusión de su trabajo que había publicado marcaba que sin importar el movimiento relativo del observador respecto al rayo de luz, este siempre media que el rayo de luz viajaba a la misma velocidad. Con esto sugian fenomenos tales como la contracción en el espacio en la dirección al movimiento de los objetos como la dilatación del tiempo que experimentaban, estos proporcionales a la velocidad que adquirían.
Este fenomeno traía consigo otras consecuencias, una de ellas es visible en el famoso experimento mental del tren y los rayos. El experimento consiste en dos observadores, uno que se encuentra dentro y ubicado en el centro de un hipotético tren con la capacidad de adquirir una velocidad cercana a la de la luz, mientras que el otro estaría afuera observando. Al momento de que el tren pasa y los dos observadores quedan alineados, para el observador estático dos rayos golpearían al mismo tiempo la punta y cola del tren, esto es por que las ubicaciones donde cayeron los rayos se encontrarían a una misma distancia de este y a la luz de los destellos les tomaría el mismo tiempo en llegar hasta sus ojos. Sin embargo, para aquel que esta dentro del tren, su movimiento marcaria una diferencia, primero vería caer un rayo y despues el otro, ¡Para un observador los dos sucesos eran simultaneos mientras que para el otro ocurrian en diferentes momentos!
La equivalencia entre masa y energia: Finalmente, el 21 de noviembre, a partir de lo que había descubierto con sus trabajos de la relatividad especial publicaría el ultimo de sus papeles del año. Titulado «¿La inercia de un cuerpo depende de su contenido energetico?», Albert comienza a jugar con las relaciones y conceptos matemáticos con los que había relacionado la dinamica de los cuerpos Newton a partir de lo que había descubierto en su trabajo anterior, llegando a las predicciones de que conforme los cuerpo se iban acercando a la velocidad de la luz estos incrementaban en masa; este incremento se vuelve tan bestial a velocidades cercanas a la de la luz que por conclusión para los cuerpos con masa era imposible moverse a la velocidad de la luz. Con esto se cambiaba completamente el concepto de momento y, por lo tanto, los cálculos de la energía de los objetos tenía que ser redefinida. Al hacer esto Albert, sus ecuaciones lo llevarían a la famosa predicción de que un cuerpo en estado de reposo tendría consigo cierta energia que correspondería a su masa, o en pocas palabras, como comunmente la conocemos, E= mc2, donde E, que es la energía, sería igual a la masa m del cuerpo en reposo multiplicado por la velocidad de la luz al cuadrado. Como dice esta parte de su trabajo, aquella cantidad que medimos y establecemos por su oposición a ser movida o detenida, son consecuencia de otras energias que desconocemos, tanto de la composición de las particulas más fundamentales como de la misma dinámica que tienen estas en los cuerpos. En mi articulo ya mencionado sobre la vida de Albert, explique el detalle que se tenía con la luz, en el que esta en ausencia de masa su energía sería cero según esta pequeña fórmula que todos conocemos. La ecuación que realmente describe la energía de los cuerpos en velocidad constante es esta: E2 = m2c4 + p2c2. Si observamos, el nuevo elemento p representa el momento que no es mas que la masa que tiene el objeto estando en movimiento multiplicado velocidad. En el objeto en reposo esta p tendría un valor de cero llevandonos a la conclusión de Einstein, pero en el caso de la luz, p adquiere su valor de otra manera. Gracias al trabajo de Max Plank, la constante con su nombre llevo a determinar el momento de un fotón, lo cual nos llevaría a la conclusión de que al ser cero su masa su energía es igual su momento multiplicado por la velocidad de la luz o E=pc. A sido tan precisa esta ecuación que de no ser por ella no se hubieran podido llegar al estudio de la composición de los cuerpos, y con esto, al descubrimiento de las particulas elementales que nos conforman.
Con esto Albert demostraría que con su gran ingenio y capacidad para comprender las piezas fundamentales de los problemas de su epoca, finalmente abriría paso a una revolución científica con la que cimentaría las bases para el descubrimiento de la Física Cuántica (De la cual pienso hablar mas tarde) y comenzaría con su gran odisea para llegar a la Relatividad General .
