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03/10/2021

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Albert Einstein (1879-1955) es uno de los científicos más famosos de todos los tiempos, y su nombre se ha convertido casi en sinónimo de la palabra "genio". Si bien su reputación debe algo a su apariencia excéntrica y pronunciamientos ocasionales sobre filosofía, política mundial y otros temas no científicos, su verdadero reclamo a la fama proviene de sus contribuciones a la física moderna, que han cambiado toda nuestra percepción del universo y ayudaron a dar forma al universo. mundo en el que vivimos hoy.

Aquí hay un vistazo a algunos de los conceptos que cambian el mundo que le debemos a Einstein.

Tiempo espacial:

La teoría de la relatividad especial de Einstein cambió la forma en que pensamos sobre el espacio y el tiempo y estableció un límite de velocidad universal de la velocidad de la luz.

Uno de los primeros logros de Einstein, a la edad de 26 años, fue su teoría de la relatividad especial, llamada así porque se ocupa del movimiento relativo en el caso especial en el que se desprecian las fuerzas gravitacionales. Esto puede parecer inocuo, pero fue una de las mayores revoluciones científicas de la historia, que cambió por completo la forma en que los físicos piensan sobre el espacio y el tiempo. En efecto, Einstein los fusionó en un solo continuo espacio-tiempo. Una razón por la que pensamos que el espacio y el tiempo están completamente separados es porque los medimos en diferentes unidades, como metros y segundos, respectivamente. Pero Einstein mostró cómo son realmente intercambiables, vinculados entre sí a través de la velocidad de la luz aproximadamente 300000 kilómetros por segundo.

Quizás la consecuencia más famosa de la relatividad especial es que nada puede viajar más rápido que la luz. Pero también significa que las cosas comienzan a comportarse de manera muy extraña a medida que se acerca la velocidad de la luz. Si pudiera ver una nave espacial que viaja al 80% de la velocidad de la luz, se vería un 40% más corta que cuando parecía en reposo. Y si pudiera ver el interior, todo parecería moverse en cámara lenta, con un reloj que tarda 100 segundos en marcar un minuto. Esto significa que la tripulación de la nave espacial envejecería más lentamente cuanto más rápido viajen.

E = mc ^ 2:

E = mc^2 es probablemente la ecuación más famosa del mundo

Un vástago inesperado de la relatividad especial fue la célebre ecuación de Einstein E = mc^2, que es probablemente la única fórmula matemática que ha alcanzado el estatus de icono cultural. La ecuación expresa la equivalencia de masa (m) y energía (E), dos parámetros físicos que antes se creía que estaban completamente separados. En la física tradicional, la masa mide la cantidad de materia contenida en un objeto, mientras que la energía es una propiedad que tiene el objeto en virtud de su movimiento y las fuerzas que actúan sobre él. Además, la energía puede existir en ausencia total de materia, por ejemplo, en la luz o en ondas de radio. Sin embargo, la ecuación de Einstein dice que la masa y la energía son esencialmente lo mismo, siempre y cuando multiplique la masa por c^2, el cuadrado de la velocidad de la luz.

Esto significa que un objeto gana masa a medida que se mueve más rápido, simplemente porque está ganando energía. También significa que incluso un objeto inerte y estacionario tiene una gran cantidad de energía encerrada en su interior. Además de ser una idea alucinante, el concepto tiene aplicaciones prácticas en el mundo de la física de partículas de alta energía. Según el CERN, si se rompen partículas suficientemente energéticas, la energía de la colisión puede crear nueva materia en forma de partículas adicionales.

Láseres:

Los láseres son un componente esencial de la tecnología moderna y se utilizan en todo, desde lectores de códigos de barras y punteros láser hasta hologramas y comunicación por fibra óptica. Aunque los láseres no se asocian comúnmente con Einstein, fue en última instancia su trabajo el que los hizo posibles. En 1917, Einstein escribió un artículo sobre la teoría cuántica de la radiación que describía, entre otras cosas, cómo un fotón de luz que pasa a través de una sustancia podría estimular la emisión de más fotones.

Einstein se dio cuenta de que los nuevos fotones viajan en la misma dirección y con la misma frecuencia y fase que el fotón original. Esto da como resultado un efecto de cascada a medida que se producen cada vez más fotones prácticamente idénticos. Como teórico, Einstein no llevó la idea más lejos, mientras que otros científicos tardaron en reconocer el enorme potencial práctico de la emisión estimulada. Pero el mundo llegó allí al final, y la gente todavía está encontrando nuevas aplicaciones para láseres en la actualidad, desde armas anti-drones hasta computadoras súper rápidas.

Agujeros negros y agujeros de gusano:

En 1935, Einstein y Nathan Rosen describieron la posibilidad de atajos de un punto en el espacio-tiempo a otro, conocidos como puentes de Einstein-Rosen.

La teoría de la relatividad especial de Einstein mostró que el espacio-tiempo puede hacer cosas bastante extrañas incluso en ausencia de campos gravitacionales. Pero eso es solo la punta del iceberg, como descubrió Einstein cuando finalmente logró agregar gravedad a la mezcla, en su teoría de la relatividad general. Descubrió que los objetos masivos como planetas y estrellas en realidad distorsionan la estructura del espacio-tiempo, y es esta distorsión la que produce los efectos que percibimos como gravedad.

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Einstein explicó la relatividad general a través de un complejo conjunto de ecuaciones, que tienen una enorme variedad de aplicaciones. Quizás la solución más famosa a las ecuaciones de Einstein provino de la solución de Karl Schwarzschild en 1916: un agujero negro. Aún más extraña es una solución que el propio Einstein desarrolló en 1935 en colaboración con Nathan Rosen, describiendo la posibilidad de atajos de un punto en el espacio-tiempo a otro. Originalmente apodados puentes Einstein-Rosen, ahora todos los fanáticos de la ciencia ficción los conocen con el nombre más familiar de agujeros de gusano.

El universo en expansión:

Una de las primeras cosas que hizo Einstein con sus ecuaciones de la relatividad general, allá por 1915, fue aplicarlas al universo como un todo. Pero la respuesta que salió le pareció incorrecta. Implicaba que la estructura del espacio en sí estaba en un estado de expansión continua, arrastrando a las galaxias consigo, por lo que las distancias entre ellas crecían constantemente. El sentido común le dijo a Einstein que esto no podía ser cierto, por lo que agregó algo llamado la constante cosmológica a sus ecuaciones para producir un universo estático de buen comportamiento.

Pero en 1929, las observaciones de Edwin Hubble de otras galaxias mostraron que el universo realmente se está expandiendo, aparentemente de la manera que predijeron las ecuaciones originales de Einstein. Parecía el final de la línea de la constante cosmológica, que Einstein describió más tarde como su mayor error. Sin embargo, ese no fue el final de la historia. Basándonos en mediciones más refinadas de la expansión del universo, ahora sabemos que se está acelerando, en lugar de desacelerarse como debería hacerlo en ausencia de una constante cosmológica. Así que parece que el "error" de Einstein no fue un error de ese tipo, después de todo.

La bomba atómica:

A Einstein se le atribuye ocasionalmente la "invención" de las armas nucleares a través de su ecuación E = mc ^ 2, pero, el vínculo entre las dos es, en el mejor de los casos, tenue. El ingrediente clave es la física de la fisión nuclear, en la que Einstein no tuvo una participación directa. Aun así, jugó un papel crucial en el desarrollo práctico de las primeras bombas atómicas. En 1939, varios colegas lo alertaron sobre las posibilidades de fisión nuclear y los horrores que sobrevendrían si la Alemania nazi adquiriera tales armas. Eventualmente, según la Atomic Heritage Foundation, fue persuadido de transmitir estas preocupaciones en una carta al presidente de los Estados Unidos, Franklin D. Roosevelt. El resultado final de la carta de Einstein fue el establecimiento del Proyecto Manhattan, que creó las bombas atómicas utilizadas contra Japón al final de la Segunda Guerra Mundial.

Aunque muchos físicos famosos trabajaron en el Proyecto Manhattan, Einstein no se encontraba entre ellos. Se le negó la autorización de seguridad necesaria debido a sus opiniones políticas de izquierda, según el Museo Americano de Historia Natural (AMNH). Para Einstein, esto no fue una gran pérdida: su única preocupación había sido negar el monopolio de la tecnología a los nazis. En 1947, Einstein dijo a la revista Newsweek: "Si hubiera sabido que los alemanes no tendrían éxito en desarrollar una bomba atómica, nunca habría movido un dedo", según la revista Time.

Ondas gravitacionales:

Einstein murió en 1955, pero su enorme legado científico sigue siendo noticia incluso en el siglo XXI. Esto sucedió de manera espectacular en febrero de 2016, con el anuncio del descubrimiento de ondas gravitacionales, otra consecuencia más de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son pequeñas ondas que se propagan a través del tejido del espacio-tiempo, y a menudo se afirma sin rodeos que Einstein "predijo" su existencia. Pero la realidad es menos clara que eso.

Einstein nunca se decidió del todo si su teoría predecía o descartaba las ondas gravitacionales. Y a los astrónomos les llevó décadas de búsqueda decidir el asunto de una forma u otra.

Finalmente lo lograron, utilizando instalaciones gigantes como los Observatorios de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana. Además de ser otro triunfo para la teoría de la relatividad general de Einstein (aunque no estaba muy seguro de sí mismo), el descubrimiento de las ondas gravitacionales les ha dado a los astrónomos una nueva herramienta para observar el universo, incluidos eventos raros como la fusión de agujeros negros.

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