11

Einstein 1905: creatividad Einstein 1905: creatividad en accinen accin

Facultat de Fsica, UBFacultat de Fsica, UB29 setiembre, 200529 setiembre, 2005( luis.navarro@ub.edu )( luis.navarro@ub.edu )

22

Albert Einstein: Albert Einstein: personaje del siglo XXpersonaje del siglo XX

Time Magazine (31 diciembre, 1999)

El personaje que ms contribuy a los grandes y profundos cambios ocurridos en el mundo durante este siglo.

33

Einstein, mito universal.Einstein, mito universal.

44

2005: Ao Mundial de la Fsica2005: Ao Mundial de la Fsica

Adoptado por la UNESCOAdoptado por la UNESCO(noviembre, 2003), a (noviembre, 2003), a propupropu--esta de distintas sociedades esta de distintas sociedades cientficas internacionales.cientficas internacionales.

Objetivo:Objetivo: la promocin del la promocin del conocimiento de la fsica, de conocimiento de la fsica, de su enseanza y del papel de su enseanza y del papel de la fsica en la cultura.la fsica en la cultura.

En conmemoracinEn conmemoracin del del centenario del centenario del Annus Annus MirabilisMirabilis de Einstein (1905).de Einstein (1905).

55

Aqu nos ocuparemos de:Aqu nos ocuparemos de:

IntroducciIntroduccin historiogrn historiogrfica imprescindible.fica imprescindible.

Albert Einstein a los veintisAlbert Einstein a los veintisis ais aos.os.

QuantaQuanta de energde energa (que no de radiacia (que no de radiacin): autn): autntico ntico significado y primeras aplicaciones.significado y primeras aplicaciones.

Realidad de la constitucin molecular universal: Realidad de la constitucin molecular universal: explicacin terica del movimiento browniano.explicacin terica del movimiento browniano.

ElectrodinElectrodinmica de los cuerpos en movimiento: mica de los cuerpos en movimiento: nueva concepcinueva concepcin de la estructura espacion de la estructura espacio--tiempo.tiempo.

66

Cuatro nociones elementales sobre Cuatro nociones elementales sobre historiografa de la cienciahistoriografa de la ciencia

Hasta el siglo pasado la historia de la ciencia iba ligada al desarrollo de la propia ciencia.

Algunas implicaciones (detectables an hoy en las introducciones histricas de los textos cientficos): selecciones sin criterio, progreso lineal hacia la verdad vigente, cientficos heroicos e incontaminados, nula influencia de condiciones externas a la ciencia, etc.).

Institucionalizacin tras la Segunda Guerra Mundial: en EE UU se pretendi educar cientficamente al ciuda-danomoderno a travs de la historia de la ciencia.

Para reconstruir el pasado la historiografa emplea mtodos propios, basados en la necesidad de proporcionar mxima evidencia. De ello, la necesidad de acudir a mltiples fuentes y de contrastarlas.

77

Dos consejos elementales para navegantes Dos consejos elementales para navegantes que se acercan a la historiografa de la ciencia que se acercan a la historiografa de la ciencia desde la prctica de la propia ciencia:desde la prctica de la propia ciencia:-- Tratar de evitar, a toda costa, el llamado whigismo: reconstruccin del pasado con los ojos puestos en el presente. (H. Butterfield, The whig interpretation of history, 1931).- El puro internalismo (la mera consulta de los trabajos originales) no es suficiente para una adecuada reconstruccin del pasado: hay que tener en cuenta los condicionantes externos (sociales, econmicos, etc.) a la propia ciencia.

Un ejemplo de reconstrucciones historiogrficas adecuadas: el ofrecido por T. S. Kuhn en Estructura de las revoluciones cientficas (1962).

88

Einstein, a Einstein, a loslostrestres aosaos(1882)(1882)

Es Es susu fotografafotografamsms antiguaantigua queque se se

conservaconserva..

99

Albert EinsteinAlbert Einsteina los catorce aos,a los catorce aos,

con su hermana Maja.con su hermana Maja.

Dos aos ms joven que l, Dos aos ms joven que l, fue su gran confidente a lo fue su gran confidente a lo

largo de toda su vida. largo de toda su vida.

1010

Estudiante en la escuela cantonal de Estudiante en la escuela cantonal de Aarau, Suiza, curso 1895Aarau, Suiza, curso 1895--18961896

1111

Calificaciones de Calificaciones de Einstein al acabar Einstein al acabar

la enseanza la enseanza secundaria secundaria

(sobre 6 puntos)(sobre 6 puntos)

[En Aarau, [En Aarau, CantonCanton de Aargau, de Aargau,

Suiza, octubre, 1896]Suiza, octubre, 1896]

1212

Cuatro aos decisivos en el ETHCuatro aos decisivos en el ETHZurich (1896Zurich (1896--1900) 1900)

1313

Einstein a Einstein a susu novianovia Mileva Maric Mileva Maric trastras el el nacimientonacimiento de de susu hijahija comncomn Lieserl Lieserl

[4 de [4 de febrerofebrero, 1902], 1902]

Mi queridsima amada: Mi queridsima amada: ahoraahora versvers queque tienestienesexactamenteexactamente la Lieserl la Lieserl quequedeseabasdeseabas. Se . Se encuentraencuentrabienbien y y llorallora comocomo esesdebidodebido? Como ? Como quinquintienetiene loslos ojosojos? A ? A quinquinse se pareceparece msms? ? QuinQuin la la dada la la lecheleche? ? TieneTiene ganasganasde comer? de comer? DebeDebe ser ser completamentecompletamente calvacalva y la y la quieroquiero tantotanto anan sin sin conocerlaconocerla todavatodava

1414

La La Academia OlympiaAcademia Olympia, 1903, 1903((JuntoJunto a Konrad Habicht and Maurice Solovine)a Konrad Habicht and Maurice Solovine)

EINSTEIN:EINSTEIN:Pasamos una Pasamos una pocapoca maravillosamaravillosaporpor aquellosaquellos dasdas de de BernaBerna en en nuestranuestraalegrealegre 'Academia, 'Academia, queque era era menosmenosinfantilinfantil queque aquellasaquellastan tan respetablesrespetables quequemsms tardetarde llegullegu a a conocerconocer bienbien..

1515

Einstein en la Einstein en la OficinaOficina de de PatentesPatentes, , BernaBerna, 1905, 1905

Una profesin prctica Una profesin prctica es una salvacin para es una salvacin para un hombre como yo;un hombre como yo;una carrera acadmica una carrera acadmica obliga a un joven a ser obliga a un joven a ser productivo cientficaproductivo cientfica--mente, y slo grandes mente, y slo grandes temperamentos pueden temperamentos pueden resistir la tentacin de resistir la tentacin de caer en el anlisis caer en el anlisis superficial.superficial.

1616

Annus mirabilisAnnus mirabilis(1905)(1905)

Cuatro artculos en Cuatro artculos en Annalen der PhysikAnnalen der Physik, ,

sobre tres temas sobre tres temas distintos. Modificaron distintos. Modificaron

radicalmente la imagen radicalmente la imagen del mundo fsico hasta del mundo fsico hasta

entonces vigente:entonces vigente:

1717

Fsica cunticaFsica cuntica: : la energa entre la luz (radiacin) y la la energa entre la luz (radiacin) y la materia materia sloslo se puede intercambiar en mltiplos de una se puede intercambiar en mltiplos de una unidad elemental (el cuanto de radiacin unidad elemental (el cuanto de radiacin hh).).-- Aplicacin: Aplicacin: efecto fotoelctrico, entre otras. efecto fotoelctrico, entre otras.

Fsica estadsticaFsica estadstica: : suponiendo que existen las suponiendo que existen las molculas, se debe detectar un movimiento en molculas, se debe detectar un movimiento en zigzig--zagzag de de partculas suspendidas en lquidos.partculas suspendidas en lquidos.-- Aplicacin: Aplicacin: explicacin del movimiento browniano.explicacin del movimiento browniano.

Teora de la relatividad (especial)Teora de la relatividad (especial)::una nueva una nueva concepcin de la relacin espacioconcepcin de la relacin espacio--tiempo segn la cual tiempo segn la cual ambos estn indisolublemente relacionados.ambos estn indisolublemente relacionados.-- Aplicacin: Aplicacin: inicialmente pocas y de escasa entidad.inicialmente pocas y de escasa entidad.

1818

Einstein 1905: Por qu dirigi su Einstein 1905: Por qu dirigi su atencin hacia el cuerpo negro?atencin hacia el cuerpo negro?

En 1902, 1903 y 1904: tres artculos en En 1902, 1903 y 1904: tres artculos en AnnalenAnnalen, sobre la , sobre la fundamentacin de la mecnica estadstica.fundamentacin de la mecnica estadstica.

En la lnea de Boltzmann. No conoca Gibbs (1902). En la lnea de Boltzmann. No conoca Gibbs (1902). Un tema favorito ya: las fluctuaciones estadsticas.Un tema favorito ya: las fluctuaciones estadsticas.

ltimo apartado del de 1904:ltimo apartado del de 1904:

Dnde someter a prueba esa frmula?Dnde someter a prueba esa frmula? Tras un razonamiento no del todo claro, que pasa por la ley Tras un razonamiento no del todo claro, que pasa por la ley

del desplazamiento, llega a una conclusin sorprendente:del desplazamiento, llega a una conclusin sorprendente:

dTEdT22 2 =..

En la termodinEn la termodinmica de la radiacimica de la radiacin!n!

1919

Einstein, 1Einstein, 1905. Una fructfera analoga:905. Una fructfera analoga:gas ideal de molculas gas ideal de molculas -- radiacin trmicaradiacin trmica

Comparando entropComparando entropas as la de la radiacila de la radiacin en base a n en base a la ley de Wien, la ley de Wien, no Planck! no Planck! y con el principio de y con el principio de Boltzmann, deduce probabilidades: Boltzmann, deduce probabilidades:

De que la radiacin de De que la radiacin de frecuencia frecuencia y energa y energa EE

est contenida en un est contenida en un volumen volumen VV del total del total VV00

De que De que nn molculas molculas del gas estn del gas estn

contenidas en un contenidas en un volumen volumen VV del total del total VV00

n

VVW

=

0

hE

VVW

=

0

2020

De ambas expresiones obtiene:De ambas expresiones obtiene: hnE =Einstein, 1905Einstein, 1905: : La radiaciLa radiacin monocromn monocromtica de baja tica de baja densidad (dentro del rango de validez de la fdensidad (dentro del rango de validez de la frmula de rmula de Wien para la radiaciWien para la radiacin) se comporta termodinn) se comporta termodinmicamica--mente como si estuviera constituida por quanta de mente como si estuviera constituida por quanta de energenerga, mutuamente independientes, de valor hv.a, mutuamente independientes, de valor hv.

A destacar:- Se trata de un resultado aproximado (ley de Wien), obtenido en virtud de una analoga (gas, radiacin).- La explicacin del efecto fotoelctrico no es la motivacin del artculo, sino tan slo una entre tres aplicaciones sugeridas (adems: la regla de Stokes y la ionizacin de gases por luz ultravioleta) .

2121

Sobre el cuanto de 1905Sobre el cuanto de 1905

PLANCK, 1913PLANCK, 1913:: En suma, puede afirmarse En suma, puede afirmarse que entre los problemas importantes, tan que entre los problemas importantes, tan abundantes en la fsica moderna, difcilmente abundantes en la fsica moderna, difcilmente exista uno ante el que Einstein no adoptara una exista uno ante el que Einstein no adoptara una posicin de forma notable. Que, a veces, errara posicin de forma notable. Que, a veces, errara en sus especulaciones, como por ejemplo en su en sus especulaciones, como por ejemplo en su hiptesis acerca del quantum de luz, no puede hiptesis acerca del quantum de luz, no puede esgrimirse realmente demasiado en su contra. esgrimirse realmente demasiado en su contra. Porque sin correr un riesgo de vez en cuando Porque sin correr un riesgo de vez en cuando es imposible, incluso en la ciencia natural de es imposible, incluso en la ciencia natural de mayor exactitud, introducir verdaderas mayor exactitud, introducir verdaderas innovaciones.innovaciones.

2222

Millikan (1916): una leccin de historia Millikan (1916): una leccin de historia

(a propsito del (a propsito del mtodo cientficomtodo cientfico))

La ecuacin fotoelctrica de Einstein parece predecir exactamente en todos los casos los resultados observados. Pero la teora semicorpuscular mediante la cual Einstein lleg a su ecuacin parece hoy completamente insostenible.

A pesar del xito aparentemente completo de la ecuacin de Einstein [para el efecto fotoelctrico], la teora fsica, de la que estaba destinada a ser expresin simblica, se hall tan insostenible que el mismo Einstein, segn creo, ya no la mantiene.

2323

Premio Nobel de Fsica, de 1921

por sus servicios a la fsica terica y

especialmente por su descubrimiento de la ley del efecto fotoelctrico.

2424

Races de la oposicin general al Races de la oposicin general al quantum quantum electromagnticoelectromagntico

Einstein (un desconocido Einstein (un desconocido outsideroutsider en 1905) introduca en 1905) introduca una oscura nocin que pareca sugerir una una oscura nocin que pareca sugerir una reconsidereconside--racin, cuando menos, de las ecuaciones de Maxwell. racin, cuando menos, de las ecuaciones de Maxwell.

Adems, como Poincar puso de manifiesto en el Primer Adems, como Poincar puso de manifiesto en el Primer Congreso Solvay (1911), la implantacin del cuanto Congreso Solvay (1911), la implantacin del cuanto podra significar el fin de las ecuaciones diferenciales podra significar el fin de las ecuaciones diferenciales como herramienta matemtica para expresar las leyes como herramienta matemtica para expresar las leyes de la fsica. El clculo con diferencias finitas ocupara, de la fsica. El clculo con diferencias finitas ocupara, tal vez, su lugar.tal vez, su lugar.

Ni siquiera los resultados experimentales disponibles Ni siquiera los resultados experimentales disponibles antes de 1923 (efecto Compton) no parecan suficiente antes de 1923 (efecto Compton) no parecan suficiente justificacin para introducir tan peligrosa hiptesis. justificacin para introducir tan peligrosa hiptesis.

2525

Einstein en 1909 (textual):Einstein en 1909 (textual): Todo lo que yo quera era sealar que las dos propiedades Todo lo que yo quera era sealar que las dos propiedades

estructurales (la ondulatoria y la corpuscular) desplegadas estructurales (la ondulatoria y la corpuscular) desplegadas simultneamente por la radiacin de acuerdo a la frmula de simultneamente por la radiacin de acuerdo a la frmula de Planck no deberan ser consideradas como mutuamente Planck no deberan ser consideradas como mutuamente incompatibles.incompatibles.

Resulta innegable que existe un amplio conjunto de hechos Resulta innegable que existe un amplio conjunto de hechos ... que muestran que la luz tiene ciertas propiedades ... que muestran que la luz tiene ciertas propiedades fundamentales que pueden ser entendidas mucho ms fundamentales que pueden ser entendidas mucho ms apropiadamente a partir del punto de vista newtoniano de la apropiadamente a partir del punto de vista newtoniano de la teora de la emisin, que desde el punto de vista de la teora teora de la emisin, que desde el punto de vista de la teora ondulatoria. ondulatoria. Es mi opinin, por ello, que la prxima fase del Es mi opinin, por ello, que la prxima fase del desarrollo de la fsica terica nos aportar una teora de la desarrollo de la fsica terica nos aportar una teora de la luz que pueda ser interpretada como una especie de fusin luz que pueda ser interpretada como una especie de fusin de las teoras ondulatoria y de emisin.de las teoras ondulatoria y de emisin.

ComentarioComentario: : SSegegnn lolo anterioranterior, si Einstein nunca acept, si Einstein nunca acept lalainterpretaciinterpretacin usual de la mecn usual de la mecnica cunica cuntica, no parece quentica, no parece queEllo pudiera deberse a la famosa Ello pudiera deberse a la famosa dualidad ondadualidad onda--corpcorpsculosculo... ...

2626

El autntico nacimiento del fotn, El autntico nacimiento del fotn, en 1916en 1916

Einstein a M. BessoEinstein a M. Besso (11 de agosto, 1916):(11 de agosto, 1916):He tenido un destello de lucidez a propsito He tenido un destello de lucidez a propsito de la absorcin y la emisin de radiacin; esto de la absorcin y la emisin de radiacin; esto te interesar. Una demostracin completate interesar. Una demostracin completa--mente sorprendente de la frmula de Planck, mente sorprendente de la frmula de Planck, yo incluso dira yo incluso dira lala demostracin. Y todo demostracin. Y todo completamente cuntico. Estoy preparando la completamente cuntico. Estoy preparando la redaccin de este resultado.redaccin de este resultado.

2727

El doble destelloEl doble destello

Sustituir los resonadores planckianosSustituir los resonadores planckianos, , asociados a la materia, por molculas, que slo asociados a la materia, por molculas, que slo pueden existir en un conjunto discreto de estados. pueden existir en un conjunto discreto de estados. Partir de tres procesos elementales Partir de tres procesos elementales (para describir la interaccin materia(para describir la interaccin materia--radiacin):radiacin):

uno espontneo uno espontneo ((AusstrahlungAusstrahlung), en el que las ), en el que las molculas emiten sin estmulo exterior, y molculas emiten sin estmulo exterior, y

dos inducidosdos inducidos por la radiacin (por la radiacin (EinstrahlungEinstrahlung): ): uno uno de emisin y otro de absorcin, en ambos casos con de emisin y otro de absorcin, en ambos casos con probabilidad proporcional a la densidad de radiacin probabilidad proporcional a la densidad de radiacin presente; la emisin espontnea es independiente de presente; la emisin espontnea es independiente de la misma.la misma.

2828

Dos precisiones imprescindiblesDos precisiones imprescindibles

1916 es la autntica fecha de nacimiento del fotn1916 es la autntica fecha de nacimiento del fotn(no 1905!): es ahora cuando aquellos imprecisos (no 1905!): es ahora cuando aquellos imprecisos cuantos se transforman en autnticas partculas cuantos se transforman en autnticas partculas constituyentes de la radiacin. constituyentes de la radiacin. [El bautismo como [El bautismo como fotnfotn no llegara hasta 1926].no llegara hasta 1926].

Einstein introdujo las Einstein introdujo las probabilidades de transicinprobabilidades de transicin para para poder imponer la condicin de equilibrio estadstico. poder imponer la condicin de equilibrio estadstico. Pero ojo!: estas probabilidades Pero ojo!: estas probabilidades como en el caso de como en el caso de la radiactividadla radiactividad no reflejaban un comportamiento de no reflejaban un comportamiento de la naturaleza, sino una incapacidad humana para la naturaleza, sino una incapacidad humana para describir, por entonces, los procesos elementales con describir, por entonces, los procesos elementales con el determinismo habitual.el determinismo habitual.

2929

Ciertas propiedades de la Ciertas propiedades de la emisiemisin estimuladan estimulada(1916) constituyen el fundamento te(1916) constituyen el fundamento terico del rico del

moderno lmoderno lser.ser.

El primer lser de rub adquirido en Espaa (UB, 1963). Muy parecido al primero, que fue construido por T. H. Maiman, en 1960.

3030

La realidad de la constitucin molecular universal de la materia:

explicacin terica del movimiento browniano

Einstein en sus Notas Autobiogrficas, de 1949:No estando familiarizado con las investigaciones de Boltzmann y de Gibbs, que haban aparecido antes y que en realidad agotaban el tema, desarroll la mecnica estadstica y la teora cintico-molecular de la termodinmica que se basaba en aquella. Mi objetivo principal consista en encontrar hechos que pudieran garantizar tanto como fuera posible la existencia de tomos de tamao finito determinado. En ello descubr que, de acuerdo con la teora atomstica, tendra que haber un movimiento de partculas microscpicas suspendidas abierto a la observacin, sin saber que observaciones concernientes al movimiento browniano eran conocidas desde haca ya tiempo.

3131

Einstein en su tesis doctoral, 1905:Einstein en su tesis doctoral, 1905:(publicada en 1906)(publicada en 1906)

En este trabajo demostraremos que el tamao de las molculas de sustancias disueltas en una solucin diluida y no disociada se puede obtener a partir de la friccin interna entre la solucin y el solvente puro, y de la difusin de la sustancia disuelta dentro del solvente, siempre que el volumen de la molcula de la sustancia disuelta sea grande comparado con el volumen de la molcula del solvente. Es as porque, en relacin con su movilidad en el solvente, una tal molcula se comportar aproximadamente como un cuerpo slido suspendido en un solvente.

3232

Un mtodo simple y original,Un mtodo simple y original,no exento de osadano exento de osada

Una partcula suspendida en un lquido sufre la accin Una partcula suspendida en un lquido sufre la accin de las partculas del mismo: mediante consideraciones de las partculas del mismo: mediante consideraciones moleculares Einstein dedujo el valor de la fuerza moleculares Einstein dedujo el valor de la fuerza osmtica (fsica del discreto) conocido ya por la teora osmtica (fsica del discreto) conocido ya por la teora de Vant Hoff de las disoluciones.de Vant Hoff de las disoluciones.

Una partcula suspendida en un lquido sufre, adems, Una partcula suspendida en un lquido sufre, adems, un rozamiento que se puede obtener por la teora de un rozamiento que se puede obtener por la teora de StokesStokes sobre el movimiento de una partcula en el sobre el movimiento de una partcula en el seno de un fluido (fsica del continuo).seno de un fluido (fsica del continuo).

La osada (no conozco precedentes): La osada (no conozco precedentes): mezclar el continuo y el discreto en una misma teora. mezclar el continuo y el discreto en una misma teora.

3333

Einstein, estableci dos conexiones entre:Einstein, estableci dos conexiones entre:el mundo de las molculas (microfsica) el mundo de las molculas (microfsica) y el de las disoluciones (macrofsica)y el de las disoluciones (macrofsica)

Primera conexinPrimera conexin: la viscosidad del solvente y : la viscosidad del solvente y el tamao de las molculas del soluto estn el tamao de las molculas del soluto estn relacionados a travs del coeficiente de difusin relacionados a travs del coeficiente de difusin del soluto en el solvente.del soluto en el solvente.

Segunda conexinSegunda conexin: el nmero de : el nmero de AvogadroAvogadronmero de molculas reales en una molcula nmero de molculas reales en una molcula gramogramo constituye el puente que relaciona la constituye el puente que relaciona la microfsica con la macrofsica. Se puede calcular microfsica con la macrofsica. Se puede calcular a partir de los caminos seguidos, en el ejemplo a partir de los caminos seguidos, en el ejemplo de Einstein, por las molculas de azcar de Einstein, por las molculas de azcar disueltas en agua. disueltas en agua.

3434

Algunos resultadosAlgunos resultados

coeficiente de difusin, R cons-tante de los gases ideales, N nmero de Avogadro, T la temperatura, k la viscosidad y P el radio molecular.

- A finales del XIX: entre 1022 y 1024.

- Einstein (1905, quanta de energa, ley de Wien y N=R/k): 6,171023.

- En su tesis doctoral: 2,1.- En suplemento (1905): 4,15.- Corregido (Hopf, 1911): 6,56.

es el desplazamiento cuadrtico medio de la molcula en t segundos.

.6

1PkN

TRD =

13x

RTtN kP

=x

D

Valores de N(nmero de mol-culas reales en una molcula gramo):

[Valor hoy admitido:6,0221023]

3535

Robert Brown (1828): Una breve descripcin de las Una breve descripcin de las observaciones microscpicas hechas durante los meses de observaciones microscpicas hechas durante los meses de junio, julio y agosto, de 1827, sobre las partculas contenidas junio, julio y agosto, de 1827, sobre las partculas contenidas en el polen de las plantas; y sobre la existencia de molculas en el polen de las plantas; y sobre la existencia de molculas activas en cuerpos orgnicos e inorgnicos.activas en cuerpos orgnicos e inorgnicos.

PoincarPoincar (1904) en San Luis:(1904) en San Luis: El bilogo, armado con El bilogo, armado con su microscopio, hace tiempo que encontr en sus su microscopio, hace tiempo que encontr en sus preparaciones movimientos desordenados de partculas preparaciones movimientos desordenados de partculas en suspensin: ste es el movimiento browniano; en suspensin: ste es el movimiento browniano; primero pens que se trataba de un fenmeno vital, pero primero pens que se trataba de un fenmeno vital, pero pronto vio que los cuerpos inanimados danzaban con no pronto vio que los cuerpos inanimados danzaban con no menos ardor que los otros; entonces le pas el problema menos ardor que los otros; entonces le pas el problema a los fsicosa los fsicosPor supuesto, no deberamos renunciar a nuestra Por supuesto, no deberamos renunciar a nuestra creencia en la conservacin de la energa, pero vemos creencia en la conservacin de la energa, pero vemos ante nuestros ojos cmo el movimiento perdura ante nuestros ojos cmo el movimiento perdura indefinidamente. Es lo opuesto al principio de Carnot. indefinidamente. Es lo opuesto al principio de Carnot.

3636

Movimiento browniano: determinado por Movimiento browniano: determinado por Para deducirlo Einstein idededucirlo Einstein ide un procedimiento un procedimiento

estadestadstico original que, con el paso del tiempo, stico original que, con el paso del tiempo, representrepresent el punto de partida del tratamiento el punto de partida del tratamiento moderno de los procesos estocmoderno de los procesos estocsticos.sticos.

M. M. vonvon SmoluchowskiSmoluchowski (1906) y P. (1906) y P. LangevinLangevin(1908) (1908) presentaron pronto tratamientos alternativos, tambipresentaron pronto tratamientos alternativos, tambin n con gran influencia posterior.con gran influencia posterior.

Consecuencia: la admisiConsecuencia: la admisin generalizada de la n generalizada de la constituciconstitucin molecular de la materia, tras las n molecular de la materia, tras las comprobaciones experimentales exhaustivas por parte comprobaciones experimentales exhaustivas por parte de J. B. de J. B. PerrinPerrin en 1908en 1908--1909, que le valieron el Premio 1909, que le valieron el Premio NobelNobel de 1926. de 1926.

xFinalmente:Finalmente:

3737

Entre la docena de trabajos cientficos publicados antes de 1912 de cualquier autor con ms citas entre 1961 y 1975, cuatro son de Einstein. Su tesis doctoral [Annalen, 1906] figura a la cabeza y el artculo de 1905 sobre partculas en suspensin es el tercero; en el ranking no aparecen sus artculos sobre relatividad ni sobre teora cuntica [Pais (1984)].

Ostwald (1909): Me he convencido de que recientemente hemos llegado a la posesin de la prueba experimental de la naturaleza discreta o granular de la materia... Lo que ha sido demostrado por una serie de investigadores, principalmente por J. Perrin, constituye una evidencia que ahora justifica que incluso los cientficos ms cautelosos hablen de la prueba experimental de la naturaleza atmica de la materia Lo que hasta ahora se ha venido llamando hiptesis atmica queda por tanto elevada al nivel de teora bien fundamentada...

3838

BornBorn (1949): (1949): Creo que estas investigaciones de Einstein [movimiento browniano]han hecho ms que cualquier otro trabajo para convencer a los fsicos de la realidad de los tomos y de las molculas, de la teora cintica del calor [es decir, de la mecnica estadstica],y del papel fundamental de la probabilidad en las leyes de la naturaleza.

3939

Formulacin de la relatividad especialFormulacin de la relatividad especial

Un reto (finales del siglo XIX): formular la Un reto (finales del siglo XIX): formular la electrodinmica de los cuerpos en movimiento.electrodinmica de los cuerpos en movimiento.

Las ecuaciones de Maxwell se suponan vlidas en Las ecuaciones de Maxwell se suponan vlidas en un sistema en reposo absoluto (el ter). Y lo un sistema en reposo absoluto (el ter). Y lo mismo para la teora del electrn de mismo para la teora del electrn de LorentzLorentz, su , su complemento microscpico.complemento microscpico.

Dos problemas (no del todo independientes):Dos problemas (no del todo independientes):-- Los experimentos no parecan dar pistas del ter Los experimentos no parecan dar pistas del ter en reposo absoluto (no haba viento del ter).en reposo absoluto (no haba viento del ter).-- Las ecuaciones de Maxwell se complicaban Las ecuaciones de Maxwell se complicaban enormemente al cambiar el sistema de referencia.enormemente al cambiar el sistema de referencia.

4040

La teora de Maxwell: intocable (ter en reposo). La ausencia de viento del ter (Michelson y Morley) se

explicaba en trminos de una contraccin (real) longitudinal. Se postulaba la fuerza electrica:

Con transformaciones apropiadas de coordenadas y campos lograba la covariancia de las ecuaciones de Maxwell en primer orden (en v2/c2). (Teorema de los estados correspondientes). [En 1904, sin conocerlo Einstein, para todo orden].

Las magnitudes transformadas no eran reales. Por ejemplo : donde era el tiempo real y

el tiempo local (no fsico).

v HF e Ec

= +

G JJGJG JG

22

2

1

1

vt xcv

c

=

t

La posicin de La posicin de LorentzLorentz

4141

Inters de Einstein por la Inters de Einstein por la electrodinmica, antes de 1905:electrodinmica, antes de 1905:

Desde nio: fascinado por la brjula y sus movimientos.Desde nio: fascinado por la brjula y sus movimientos. Con 15 aos: Sobre la investigacin del estado del ter Con 15 aos: Sobre la investigacin del estado del ter

en un campo magntico, dedicado a un tio suyo.en un campo magntico, dedicado a un tio suyo. Un enigma que se plante antes de ingresar en el ETH: Un enigma que se plante antes de ingresar en el ETH:

Qu ocurrira si se pudiera viajar a lomos de un rayo Qu ocurrira si se pudiera viajar a lomos de un rayo de luz? Cmo se describira esa situacin? Qu se de luz? Cmo se describira esa situacin? Qu se vera, si es que se vea algo?vera, si es que se vea algo?

En sus aos universitarios ya comenz a pensar en En sus aos universitarios ya comenz a pensar en construir un aparato que le permitiera medir el construir un aparato que le permitiera medir el movimiento de la Tierra respecto del ter.movimiento de la Tierra respecto del ter.

Conoca las aportaciones de Maxwell y de Conoca las aportaciones de Maxwell y de LorentzLorentz(salvo las de 1904) al tema.(salvo las de 1904) al tema.

Y haba ledo ciertas reflexiones de Y haba ledo ciertas reflexiones de PoincarPoincar

4242

PoincarPoincar en en La La sciencescience et lhypothseet lhypothse(Discusiones en la Academia Olympia)(Discusiones en la Academia Olympia)

Crtica de los absolutos en la fsica.Crtica de los absolutos en la fsica. Problemas de la medida prctica del tiempo.Problemas de la medida prctica del tiempo. A la vista de ello: Posible falta de objetividad de la A la vista de ello: Posible falta de objetividad de la

nocin de simultaneidad.nocin de simultaneidad. El tiempo local de Lorentz: no ser un tiempo real El tiempo local de Lorentz: no ser un tiempo real

para un observador en movimiento?para un observador en movimiento? Reflexiones sobre la necesidad o no del ter.Reflexiones sobre la necesidad o no del ter. Nueva mecnica en la que la composicin de Nueva mecnica en la que la composicin de

velocidades conduzca a la imposibilidad de velocidades conduzca a la imposibilidad de velocidades mayores que la de la luz en el vaco?velocidades mayores que la de la luz en el vaco?

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Zur Elektrodynamik bewegter KrperZur Elektrodynamik bewegter Krper(Lectura recomendada)(Lectura recomendada)

Introduccin:Introduccin:-- Asimetra en la formulacin Asimetra en la formulacin maxwellianamaxwelliana, , que no se da en la situacin experimental.que no se da en la situacin experimental.-- Dada la Dada la indetectabilidadindetectabilidad experimental del experimental del ter, se prescindir de l por superfluo.ter, se prescindir de l por superfluo.-- Anticipa los dos postulados de partida, con Anticipa los dos postulados de partida, con los que construir una cinemtica que los que construir una cinemtica que permitir resolver los problemas permitir resolver los problemas electrodinmicos pendientes. electrodinmicos pendientes.

I. Parte cinemticaI. Parte cinemtica II. Parte electromagnticaII. Parte electromagntica

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I. Parte cinemticaI. Parte cinemtica

Sincronizacin de relojes. Relatividad del concepto de simultaneidad , as

como de espacios y tiempos. DEDUCCIN de la transformacin de Lorentz. Significado fsico. Implicaciones: contraccin de

longitudes y dilatacin de intervalos temporales, como consecuencia del movimiento.

Adicin de velocidades:- c es la velocidad lmite (sugerido por Poincar)- La regla newtoniana es vlida cuando v /c 1.- Las transformaciones de Lorentz forman grupo.

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II. Parte electromagnticaII. Parte electromagntica

Ms tcnica. No obstante, destaco algunos puntos. Impone la covariancia de las ecuaciones de Maxwell, y

deduce (no postula!) la transformacin entremezclada de los campos elctrico y magntico.

Analiza la transformacin de las ondas electromagn-ticas, y deduce cmo se transforman ngulos (aberracin de la luz) y frecuencias (efecto Dopler).

Comparando el movimiento del electrn en un sistema fijo y otro mvil (MRU) deduce la fuerza de Lorentz.

Insina y luego completa en un artculo posterior, tambin en 1905, aquello de E=mc2.

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Primer impacto (muy resumido)Primer impacto (muy resumido) Alemania: pronto conocida y discutida. Opiniones: teora

de principio? solucin de un problema electrodinmico? reduccin de la mecnica al electromagnetismo?...

Max von Laue (1911): Das Relativittsprinzip. Fuera de Alemania: salvo excepciones (que las hubo en

varios pases), escasa difusin e impacto. No debe olvidarse:

- Gran Bretaa: cuna del ter electromagntico...- Francia: influencia de Poincar...

Las cosas cambiaron poco a poco, especialmente despus de 1919, aunque sin llegar a la aceptacin total. Posiblemente debido al cambio drstico que representaba, con insuficiente confirmacin experimental (En la concesin del Nobel en 1921 no se hace mencin)

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Ms detallesMs detalles: : L. Navarro i E. L. Navarro i E. SallentSallent (2005): (2005): Einstein 1905: una conmemoraci imprescindible. Einstein 1905: una conmemoraci imprescindible.

Revista de Fsica (SCF), nmero especial.Revista de Fsica (SCF), nmero especial.

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As hablaba Einstein en ingls

It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing, a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass maybe converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned before. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally.