Algo sobre Einstein y sus teorías

Precisamente hoy sería el día de su cumpleaños. Albert Einstein nació el 14 de marzo de 1879.

Publicado en la edición digital de la revista "Muy Interesante"

En cierta ocasión alguien le preguntó a Einstein: “¿Dónde tiene su laboratorio?” El físico sonrió y sacó una pluma estilográfica del bolsillo. “Aquí”, dijo. Un pluma, una mesa y un cerebro fue lo único que necesitó para trastocar el edificio de la física. Además de su teoría de la relatividad especial, Einstein impulsó la mecánica cuántica, que explica el mundo subatómico, y la mecánica estadística moderna, que describe el comportamiento de un sistema con miles de millones de átomos. La química y la biotecnología deben mucho a aquel oficial de patentes que, a hurtadillas en la oficina y en el bullicio de su casa, demostró la existencia de las moléculas. En la primavera de 1905 Einstein envió una carta a su amigo Conrad Habicht donde le prometía cuatro trabajos de los cuales sólo uno merecía el apelativo de “muy revolucionario”, mientras que el resto eran, según él, “balbuceos sin importancia”.

El trabajo revolucionario le valió el Nobel en 1921. Se titulaba Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la creación y transformación de la luz y lo envió a Annalen der Physik el 17 de marzo. Tras ese abstruso título se oculta el ensayo que le convirtió en uno de los padres de la teoría cuántica, cuyas bases había puesto Planck cinco años antes. Según él, la materia absorbe y emite energía en forma de pequeños paquetes o cuantos. Einstein fue más allá y propuso que la propia luz estaba compuesta por cuantos, los fotones. Einstein afirmó que la luz se comporta, a la vez, como partícula y como onda.
Gracias a este planteamiento explicó de un plumazo el efecto fotoeléctrico, que hoy subyace en el encendido del alumbrado público o en los fotomultiplicadores de las cámaras de vídeo. Pero Einstein no se detuvo aquí. En 1917 publicó Sobre la teoría cuántica de la radiación, un artículo donde seguía explorando la interacción de la luz con la materia. En aquel trabajo predijo algo que nadie tomó en consideración hasta la década de 1950: el láser.

La clave está en los átomos

El 11 de mayo, Annalen recibía su segundo artículo, dedicado al movimiento browniano. Se dice que a Einstein le llegó la inspiración mientras conversaba con su mejor amigo, Michele Besso, acerca de la relación entre la viscosidad del líquido y el tamaño de las moléculas de azúcar disueltas: al disolverse un terrón en el té, se difunde por toda la taza y lo hace más viscoso. De esta observación, Einstein dedujo una nueva forma de determinar el tamaño de las moléculas. Ambos trabajos pretendían respaldar “la existencia de átomos de tamaño definido”. Con ellos salvó los problemas teóricos a los que se habían enfrentado los físicos del siglo XIX y contribuyó sobremanera a la llamada física estadística. Sin ella hoy sería imposible comprender desde la estructura interna de las estrellas hasta los superconductores.
Una de las aplicaciones más espectaculares de esta disciplina se da en economía. ¿Puede establecerse una relación entre ambas? Sí. En 1900, el matemático francés Bachelier descubrió que las fluctuaciones de la bolsa podían describirse usando la teoría del movimiento browniano. En particular, propuso una fórmula para fijar el precio de una opción basándose en la idea de que tales fluctuaciones seguían el mismo proceso que una molécula moviéndose en un gas. Este trabajo quedó olvidado hasta los años 70, cuando los científicos Black y Scholes usaron la física estadística para describir el mercado de opciones. Desde entonces, algunas entidades financieras contratan físicos expertos en este campo para evaluar los riesgos a los que se enfrentan en el mercado de futuros.
Más recientemente se han diseñado los denominados “trinquetes brownianos”, una versión microscópica de las ruedas dentadas de los cabrestantes, capaces de transformar el movimiento aleatorio en un desplazamiento sistemático. Algo parecido sucede con los trinquetes de los relojes, que usan el movimiento de la muñeca para darle cuerda. Gracias a ello se pueden clasificar los virus por tamaño o separar los contaminantes del agua. Pero el artículo por el que Einstein sería más conocido fue el que los editores recibieron el 11 de junio. Se titulaba "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" y en él sentaba las bases de la relatividad especial. Con él eliminaba los problemas surgidos al querer reconciliar la teoría electromagnética de Maxwell con la mecánica de Newton y el descubrimiento experimental de que la velocidad de la luz parecía ser independiente de la velocidad del observador.

Una teoría elegante

La teoría que había nacido era simple y elegante, pero el precio a pagar era elevado. Se dejó de considerar el tiempo y el espacio como entidades separadas y se empezó a hablar de un continuo espacio-tiempo que depende del observador. Lo más sorprendente es lo que Einstein mostró a los editores de Annalen el 27 de septiembre: masa y energía son intercambiables y están relacionadas a través de la fórmula E=mc2. Sin ella prácticamente ningún fenómeno atómico, ni siquiera la propia estructura de la materia, podría entenderse.