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Material tema átomo 4º ESO

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1.-Experiencias previas a Rhutherford

Videos interesante en el que se muestra los tubos de descarga, los rayos anódicos y catódicos:

http://www.youtube.com/watch?feature=pl

ayer_detailpage&v=vIf9sTeKUTo

http://www.youtube.com/watch?v=0cUOr

QcY1pg&feature=player_detailpage

Modelo Atómico de Ernest Rutherford

Basado en los resultados de su trabajo, que demostró la existencia del núcleo

atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en

un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran

alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.

El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría

describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, (por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear).

I (experiencia) II (esquema de la materia)

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III (cómo es el átomo) IV (cómo es el átomo)

En 1900 Rutherford, (con la colaboración de Geiger y Marsden), soporta y

verifica su teoría con el experimento, hoy muy famoso, de la lámina de oro. El experimento era simple, bombardearon una placa de oro muy delgada con

partículas alfa, procedentes de una fuente radioactiva. Colocaron una pantalla de ZnS, fluorescente, por detrás de la capa de oro para observar la dispersión de las partículas alfa en ella.

Se demostró que la dispersión de partículas alfa con carga positiva, era

ocasionada por repulsión de centros con carga positiva en la placa de oro, igualmente se cumplía con placas de metales distintos, pudiéndose concluir que cada átomo contenía un centro de masa diminuto con carga positiva que denomino núcleo atómico. La mayoría de las partículas alfa atraviesan las placas

metálicas sin desviarse, porque los átomos están constituidos, en su mayoría, por espacios vacíos colonizados tan sólo por electrones muy ligeros. Las pocas partículas que se desvían son las que llegan a las cercanías de núcleos metálicos pesados con cargas altas.

Gracias a estos desarrollos experimentales de Rutherford, éste pudo determinar las magnitudes de las cargas positivas de los núcleos atómicos. Los cálculos que se basan en los resultados del experimento indican que el diámetro de la “porción desocupada” del átomo del átomo es de 104 a 105 veces mayor que el diámetro del núcleo.

Los aspectos más importantes del Modelo atómico de Rutherford son:

El átomo posee un núcleo central en el que su masa y su carga positiva.

El resto del átomo debe estar prácticamente vacío, con los electrones formando una corona alrededor del núcleo.

El átomo es estable, debido a que los electrones mantienen un giro alrededor del núcleo, que genera una fuerza centrifuga que es igualada por la fuerza eléctrica de atracción ejercida por el núcleo, y que permite que se mantenga en su órbita

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Comentario del profesor:

La neutralidad del átomo se debe a que la carga positiva total presente en el núcleo, es igualada por el número de electrones de la corona.

Cuando los electrones son obligados a salir, dejan a la estructura con carga positiva (explica los diferentes rayos).

Existen dos conceptos que caracterizan los núcleos atómicos:

o El numero másico: es el número de partículas que hay en su núcleo, es decir,

la suma del número de protones (Z) y del número de neutrones (n).Se simboliza con la letra A.

o El número atómico: indica el número de protones que hay en el núcleo de un átomo. Coincide con el número de electrones si el átomo es neutro. Se simboliza con la letra Z.

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RELACIÓN DE PROBLEMAS

1. Expresa el significado de los cuatro números cuánticos, y los valores que pueden adoptar, poned

ejemplo

2. De los siguientes grupos de valores (n, 1, m,s), ¿cuáles son correctos y cuáles no?: (2,1, 0,1/2) (2,2,,1,-1/2) (0,-1,0,1/2) (2, 1, 1,1/2) (3,2, -1, -1/2). Tacha donde fallan.

3. Razona si serían posibles cada uno de los grupos de números cuánticos para un

electrón y denomina el correspondiente orbital atómico: a) n=1, l=0, m=0, s =+1/2; b) n=1, l=3, m=3, s =+1/2; c) n=2, l= 1, m=-1, s=-1/2; d)n=5, l=2, m=2, s=-1/2.. Tacha

donde fallan.

4. Conteste las siguientes cuestiones relativas a un elemento con Z = 7 y A = 14. Número de protones, neutrones y electrones.

5. Justifica de los siguientes grupos de valores de números cuánticos, cuáles son posibles y cuáles

no. a)n=3 1=2 m=-2 s=+1/2; b) n=4 1=0 m=+1 s=+1/2; c) n=2 1=2 m=-1 s=-1/2; d)n=2 1=1 m= 0 s= 0

6. Indicar el número máximo de electrones que se pueden colocar en la capa n = 3.

7. ¿Cuántos electrones tienen las especies He, He

+, He

2+

8. ¿Qué inconvenientes presenta el modelo atómico de Rutherford?

9. Un átomo de Cs tiene 55 protones y un A igual a 133. ¿Cuántos neutrones tiene y cuál es su Z?

10. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiené el

100Br?Escribe un ion isolelectrónico de él que

sea positivo y otro que sea negativo

11. Si el número de partículas elementales que tiene un átomo es un número entero, ¿cómo explicas que la masa atómica de un elemento sea un número fraccionario?

12. Postulados de Börh

13. Concepto de orbital.

14. Explica en qué consiste el espectro de hidrógeno y el significado de las líneas

15. Dónde falla Dalton

16. Significados números cuánticos.

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Situación Ion más

estable Configuración electrónica

Otros datos

/anotaciones

Símbolo Grupo Periodo A Z P+ e

- N

3517Cl

Es isolectrónico

con S 1-

50 33

12 13

1 4 30

23 37

100 47

25 (Ar) 4s2 3d

10 4p

4

3016S

30 17 14

Son iones

16 18 14

16 15 14

30 14 14

12585At

Se produce

salto Z 57 a 72 40 (Xe) 6s

2 4f

14 5d

10

15 6 133

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SOLUCIÓN

Situación Ion más

estable Configuración electrónica

Otros datos

/anotaciones Símbolo Grupo Periodo A Z P

+ e

- N

3517Cl 17 3 35 17 17 17 18

3517Cl

1- (Ne) 3s

2 3p

5

Es

isolectrónico

con S 1-

5033As 15 4 50 33 33 33 17

5033As

3- (Ar) 4s

2 3d

10 4p

4

2512Mg 2 3 25 12 12 12 13

2512Mg

2+ (Ne) 3s

2

3019K 1 4 30 19 19 19 11

3019K

1+ (Ar) 4s

1

6023V 5 4 60 23 23 23 37

6023V

5+ (Ar) 4s

2 3d

3

10053I 17 5 100 53 53 53 47

10053I

1- (Kr) 5s

2 4d

10 5p

5

5934Se 16 4 59 34 34 34 25

5934Se

2- (Ar) 4s

2 3d

10 4p

4

3016S 16 3 30 16 16 16 14

3016S

2- (Ne) 3s

2 3p

4

3016S

1- 16 3 30 16 16 17 14 ----------

(Ne) 3s2 3p

4¡¡gana un

electrón!! (Ne) 3s2 3p

5

Son iones

3016S

2- 16 3 30 16 16 18 14 ----------

(Ne) 3s2 3p

4¡¡gana dos

electrones!! ( (Ne) 3s2 3p

6

3016S

1+ 16 3 30 16 16 15 14 ----------

(Ne) 3s2 3p

4¡¡pierde un

electrón!! ( (Ne) 3s2 3p

3

3016S

2+ 16 3 30 16 16 14 14 ----------

(Ne) 3s2 3p

4¡¡pierde dos

electrones!! ( (Ne) 3s2 3p

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12585At 17 6 125 85 85 85 40

12585At

1- (Xe) 6s

2 4f

14 5d

10 6p

5

Se produce

salto Z 57 a 72

12080Hg 12 6 120 80 80 80 40

--------------- (Xe) 6s

2 4f

14 5d

10

13383Bi 15 6 133 83 83 83 50

13383Bi

3- (Xe) 6s

2 4f

14 5d

10 6p

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Biografías relacionadas con el estudio del átomo

Joseph John Thomson

(Cheetham Hill, Reino Unido, 1856 - Cambridge, id., 1940) Físico británico. Hijo de un librero, Joseph John Thomson estudió en el Owens College y más tarde en la

Universidad de Manchester y en el Trinity College de Cambridge. Se graduó en matemáticas en 1880, ocupó la cátedra Cavendish y, posteriormente, fue nombrado director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.

Thomson investigó la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que los campos eléctricos podían provocar la desviación de éstos. Llevó a cabo numerosos experimentos sobre su desviación, bajo el efecto combinado de campos eléctricos y magnéticos,

buscando la relación existente entre la carga y la masa de la partículas, proporcionalidad que se mantenía constante aun cuando se alterase el material del cátodo.

Joseph John Thomson

En 1897 descubrió una nueva partícula y demostró que era aproximadamente mil veces más ligera que el hidrógeno. Esta partícula sería bautizada con el nombre de electrón, designación propuesta años antes por el irlandés George Johnstone Stoney, que había teorizado sobre su existencia. Joseph John Thomson fue, por lo tanto, el primero que

identificó partículas subatómicas, y llegó a importantes conclusiones sobre estas partículas cargadas negativamente: con el aparato que construyó obtuvo la relación entre la carga eléctrica y la masa del electrón.

Thomson examinó además los rayos positivos, estudiados anter iormente por Eugen Goldstein, y en 1912 descubrió el modo de utilizarlos en la separación de átomos de diferente masa. El objetivo se consiguió desviando los rayos positivos en campos

eléctricos y magnéticos, método que en la actualidad se llama espectrometría de masas. Con esta técnica descubrió que el neón posee dos isótopos, el neón-20 y el neón-22.

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Todos estos trabajos sirvieron a Thomson para establecer un nuevo modelo de la estructura del átomo que resultó incorrecto, pues suponía que las partículas cargadas positivamente se encontraban mezcladas homogéneamente con las negativas.

Thomson recibió el premio Nobel de Física en 1906 por sus estudios acerca del paso de la electricidad a través del interior de los gases. Calculó la cantidad de electricidad transportada por cada átomo y determinó el número de moléculas por centímetro

cúbico. Escribió varias obras, entre las que destacan The Discarge of Electricity Through Gases, Conduction of Electricity Through Gases, The Corpuscular Theory of Matter, The Electron in Chemistry y Recollections and Reflections. En 1937, su hijo George Paget Thomson obtuvo también el premio Nobel de Física por el descubrimiento de la difracción de los electrones.

George Johnstone Stoney

(Oakley Park, 1826 - Londres, 1911) Físico y matemático irlandés. Se formó en el Trinity College de la capital irlandesa y ejerció la docencia en la Queen's University, de la que fue también secretario. Estudioso de la estructura de la materia, se dedicó a realizar una primera evaluación del número de Avogadro.

George Johnstone Stoney

En 1874 estableció la hipótesis según la cual la electricidad era creada por unos corpúsculos elementales que llamó electrones, cuya carga intentó calcular. Años después, en 1897, la intuición de George Johnstone Stoney sobre la naturaleza de la

electricidad fue confirmada por el físico inglés Joseph John Thomson, que demostró que el flujo de la corriente eléctrica consistía en corpúsculos individuales (a los que acabaría por llamarse electrones en honor a Stoney), todos ellos con la mis ma relación de carga eléctrica con respecto a la masa (e/m).

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Eugen Goldstein

(Gleiwitz, 1850 - Berlín, 1930) Físico alemán. Colaborador del Observatorio de Berlín y del Instituto de Física Técnica, fue el descubridor de los rayos positivos o canales e introdujo el término «rayos catódicos». Estudió también los espectros atómicos.

Eugen Goldstein

Profesor de física en la Universidad de Berlín desde 1888, Eugen Goldstein llevó a cabo, con la ayuda de la Academia alemana de Ciencias, numerosos experimentos sobre las descargas eléctricas en el vacío que le llevaron al descubrimiento de los rayos canales. El estudio de las trayectorias de tales rayos conduciría en 1913 a Thomson y a

Aston al descubrimiento de los isótopos. Goldstein hizo la primera comunicación de su descubrimiento a la Academia de Berlín en 1886 y prosiguió sus investigaciones sobre el mismo tema hasta aproximadamente 1915. En 1930 sus estudios, que se encontraban diseminados en publicaciones alemanas, fueron reunidos y publicados por Gehrcke con el título de Rayos Canales.

Goldstein observó que, al producirse una descarga eléctrica en un tubo que contuviera

un gas rarificado, empleando como electrodo negativo (cátodo) una lámina metálica normal al eje del tubo y provista de unos agujeritos, se veían partir de los propios agujeros brillantes rayas rectilíneas dirigidas a la parte opuesta a la ocupada por el electrodo positivo (ánodo). Si el gas contenido en el tubo era aire, las rayas presentaban

un hermoso color amarillo. La forma rectilínea hizo en seguida pensar en rayos que se propagasen en línea recta. Goldstein dio entonces a estas rayas el nombre de rayos canales, queriendo con ello significar que salían de los canales practicados en el cátodo.

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Este curioso nombre (que debía ser provisional, en espera de que se revelase la naturaleza del fenómeno) se impuso en el uso y ha pasado al vocabulario científico internacional. Del hecho de que dos haces de rayos canales puedan cruzarse sin estorbarse, y del hecho de que no parecían influenciables por medio de campos

eléctricos ni magnéticos, Goldstein excluyó que se pudiese tratar de partículas de materia cargadas de electricidad y lanzadas a grandes velocidades. Pero luego se demostró que tal punto de vista era equivocado, y hoy se sabe que los rayos están constituidos de partículas cuyo peso es del orden del átomo y que, formados en las

proximidades del cátodo, atraviesan los agujeritos a velocidades altísimas, y continúan propagándose en línea recta por inercia.

Eugen Goldstein desarrolló todas las variaciones posibles sobre el tema de los rayos canales, experimentando con cátodos de las más variadas formas y disposiciones. Es notable la fantasía que demostró en este aspecto del trabajo, y resultó ser precioso el material experimental recogido por él, pues contribuyó no poco a la solución del problema de los rayos canales.

El descubrimiento de estos rayos, que ya fue debidamente apreciado en su tiempo,

constituyó después una de las piedras fundamentales para la construcción de la física contemporánea. En efecto, gracias a los rayos canales se dispuso por primera vez de enjambres de átomos en movimiento rápido y ordenado, cuya aplicación resultaría fecundísima en varias ramas de la física atómica, como, por ejemplo, en el estudio de los isótopos.

George Paget Thomson

(Cambridge, 1892 - 1975) Físico británico. Hijo único de Sir J. J. Thomson, descubridor del electrón, siguió los pasos de su padre realizando una brillante carrera universitaria en el Trinity College de Cambridge. Al término de sus estudios participó en la Primera Guerra Mundial, inicialmente como soldado de infantería y, desde 1915, integrado al Royal Flying Corps para estudiar la estabilidad de los aviones.

George Paget Thomson

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Después de la guerra se incorporó al Cavendish Laboratory, dirigido a la sazón por su padre, con quien colaboró en el estudio del comportamiento de las partículas positivas en las descargas eléctricas en gases. En 1922 fue nombrado profesor en la Universidad de Aberdeen, donde realizó una serie de experimentos, en colaboración con A. Reid,

que pusieron de manifiesto la difracción de un haz de electrones al atravesar una sustancia cristalina, confirmando así las teorías de Louis de Broglie acerca de la dualidad onda-corpúsculo; estas investigaciones le valieron la concesión, en 1937, del Premio Nobel de física, que compartió con el estadounidense Clinton J. Davisson,

quien, de manera independiente, había demostrado igualmente la difracción de los electrones.

En 1930 fue nombrado profesor de física en el Imperial College de Londres, donde se dedicó a investigaciones en el campo de la fisión nuclear, formando parte del comité asesor del gobierno británico sobre la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial. En 1943 le fue concedido el título de Sir, y en 1952 fue nombrado director del Corpus Christi College de Cambridge, cargo que ocupó hasta su jubilación en 1962.

Entre sus obras cabe destacar Aerodinámica aplicada (Applied Aerodynamics, 1919); El átomo (The

Atom, 1930); Conducción de la electricidad por los gases (Conduction of Electricity Through Gases, 1928-1933, 2 vols.), en colaboración con su padre; Mecánica ondulatoria del electrón libre (Wave Mechanics of the Free Electron, 1930); Teoría y práctica de la difracción de electrones (Theory and

Practice of Electron Diffraction, 1939), con W. Cochrane; El futuro previsible (The Foreseeable Future, 1955); La inspiración de la ciencia (The Inspiration of Science, 1964), y J. J. Thomson y el laboratorio Cavendish (J. J. Thomson and the Cavendish Laboratory, 1964).

Louis de Broglie

(Louis-Victor Broglie, príncipe de Broglie; Dieppe, Francia, 1892-París, 1987) Físico francés. Miembro de una familia perteneciente a la más distinguida nobleza de Francia,

sus parientes destacaron en un amplio rango de actividades, como pueden ser la política, la diplomacia o la carrera militar. Su hermano Maurice, de quien De Broglie heredó el título de duque tras su fallecimiento, destacó así mismo en el campo de la física experimental concerniente al estudio del átomo.

Louis de Broglie

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Por su parte, Louis-Victor centró su atención en la física teórica, en particular en aquellos aspectos a los que se refirió con el nombre de «misterios» de la física atómica, o sea, a problemas conceptuales no resueltos en aquel entonces por la ciencia. Estudió física teórica en La Sorbona de París, y, persuadido por su familia, historia de Francia. Finalmente, se doctoró en física en esta misma universidad.

En su tesis doctoral, habiendo entrado previamente en contacto con la labor de

científicos de la talla de Einstein o Planck, abordó directamente el tema de la naturaleza de las partículas subatómicas, en lo que se vino a constituir en teoría de la dualidad onda-corpúsculo, según la cual las partículas microscópicas, como pueden ser los electrones, presentan una doble naturaleza, pues, además de un anteriormente

identificado comportamiento ondulatorio, al desplazarse a grandes velocidades se comportan así mismo como partículas materiales, de masa característica, denominada masa relativista, lógicamente muy pequeña y debida a la elevada velocidad.

Esta nueva concepción teórica sobre la naturaleza de la radiación completamente revolucionaria prontó encontró una contrastación experimental (efecto Compton, en el que se fundamenta el diseño de las células fotoeléctricas) De Broglie fue galardonado con el Premio Nobel de Física del año 1929.

Clinton Joseph Davisson

(Bloomington, 1881 - Charlottesville, 1958) Físico norteamericano. Cursó estudios en la universidad de Chicago y consiguió el doctorado en Princeton. Trabajó en el Carnegie Institute of Technology, donde permaneció desde 1911 a 1917. En 1925 entró a trabajar en los laboratorios de Bell en Nueva York.

Clinton Davisson

Junto a L. H. Germer, descubrió en 1927 la difracción de los flujos de electrones proyectados contra un cristal de níquel, confirmando de esta forma las teorías de Broglie. Juntos midieron la emisión de electrones de una lámina de platino bañada de

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óxido y bajo los efectos de un bombardeo iónico. Intentaban mostrar que la emisión de iones no depende del bombardeo por iones positivos debido a las trazas de oxígeno del tubo.

Ampliaron su investigación estudiando la emisión electrónica en presencia de un bombardeo de electrones, y descubrieron que un pequeño número de electrones primarios con toda la energía del haz inc idente eran desviados hacia atrás junto con los numerosos electrones secundarios de baja energía.

En 1927, Davisson probó la difracción de haces electrónicos al ser reflejados por

cristales de níquel, exhibiendo la longitud de onda pronosticada por Broglie. Le fue concedido el premio Nobel de Física en 1937 por el descubrimiento experimental de la difracción antes mencionada, premio que compartió con George Thomson, que de forma independiente descubrió también fenómenos de interferencia y difracción durante el paso de los electrones a través de finas capas de cristales.

Max Planck

(Ernst Karl Ludwig Planck; Kiel, actual Alemania, 1858-Gotinga, Alemania, 1947) Físico alemán. Dotado de una extraordinaria capacidad para disciplinas tan dispares como las artes, las ciencias y las letras, se decantó finalmente por las ciencias puras, y siguió estudios de física en las universidades de Munich y Berlín; en ésta tuvo como profesores a Helmholtz y Kirchhoff.

Max Planck

Tras doctorarse por la Universidad de Munich con una tesis acerca del segundo principio de la termodinámica (1879), fue sucesivamente profesor en las universidades de Munich, Kiel (1885) y Berlín (1889), en la última de las cuales sucedió a su antiguo

profesor, Kirchhoff. Enunció la ley de Wien (1896) y aplicó el segundo principio de la

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termodinámica, formulando a su vez la ley de la radiación que lleva su nombre (ley de Planck, 1900).

A lo largo del año 1900 logró deducir dicha ley de los principios fundamentales de la termodinámica, para lo cual partió de dos suposiciones: por un lado, la teoría de L. Boltzmann, según la cual el segundo principio de la termodinámica tiene carácter estadístico, y por otro, que el cuerpo negro absorbe la energía electromagnética en cantidades indivisibles elementales, a las que dio el nombre de quanta (cuantos).

El valor de dichos cuantos debía ser igual a la frecuencia de las ondas multiplicada por

una constante universal, la llamada constante de P lanck. Este descubrimiento le permitió, además, deducir los valores de constantes como la de Boltzmann y el número de Avogadro.

Ocupado en el estudio de la radiación del cuerpo negro, trató de describir todas sus características termodinámicas, e hizo intervenir, además de la energía, la entropía. Conforme a la opinión de L. Boltzmann de que no lograría obtener una solución

satisfactoria para el equilibrio entre la materia y la radiación si no suponía una discontinuidad en los procesos de absorción y emisión, logró proponer la «fórmula de Planck», que representa con exactitud la distribución espectral de la energía para la radiación del llamado cuerpo negro. Para llegar a este resultado tuvo que admitir que los

electrones no podían describir movimientos arbitrarios, sino tan sólo determinados movimientos privilegiados y, en consecuencia, que sus energías radiantes se emitían y se absorbían en cantidades finitas iguales, es decir, que estaban cuantificadas.

La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del siglo XX, e influyó tanto en Albert Einstein (efecto fotoeléctrico) como en Niels Bohr (modelo de átomo de Bohr). El primero concluyó, en 1905, que la única explicación válida para el

llamado efecto fotoeléctrico consiste en suponer que en una radiación de frecuencia determinada la energía se concentra en corpúsculos (cuantos de luz, conocidos en la actualidad como fotones) cuyo valor es igual al producto de la constante de Planck por dicha frecuencia. A pesar de ello, tanto Planck como el propio Einstein fueron reacios a

aceptar la interpretación probabilística de la mecánica cuántica (escuela de Copenhague). Sus trabajos fueron reconocidos en 1918 con la concesión del Premio Nobel de Física por la formulación de la hipótesis de los cuantos y de la ley de la radiación.

Fue secretario de la Academia Prusiana de Ciencias (1912-1938) y presidente de la Kaiser Wilhelm Gesellschaft de Ciencias de Berlín (1930-1937) que, acabada la

Segunda Guerra Mundial, adoptó el nombre de Sociedad Max Planck. Su vida privada estuvo presidida por la desgracia: contrajo nupcias en dos ocasiones, sus cuatro hijos murieron en circunstancias trágicas y su casa quedó arrasada en 1944 durante un bombardeo; recogido por las tropas estadounidenses, fue trasladado a Gotinga, donde residió hasta su muerte.

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Albert Einstein

Albert Einstein sigue siendo una figura mítica de nuestro tiempo; más, incluso, de lo que llegó a serlo en vida, si se tiene en cuenta que su imagen, en condición de póster y exhibiendo un insólito gesto de burla, se ha visto elevada a la dignidad de icono doméstico, junto a los ídolos de la canción y los astros de Hollywood.

Sin embargo, no son su genio científico ni su talla humana los que mejor lo explican

como mito, sino, quizás, el cúmulo de paradojas que encierra su propia biografía, acentuadas con la perspectiva histórica. Al Einstein campeón del pacifismo se le recuerda aún como al «padre de la bomba»; y todavía es corriente que se le atribuya la demostración del principio de que «todo es relativo» a él, que luchó encarnizadamente

contra la posibilidad de que conocer la realidad significara jugar con ella a la gallina ciega.

Albert Einstein nació en la ciudad bávara de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de Suabia. Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época.

El pequeño Albert fue un niño quieto y ensimismado, que tuvo un desarrollo intelectual

lento. El propio Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única persona que elaborase una teoría como la de la re latividad: «un adulto normal no se inquieta por los problemas que plantean el espacio y el tiempo, pues considera que todo lo que hay que saber al respecto lo conoce ya desde su primera infancia. Yo, por el contrario, he

tenido un desarrollo tan lento que no he empezado a plantearme preguntas sobre el espacio y el tiempo hasta que he sido mayor».

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En 1894, las dificultades económicas hicieron que la familia (aumentada desde 1881, por el nacimiento de una hija, Maya) se trasladara a Milán; Einstein permaneció en Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al año siguiente. En el otoño de 1896, inició sus estudios superiores en la Eidgenossische

Technische Hochschule de Zurich, en donde fue alumno del matemático Hermann Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional introducido por las teorías de su antiguo alumno. El 23 de junio de 1902, empezó a prestar sus servicios en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual de Berna,

donde trabajó hasta 1909. En 1903, contrajo matrimonio con Mileva Maric, antigua compañera de estudios en Zurich, con quien tuvo dos hijos: Hans Albert y Eduard, nacidos respectivamente en 1904 y en 1910. En 1919 se divorciaron, y Einstein se casó de nuevo con su prima Elsa.

Durante 1905, publicó cinco trabajos en los Annalen der Physik : el primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de Zurich, y los cuatro restantes acabaron

por imponer un cambio radical en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De éstos, el primero proporcionaba una explicación teórica, en términos estadísticos, del movimiento browniano, y el segundo daba una interpretación del efecto fotoeléctrico basada en la hipótesis de que la luz está integrada por cuantos individuales, más tarde

denominados fotones; los dos trabajos restantes sentaban las bases de la teoría restringida de la relatividad, estableciendo la equivalencia entre la energía E de una cierta cantidad de materia y su masa m, en términos de la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz, que se supone constante.

Einstein con Elsa, su segunda esposa

El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que se le concedió en 1921 lo fue exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del efecto

fotoeléctrico». En 1909, inició su carrera de docente universitario en Zurich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zurich en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus estudios. En 1914 pasó a Berlín como miembro de la Academia de Ciencias prusiana. El estallido de la Primera Guerra Mundial le forzó a

separarse de su familia, por entonces de vacaciones en Suiza y que ya no volvió a reunirse con él.

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Contra el sentir generalizado de la comunidad académica berlinesa, Einstein se manifestó por entonces abiertamente antibelicista, influido en sus actitudes por las doctrinas pacifistas de Romain Rolland. En el plano científico, su actividad se centró, entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento de la teoría general de la relatividad, basada

en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuum espacio-tiempo. La confirmación de sus previsiones llegó en 1919, al fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó como el nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a multiplicar

sus conferencias de divulgación por todo el mundo y popularizando su imagen de viajero de la tercera clase de ferrocarril, con un estuche de violín bajo el brazo.

Durante la siguiente década, Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática entre el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física: descubrir las leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el comportamiento de todos los objetos

del universo, desde las partículas subatómicas hasta los cuerpos estelares. Tal investigación, que ocupó el resto de su vida, resultó infructuosa y acabó por acarrearle el extrañamiento respecto del resto de la comunidad científica.

Einstein tocando el violín, una de sus aficiones favoritas

A partir de 1933, con el acceso de Hitler al poder, su soledad se vio agravada por la necesidad de renunciar a la ciudadanía alemana y trasladarse a Estados Unidos, en donde pasó los últimos veinticinco años de su vida en el Instituto de Estudios Superiores de Princeton, ciudad en la que murió el 18 de abril de 1955.

Einstein dijo una vez que la política poseía un valor pasajero, mientras que una ecuación

valía para toda la eternidad. En los últimos años de su vida, la amargura por no hallar la fórmula que revelase el secreto de la unidad del mundo hubo de acentuarse por la necesidad en que se sintió de intervenir dramáticamente en la esfera de lo político. En 1939, a instancias de los físicos Leo Szilard y Paul Wigner, y convencido de la

posibilidad de que los alemanes estuvieran en condiciones de fabricar una bomba atómica, se dirigió al presidente Roosevelt instándole a emprender un programa de investigación sobre la energía atómica.

Luego de las explosiones de Hiroshima y Nagasaki, se unió a los científicos que buscaban la manera de impedir el uso futuro de la bomba y propuso la formación de un gobierno mundial a partir del embrión constituido por las Naciones Unidas. Pero sus

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propuestas en pro de que la humanidad evitara las amenazas de destrucción individual y colectiva, formuladas en nombre de una singular amalgama de ciencia, religión y socialismo, recibieron de los políticos un rechazo comparable a las críticas respetuosas que suscitaron entre los científicos sus sucesivas versiones de la idea de un campo unificado.

BIOGRAFÍA

879 Nace en Ulm. 1919

Divorciado de Mileva, contrae matrimonio con Elsa, una prima suya.

1896 Inicia sus estudios superiores en el Instituto Federal de Tecnología de Zurich.

1920

Conoce a Leo Szilard, con quien desarrollará inventos como un

frigorífico y una bomba electromagnética sin piezas móviles.

1901 Adquiere la nacionalidad suiza. 1921 Recibe el Premio Nobel de física.

1902

Ingresa como funcionario en la Oficina

Federal de Patentes en Berna. 1933

Abandona Alemania y vive exiliado en Francia, Bélgica, Reino Unido y

Estados Unidos, país este último donde es recibido con entusiasmo. Allí será catedrático de física teórica en el Instituto de Estudios Superiores de

Princeton.

1903 Contrae matrimonio con Mileva Maric,

con la que tendrá dos hijos. 1939

Carta a Roosevelt en la que le solicita emprender un programa de investigación sobre la bomba atómica.

1905 Publica sus primeros artículos en los

que aborda los campos del movimiento browniano, el efecto fotoeléctrico y la relatividad especial.

1940 Adopta la nacionalidad estadounidense.

1909 Consigue su primera plaza de profesor titular en la Universidad de Zurich.

1945

Se retira de la docencia para poder

desarrollar con exclusividad sus investigaciones teóricas.

1913 Es nombrado director del Instituto de Física Kaiser Wilhelm en Berlín.

1955 Muere en Princeton (EE.UU.).

1916 Publica la Teoría general de la

relatividad.

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Qué es la RELATIVIDAD

La teoría de la relatividad, desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, pretendía originalmente explicar ciertas anomalías en el concepto de movimiento relativo, pero en su evolución se ha convertido en una de las teorías más importantes en las ciencias físicas y ha sido la base para que los físicos demostraran la unidad esencial

de la materia y la energía, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitación y los efectos de la aceleración de un sistema.

La teoría de la relatividad, tal como la desarrolló Einstein, tuvo dos formulaciones diferentes. La primera es la que corresponde a dos trabajos publicados en 1906 en los Annalen der Physik. Es conocida como la Teoría de la relatividad especial y se ocupa de sistemas que se mueven uno respecto del otro con velocidad constante (pudiendo ser igual incluso a cero). La segunda, llamada Teoría de la relatividad general (así se titula

la obra de 1916 en que la formuló), se ocupa de sistemas que se mueven a velocidad variable.

Teoría de la relatividad especial

Los postulados de la relatividad especial son dos. El primero afirma que todo

movimiento es relativo a cualquier otra cosa, y por lo tanto el éter, que se había considerado durante todo el siglo XIX como medio propagador de la luz y como la única cosa absolutamente firme del Universo, con movimiento absoluto y no determinable, quedaba fuera de lugar en la física, que no necesitaba de un concepto semejante (el cual, además, no podía determinarse por ningún experimento).

Einstein

El segundo postulado afirma que la ve locidad de la luz es siempre constante con

respecto a cualquier observador. De sus premisas teóricas obtuvo una serie de ecuaciones que tuvieron consecuencias importantes e incluso algunas desconcertantes, como el aumento de la masa con la velocidad. Uno de sus resultados más importantes fue la equivalencia entre masa y energía, según la conocida fórmula E=mc², en la que c

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es la velocidad de la luz y E representa la energía obtenible por un cuerpo de masa m cuando toda su masa sea convertida en energía.

Dicha equivalencia entre masa y energía fue demostrada en el laboratorio en el año 1932, y dio lugar a impresionantes aplicaciones concretas en el campo de la física (tanto la fisión nuclear como la fusión termonuclear son procesos en los que una parte de la masa de los átomos se transforma en energía). Los aceleradores de partículas donde se

obtiene un incremento de masa son un ejemplo experimental clarísimo de la teoría de la relatividad especial.

La teoría también establece que en un sistema en movimiento con respecto a un observador se verifica una dilatación del tiempo; esto se ilustra claramente con la famosa paradoja de los gemelos: "imaginemos a dos gemelos de veinte años, y que uno permaneciera en la Tierra y el otro partiera en una astronave, tan veloz como la luz,

hacia una meta distante treinta años luz de la Tierra; al volver la astronave, para el gemelo que se quedó en la Tierra habrían pasado sesenta años; en cambio, para el otro sólo unos pocos días".

Teoría de la relatividad general

La teoría de la relatividad general se refiere al caso de movimientos que se producen con velocidad variable y tiene como postulado fundamental el principio de equivalencia, según el cual los efectos producidos por un campo gravitacional equivalen a los producidos por el movimiento acelerado.

La revolucionaria hipótesis tomada por Einstein fue provocada por el hecho de que la teoría de la relatividad especial, basada en el principio de la constancia de la velocidad

de la luz sea cual sea el movimiento del sistema de referencia en el que se mide (tal y como se demostró en el experimento de Michelson y Morley), no concuerda con la teoría de la gravitación newtoniana: si la fuerza con que dos cuerpos se atraen depende de la distancia entre ellos, al moverse uno tendría que cambiar al instante la fuerza

sentida por el otro, es decir, la interacción tendría una velocidad de propagación infinita, violando la teoría especial de la relatividad que señala que nada puede superar la velocidad de la luz.

Tras varios intentos fallidos de acomodar la interacción gravitatoria con la relatividad, Einstein sugirió de que la gravedad no es una fuerza como las otras, sino que es una consecuencia de que el espacio-tiempo se encuentra deformado por la presencia de masa

(o energía, que es lo mismo). Entonces, cuerpos como la tierra no se mueven en órbitas cerradas porque haya una fuerza llamada gravedad, sino que se mueven en lo más parecido a una línea recta, pero en un espacio-tiempo que se encuentra deformado por la presencia del sol.

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Einstein en su estudio

Los cálculos de la relatividad general se realizan en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal, adoptado ya en la teoría de la relatividad restringida al tener que abandonar el concepto de simultaneidad. Sin embargo, a diferencia del espacio de Minkowsy y debido al campo gravitatorio, este universo no es

euclidiano. Así, la distancia que separa dos puntos contiguos del espacio-tiempo en este universo es más complejo que en el espacio de Minkowsky.

Con esta teoría se obtienen órbitas planetarias muy similares a las que se obtienen con la mecánica de Newton. Uno de los puntos de discrepancia entre ambas, la anormalmente alargada órbita del planeta Mercurio, que presenta un efecto de rotación del eje mayor de la elipse (aproximadamente un grado cada diez mil años) observado

experimentalmente algunos años antes de enunciarse la teoría de la relatividad, y no explicado con las leyes de Newton, sirvió de confirmación experimental de la teoría de Einstein.

Un efecto que corroboró tempranamente la teoría de la relatividad general es la deflexión que sufren los rayos de luz en presencia de campos gravitatorios. Los rayos luminosos, al pasar de una región de un campo gravitatorio a otra, deberían sufrir un

desplazamiento en su longitud de onda (el Desplazamiento al rojo de Einstein), lo que fue comprobado midiendo el desplazamiento aparente de una estrella, con respecto a un grupo de estrellas tomadas como referencia, cuando los rayos luminosos provenientes de ella rozaban el Sol.

La verificación se llevó a cabo aprovechando un eclipse total de Sol (para evitar el deslumbramiento del observador por los rayos solares, en el momento de ser alcanzados

por la estrella); la estrella fue fotografiada dos veces, una en ausencia y otra en presencia del eclipse. Así, midiendo el desplazamiento aparente de la estrella respecto al de las estrellas de referencia, se obtenía el ángulo de desviación que resultó ser muy cercano a lo que Einstein había previsto.

El concepto de tiempo resultó profundamente afectado por la relatividad general. Un sorprendente resultado de esta teoría es que el tiempo debe transcurrir más lentamente

cuanto más fuerte sea el campo gravitatorio en el que se mida. Esta predicción también fue confirmada por la experiencia en 1962. De hecho, muchos de los modernos sistemas de navegación por satélite tienen en cuenta este efecto, que de otro modo darían errores en el cálculo de la posición de varios kilómetros.

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Einstein en el laboratorio

Otra sorprendente deducción de la teoría de Einstein es el fenómeno de colapso gravitacional que da origen a la creación de los agujeros negros. Dado que el potencial

gravitatorio es no lineal, al llegar a ser del orden del cuadrado de la velocidad de la luz puede crecer indefinidamente, apareciendo una singularidad en las soluciones. El estudio de los agujeros negros se ha convertido en pocos años en una de las áreas de estudio de mayor actividad en el campo de la cosmología.

Precisamente a raíz de la relatividad general, los mode los cosmológicos del universo experimentaron una radical transformación. La cosmología relativista concibe un

universo ilimitado, carente de límites o barreras, pero finito, según la cual el espacio es curvo en el sentido de que las masas gravitacionales determinan en su proximidad la curvatura de los rayos luminosos. Sin embargo Friedmann, en 1922, concibió un modelo que representaba a un universo en expansión, incluso estático, que obedecía

también a las ecuaciones relativistas de Einstein. Con todo, la mayor revolución de pensamiento que la teoría de la relatividad general provoca es el abandono de espacio y tiempo como variables independientes de la materia, lo que resulta sumamente extraño y en apariencia contrario a la experiencia. Antes de esta teoría se tenía la imagen de

espacio y tiempo, independientes entre sí y con existencia previa a la del Universo, idea tomada de Descartes en filosofía y de Newton en mecánica

Anecdotas:

Mal estudiante . Aunque con el tiempo llegaría a ser catedrático universitar io, genio de la física y una de las figuras fundamentales del extraordinario progreso científico del siglo XX, el pequeño Einstein no fue un talento precoz, sino más bien lo contrario: un

chico tímido de lento desarrollo intelectual. Sus notas no eran prec isamente brillantes, como podemos observar en este diploma expedido por la Escuela Cantonal de Aargau (Suiza), donde cursó sus primeros estudios

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Pacifista y sionista. Durante la Segunda Guerra Mundial utilizó su prestigio para urgir al presidente estadounidense Franklin D. Roosevelt a que acelerase los trabajos de

construcción de la bomba atómica, pensando en la necesidad de detener el avance del nazismo. Sin embargo, Einstein fue un pacifista militante que se manifestó en repetidas ocasiones contra la irracionalidad de la guerra. Tras haber impulsado en vano proyectos de control internacional de la energía nuclear, preconizó el establecimiento de un

gobierno mundial. Poco antes de morir firmó un manifiesto contra la carrera armamentista, promovido por el filósofo británico Bertrand Russell. También es conocida su defensa del sionismo. En la imagen lo vemos con David Ben-Gurión, el creador del nuevo estado de Israel surgido tras la Segunda Guerra Mundial

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Ciudadano del mundo. En su huida de la Alemania Nazi, debido a su origen judío, Einstein peregrinó por diversos países europeos hasta recalar en los Estados Unidos, donde fue acogido con entusiasmo. Después de la guerra, Einstein se convirtió en activista del desarme internacional y del gobierno mundial, y siguió contribuyendo a la

causa del sionismo, pero declinó una oferta de los líderes del Estado de Israel para ocupar el cargo de presidente. A finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, defendió en Estados Unidos la necesidad de que los intelectuales del país hicieran todo lo posible para mantener la libertad política. Los esfuerzos de Einstein en apoyo de

causas sociales fueron a menudo percibidos como poco realistas. A pesar de estas actividades, la ciencia siempre ocupó el primer lugar en su vida, pues, como solía decir, sólo el descubrimiento de la naturaleza del Universo tiene un sentido duradero. En la fotografía, pasaporte de un joven Einstein

Niels Bohr

(Niels Henrick David Bohr; Copenhague, 1885 - 1962) Físico danés. Considerado como

una de las figuras más deslumbrantes de la Física contemporánea y, por sus aportaciones teóricas y sus trabajos prácticos, como uno de los padres de la bomba atómica, fue galardonado en 1922 con el Premio Nobel de Física, "por su investigación acerca de la estructura de los átomos y la radiación que emana de ellos".

Cursó estudios superiores de Física en la Universidad de Copenhague, donde obtuvo el grado de doctor en 1911. Tras haberse revelado como una firme promesa en el campo

de la Física Nuclear, pasó a Inglaterra para ampliar sus conocimientos en el prestigioso Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de sir Joseph John Thomson (1856-1940), químico británico distinguido con el Premio Nobel en 1906 por sus estudios acerca del paso de la electricidad a través del interior de los gases, que le

habían permitido descubrir la partícula bautizada luego por Stoney (1826-1911) como electrón.

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Niels Bohr

Precisamente al estudio de los electrones estaba dedicada la tesis doctoral que acababa de leer el joven Bohr en Copenhague, y que había llevado a territorio británico con la esperanza de verla traducida al inglés. Pero, comoquiera que Thomson no se mostrara entusiasmado por el trabajo del científico danés, Bohr decidió abandonar el Cavendish

Laboratory y marcharse a la Universidad de Manchester, donde aprovechó las enseñanzas de otro premio Nobel, Ernest Rutherford (1871-1937), para ampliar sus saberes acerca de las radiactividad y los modelos del átomo.

A partir de entonces, entre ambos científicos se estableció una estrecha colaboración que, sostenida por firmes lazos de amistad, habría de ser tan duradera como fecunda. Rutherford había elaborado una teoría del átomo que era totalmente válida en un plano

especulativo, pero que no podía sostenerse dentro de las leyes de la Física clásica. Borh, en un alarde de audacia que resultaba impredecible en su carácter tímido y retraído, se atrevió a soslayar estos problemas que obstaculizaban los progresos de Rutherford con una solución tan sencilla como arriesgada: afirmó, simplemente, que los movimientos

que se daban dentro del átomo están gobernados por unas leyes ajenas a las de la Física tradicional.

En 1913, Niels Bohr alcanzó celebridad mundial dentro del ámbito de la Física al publicar una serie de ensayos en los que revelaba su particular modelo de la estructura del átomo. Tres años después, el científico danés regresó a su ciudad natal para ocupar una plaza de profesor de Física Teórica en su antigua alma mater; y, en 1920, merced al

prestigio internacional que había ido adquiriendo por sus estudios y publicaciones, consiguió las subvenciones necesarias para la fundación del denominado Instituto Nórdico de Física Teórica (más tarde denominado Instituto Niels Bohr), cuya dirección asumió desde 1921 hasta la fecha de su muerte (1962). En muy poco tiempo, este

Instituto se erigió, junto a las universidades alemanas de Munich y Göttingen, en uno de los tres vértices del triángulo europeo donde se estaban desarrollando las principales investigaciones sobre la Física del átomo.

En 1922, año en el que Bohr se consagró definitivamente como científico de renombre universal con la obtención del Premio Nobel, vino al mundo Aage Niels Bohr (1922), que habría de seguir los pasos de su padre y colaborar con él en varias investigaciones.

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Doctorado también en Física, fue, al igual que su progenitor, profesor universitario de dicha materia y director del Instituto Nórdico de Física Teórica, y recibió el Premio Nobel en 1975.

Inmerso en sus investigaciones sobre el átomo y la Mecánica cuántica, Niels Bohr enunció, en 1923, el principio de la correspondencia, al que añadió, en 1928, el principio de la complementariedad. A raíz de esta última aportación se fue

constituyendo en torno a su figura la denominada "escuela de Copenhague de la Mecánica cuántica", cuyas teorías fueron combatidas ferozmente -bien es verdad que en vano- por Albert Einstein (1879-1955). A pesar de estas diferencias, sostenidas siempre en un plano teórico -pues Einstein sólo pudo oponer a las propuestas de Borh

elucubraciones mentales-, el padre de la teoría de la relatividad reconoció en el físico danés a "uno de los más grandes investigadores científicos de nuestro tiempo".

En la década de los años treinta, Niels Bohr pasó largas temporadas en los Estados Unidos de América, adonde llevó las primeras noticias sobre la fisión nuclear -descubierta en Berlín, en 1938, por Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980)-, que habrían de dar lugar a los trabajos de fabricación de armas nuc leares de

destrucción masiva. Durante cinco meses, trabajó con J. A. Wheeler en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey), y anunció, junto con su colaborador, que el plutonio habría de ser fisionable, al igual que lo era el uranio.

De regreso a Dinamarca, fue elegido presidente de la Real Academia Danesa de Ciencias (1939). Volvió a instalarse en Copenhague, en donde continuó investigando e impartiendo clases hasta que, en 1943, a raíz de la ocupación alemana, tuvo que

abandonar su país natal debido a sus orígenes judíos. Su vida y la de los suyos llegaron a estar tan amenazadas que se vio forzado a embarcar a su familia en un pequeño bote de pesca y poner rumbo a Suecia. Pocos días después, Bohr se refugió en los Estados Unidos y, bajo el pseudónimo de Nicholas Baker, empezó a colaborar activamente en el

denominado "Proyecto Manhattan", desarrollado en un laboratorio de Los Álamos (Nuevo México), cuyo resultado fue la fabricación de la primera bomba atómica.

Al término de la II Guerra Mundial (1939-1945), retornó a Dinamarca y volvió a ponerse al frente del Instituto Nórdico de Física Teórica. A partir de entonces, consciente de las aplicaciones devastadoras que podían tener sus investigaciones, se dedicó a convencer a sus colegas de la necesidad de usar los hallazgos de la Física

nuclear con fines útiles y benéficos. Pionero en la organización de simposios y conferencias internacionales sobre el uso pacífico de la energía atómica, en 1951 publicó y divulgó por todo el mundo un manifiesto firmado por más de un centenar de científicos eminentes, en el que se afirmaba que los poderes públicos debían garantizar

el empleo de la energía atómica para fines pacíficos. Por todo ello, en 1957, recibió el premio Átomos para la Paz, convocado por la Fundación Ford para favorecer las investigaciones científicas encaminadas a la mejora de la Humanidad.

Director, desde 1953, de la Organización Europea para Investigación Nuclear, Niels Henrik David Borh falleció en Copenhague durante el otoño de 1962, a los setenta y siete años de edad, después de haber dejado impresas algunas obras tan valiosas como

Teoría de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría

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atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).

El átomo de Bohr

Las primeras aportaciones relevantes de Bohr a la Física contemporánea tuvieron lugar

en 1913, cuando, para afrontar los problemas con que había topado su maestro y amigo Rutherford, afirmó que los movimientos internos que tienen lugar en el átomo están regidos por leyes particulares, ajenas a las de la Física tradicional. Al hilo de esta afirmación, Bohr observó también que los electrones, cuando se hallan en ciertos estados estacionarios, dejan de irradiar energía.

En realidad, Rutherford había vislumbrado un átomo de hidrógeno conformado por un

protón (es decir, una carga positiva central) y un partícula negativa que giraría alrededor de dicho protón de un modo semejante al desplazamiento descrito por los planetas en sus órbitas en torno al sol. Pero esta teoría contravenía las leyes de la Física tradicional, puesto que, a tenor de lo conocido hasta entonces, una carga eléctrica en movimiento tenía que irradiar energía, y, por lo tanto, el átomo no podría ser estable.

Bohr aceptó, en parte, el modelo de Rutherford, pero lo superó combinándolo con las

teorías cuánticas de Max Planck (1858-1947). En los tres artículos que publicó en el Philosophical Magazine en 1913, enunció cuatro postulados: 1) Un átomo posee un determinado número de órbitas estacionarias, en las cuales los electrones no radian ni absorben energía, aunque estén en movimiento. 2) El electrón gira alrededor de su

núcleo de tal forma que la fuerza centrífuga sirve para equilibrar con exactitud la atracción electrostática de las cargas opuestas. 3) El momento angular del electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h/2p (donde h es la constante cuántica universal de Planck).

Según el cuarto postulado, cuando un electrón pasa de un estado estacionario de más energía a otro de menos (y, por ende, más cercano al núcleo), la variación de energía se

emite en forma de un cuanto de radiación electromagnética (es decir, un fotón). Y, a la inversa, un electrón sólo interacciona con un fotón cuya energía le permita pasar de un estado estacionario a otro de mayor energía. Dicho de otro modo, la radiación o absorción de energía sólo tiene lugar cuando un electrón pasa de una órbita de mayor (o

menor) energía a otra de menor (o mayor), que se encuentra más cercana (o alejada) respecto al núcleo. La frecuencia f de la radiación emitida o absorbida viene determinada por la relación: E1-E2=hf, donde E1 y E2 son las energías correspondientes a las órbitas de tránsito del electrón.