El 1905 es produí l'annus mirabilis de la física teòrica del segle XX: Albert Einstein, un jove físic nascut el 1879 a Ulm (Alemanya), publicava cinc treballs de gran impacte. S'interessà de molt jove per la religió jueva, la religió dels seus pares, en la qual el van educar de forma força lliberal; ben aviat, però, desplaçà els seus interesos vers el món de la ciència i la filosofia, en especial, la Física. Mogut pel neguit d'entendre el món des que era ben menut, al setze anys va escriure el seu primer assaig científic sobre l'estat de l'eter en un camp magnètic . Hom coneix algunes de les seves afeccions en diversos moments de la seva vida: l'hi agradava navegar a vela i la música, tocava el violí i admirava la música de Haydin. Fou crític i conscient de la realitat política i social al llarg de tota la seva vida: les dues crisis del segle passat que varen precipitar en el drama de les dues grans guerres. El règim nazi el va obligar a fugir d'Europa. La tragèdia del llançament de les bombes nuclears sobre el Japó al final de la guerra, i les convulsions polítiques de post guerra que van fer que els EE.UU. i l'antiga U.R.S.S. s'armessin amb bombes nuclears amenaçant el planeta en el sentit més global: la guerra freda, van fer que Einstein se sentís especialment compromès contra l'armamentisme. Dissortadament, avui per avui, encara no s'ha resolt el problema de l'armament, ja sigui aquest nuclear, químic, biològic o convencional. A la dècada dels anys trenta i per causa del dificil clima polític i social que es vivia a Alemanya es va veure obligat a traslladar-se als EE.UU. de manera definitiva (1935) viatjant en secret primer a Bermudes i sol·licitant un visat de residènica als Estats Units. Els nazis van registrar la seva casa a Alemanya. Obtindria la ciutadania nordamericana el 1940, tot i que conservà la nacionalitat suïssa fins la seva mort. Des de 1933 va treballar a l'Institut d'Estudis Avançats a Princeton, (New Jersey, EE.UU). Residiria definitivament a Princeton. La seva segona i última muller, Elsa, moria el 1936 als seixanta anys d'edat. Einstein, no tornaria mai més a Alemanya. El 1939, el també físic Leo Szilard i d'altres li van demanar que comuniqués al president dels EE.UU. el temor sobre les investigacions al voltant de la fissió del nucli atòmic a Alemanya per raó de l'amenaça quan a l'armament militar que això comportava: escriuria la seva famosa carta a Franklin D. Roosevelt exposant-li la seva preocupació per les investigacions que al voltant d'això tenien lloc a alemanya en el sí del govern nazi. Deu anys després, nordamerica, havent acabat ja el conflicte bèlic a Europa, llençava les bombes nuclears sobre el Japó per intensificant així la tragèdia i donant-la per acabada. Einstein mai intervingué en el projecte Manhatan del govern nordamericà per desenvolupar les bombes, ans sempre s'oposà a la proliferació armamentísta (carta a Bertrand Russell, 1955). Tornem, però al començament. Va fer els seus primers estudis secundaris a Múnich però, abans d'acabar-los, la seva familia es traslladà a Pavía (Itàlia) per interessos laborals (1895). Va haver d'acabar els seus estudis de secundària a l'escola d'Aargau (Suïssa) per poder fer l'ingrès a l'Institut Tecnològic de Zúrich. Cursant ja els seus estudis superiors en aquesta prestigiosa institució, el famós Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), Einstein coneix el que es convertiria en un dels seus millors amics, l'enginyer Michele Besso. S'interessa enormement per la filosofia, en especial per Kant i Espinoza, i juntament amb Besso i Konrad Habicht organitzava tertulies filosòfiques en els seus primers anys a l'ETH. Es graduà el 1897 i, havent renunciat a la nacionalitat alemanya i sent apàtrida durant uns anys, se li concedeix la nacionalitat suïssa el 1901. Al politècnic coneix també a d'altres amics com Marcel Grossman. El pare de Grossman, més endavant, l'ajudà a conseguir una feina a l'oficina de patents de Berna (Suïssa), període durant el qual, a banda de posar a punt els treballs de 1905, també desenvolupà alguns invents - aspecte menys conegut d'Einstein -, com ara un sistema de refrigeració, tot i que mai es va arribar a emprar, almenys fins els darrers anys que sí que s'ha fet servir per a la refrigeració de reactors nuclears. Tingué una amiga, Mileva Maric, l'única noia estudiant del seu curs, que ben aviat es convertiria en la seva primera muller (es casarien el 1903) i tingueren tres fills: una nena, Lieserl - que nasqué abans que Einstein comencés a treballar a l'oficina de patents de Berna (1902) i de la qual hom en desconeix detalls de la seva vida, tot i que els historiadors pensen que la parella l'havia donat en adopció donada la precària situació en que es trobaven durant els primers anys -, i dos nois, Eduard (que va morir el 1965) i Hans Albert (que va morir el 1973). Albert i Mileva es divorciarien el 1916. Mileva va morir a Zúrich el 1948. Tres anys després del seu divorci Albert Einstein es va tornar a casar, aquest cop amb la seva cosina Elsa Löwenthal. El 1905, es considera l'any miraculós de la Física, per la trascendència de cinc treballs que Albert Einstein publicà a la revista alemana Annalen der Physik compaginant aquesta tasca amb la seva feina a l'oficina de patents. Publicava aquell any de 1905 (Einstein tenia 26 anys), en un període de temps de menys d'una any apareixien publicats cinc treballs importantíssims. Tenint en compte que l'autor era encara un desconegut entre els especialistes, no deix de ser això mateix un event molt singular. No obstant això, la publicació dels treballs era la consecució de la meditació i del treball de més temps: amb anterioritat, entre 1902 i 1904, Einstein ja havia publicat uns quants treballs sobre mecànica estadística seguint els treballs de Boltzamann. Per un d'aquells treballs de 1905, concretament el que parla sobre l'efecte fotoelèctric, li varen concedir el premi Nobel 16 anys més tard, el 1921, tota vegada fou comprovada experimentalment l'explicació que Einstein donà: l'existència dels quantum de llum interactuant amb la matèria. No obstant això, la resta d'articles no són menys importants i, en aquells on estudia la interacció radiació-matèria, s'incideix en la mateixa idea, la de les partícules de llum. Un altre d'aquests treballs sobre l'electrodinàmica dels cossos en moviment exposa la teoria especial de la relativitat amb la qual, en un espai de quatre dimensions - la mesura del temps deixa de ser considerat com un invariant absolut ans al contrari, depenent de l'estat de moviment de l'observador - i fent ús de la transformació de Lorenz pogué explicar la invariància de la velocitat de la llum (que palesava l'experiment de Michelson-Morley) i superar els importants entrebancs que això comportava en tots els aspectes de la física on les velocitats dels objectes arriben a ser prou grans i la relativitat galileana (que és el de Newton) impedeix la comprensió dels efectes que s'observen. També cal esmentar un important treball sobre la difusió i el moviment brownià (el tema de la seva tesi doctoral), tot i que val a dir que, amb anterioritat, va intentar doctorar-se exposant la seva teoria de la relativitat especial com a tema de tesi, però acadèmicament li ho van desestimar. Cal remarcar que anys més tard, el 1907, complementaria el treball de la relativitat especial amb un altre on demostra l'equivalència entre matèria i energia com una conseqüència de la teoria de la relativitat especial; d'aquí ve la popular fòrmula E = mc2, equivalència que ja anunciava clarament en els treballs de 1905. Els treballs d'Einstein de 1905:
| La teoria especial de la relativitat no té en compte les masses (i, doncs, la intereacció gravitatòria), arrel de la seva idea de considerar que no es pot distingir la gravetat d'una acceleració del sistema de referència, el 1907 comença a desenvolupar la teoria de la general de la relativitat que acabaria el 1916 amb la publicació de "Fonaments de la teoria de la relativitat general", l'extensió natural de la teoria especial de la relativitat del 1905, amb la qual descriu la gravitació no pas com una força sino com una conseqüència de la deformació de l'espai-temps euclidià i tetradimensional que deformat per part de la massa d'un objecte dóna una geometria no euclidiana (Minkowsky): els "camins" que sorgeixen com a resultat dels càlcul descriuen - deguts a la interecció gravitatòria entre els objectes de massa no nul·la - representen les corbes geodèsiques de la superficie resultant. La teoria general de la relativitat és la més precisa que avui en dia es coneix sobre la interacció gravitatoria. Els càlculs de correcció relativista (en relació a la gravitació clàssica) s'apliquen en astronomia, astrofísica, els electrons en moviment en materials conductors i en astronàutica, per exemple, en el sistema de posició per satèl·lit GPS. A partir de la seva teoria de la gravitació (relativitat general), Einstein va fer aportacions sobre la noció d'univers físic (cosmologia) introduïnt en un principi la famosa i controvertida constant cosmològica per tenir en consideració el caràcter estàtic de l'univers (no expansiu); posteriorment, arrel dels treballs de l'astrònom Hubble que contràriament mostraven l'expansió - desplaçament espectral al vermell de les freqüències d'emisió de les gal·laxies -, va suprimir la famosa constant (1931). Avui en dia, s'observa que l'expansió desaccelera - degut potser a la misteriosa matèria fosca -. Tenia Einstein raó en les seva primera hipòtesi ?. El 1909 treballa a la universitat de Zúrich com a professor associat. Pocs anys després, el 1914, es trasllada a Alemanya i és professor de la universitat de Berlin i membre de l'Acadèmia Prusiana de les Ciències La seva important contribució a la mecànica quàntica a partir dels seus treballs sobre mecànica estadística potser és la menys coneguda pel gran públic (vegeu l'article del professor d'història de la ciència de la Universitat de Barcelona Luis Navarro Veguilla, publicat a Investigación y Ciencia, al número monogràfic de novembre de 2004): un dels seus grans encerts, del qual ens adonem en estudiar qualsevol manual de mecànica estadística - fou l'establiment del primer plantejament quàntic per a la mecànica estadística: l'estadística no clàssica de Bose-Einstein, predint el fenòmen de condesació de Bose-Einstein, el qual es comprovà més tard amb àtoms d'Heli a molt baixa temperatura, on els àtoms (dits, aquí, bossons) es comporten de forma coherent: tots com un de sol !. De fet, el treball d'Einstein fou constant en aquest camp ja desde bon començament del seu ofici. Cal recordar que el mateix any 1905, amb el treball sobre la radiació de cos negre, en el qual exposava la necessària existència de partícules de llum, més enllà de la discretització com a pura tècnica matemàtica per trobar una distribució de l'energia radiant enfront de les freqüències i que estigués d'acord amb els fets experimentals que havia fet servir Max Planck, donà un gran pas per assentar les concepcions de base de la física quàntica: la llum semblava tenir una naturales dual - insinuava en els seus treballs - i, efectivament, més endavant, amb els treballs de De Broglie, es convertiria en un postulat de la físca quàntica, i no solament per la llum, ans per tota partícula. D'una banda, s'adonava que la llum es comportava com una ona (cap problema segons la teoria electromagnètica de Maxwell) i d'altra, com un conjunt de partícules amb un ventall discret d'energia (vet aquí el tarannà quàntic) el qual, ja posava seriosos problemes a l'electromagnetisme clàssic per explicar-ho. Val a dir que, Einstein, abans dels treballs de De Broglie, i desde la seva persepectiva mecànico-estadística insinuava ja la també naturalesa dual de les partícules materials en els seus articles. Els quantum de llum vindrien a ser el que avui en dia coneixem per fotons. Amb els treballs d'Einstein sobre la interacció entre la radiació i la matèria, en particular sobre la radiació estimulada explicà d'una manera plenament satisfactoria la llei de la radiació de Planck, considerant un gas de fotons i aplicant l'estadística sugerida per Bose i desenvolupada per tots dos (estadística quàntica de Bose-Einstein). A més, amb el mecanisme d'estimulació, en un dels seus treballs (1917) posà les bases per tal que més endavant, es desenvolupés el que ara coneixem per llum laser, on tots els fotons van a una, de la mateixa manera que els àtoms d'Heli a baixa temperatura, uns i altres, al capdavall són bosons. En el desenvolupament, i moderna fonamentació de la mecànica quàntica (congrès de Solvay de 1927) i reeixida aplicació de la mecànica quàntica un cop establer el càlcul que li és propi i que fou desenvolupat per Heisenberg (mecànica basada een el càlcul amb matrius) i, d'una manera més eficaç, per Heisenberg (mecànica ondulatòria, basada en el càlcul amb equacions diferencials), Einstein romangué en una posició escèptica i crítica, malgrat les seves aportacions - importantíssimes - a la primera etapa històrica de la teoria. Einstein va discrepar profundament sobre la interpretació ortodoxa de l'edifici quàntic - defensada per Bohr -, que acabà sustentant-se sobre els pilars del principi d'incertesa (Heisenberg) i el càlcul de probabilitats (línia proposada per Born), tot entent la naturalesa de les previsions com a resultats estadístics. Això és el que a Einstein, convençut de la causalitat de les teories físiques, no li acabà d'agradar mai: deixar per "acabada" la mecànica quàntica sobre la concepció de l'atzar. Fins que esdevingué la seva mort, s'oposà a la renuncia del determinisme que proposava la fonamentació de la mecànica quàntica: (...) no crec que "el vell" jugui als daus [amb l'univers] (...) : així es manifestava en una carta d'Enstein a Born on feia referència a les seves conviccions deterministes sobre la inteligibilitat física de l'Univers. El mateix any 1935 que Einstein hagué d'embarcar cap a Bermudes fugint dels nazis publicava un famós article molt crític amb la interpretació ortodoxa de la mecànica quàntica amb col·laboració dels joves físics de Princeton Boris Poldolsky i Nathan Rosen on plantejaven la incompletesa de la teoria amb la coneguda paradoxa EPR, un dels seus famosos experiments imaginaris, els Gedanken-Experimente que apareixen sovint en tots els seus treballs. En aquest gedanken, recentment, hom s'ha centrat per aconseguir el transport quàntic d'informació, quelcom semblant, en clau de ciència ficció, al famós teletransport de les històries d'Star Trek. Com es pot comprovar, la mecànica quàntica no deixa de sorprendren's. Albert Einstein va morir el 1955 (a causa d'un greu problema circulatori). No es pot visitar la seva tomba ja que fou incinerat i les seves cendres esbarriades en algun lloc del riu Delaware, no obstant la seva memòria, com la de tots els grans pensadors, és i serà objecte de culte. Va morir perseguint el seu somni que no va poder veure complert: trobar una sola teoria que expliqués d'una forma única totes les interaccions fonamentals conegudes - publica el seu primer assaig sobre teoria unificada de camps el 1921 - i amb la qual pogués reinterpretar la mecànica quàntica mitjançant una teoria de variables ocultes que permetés no haver d'atorgar a l'atzar i a l'indeterminisme el paper de primer ordre que avui en dia sembla acceptat per la major part dels físics. La mecànica quàntica ha explicat amb èxit la física dels àtoms i molècules i ha servit de base per a les teories de camp de la física de partícules d'altes energies, tot i l'indeterminisme que sembla que li és inherent, funciona !. Deixant de banda l'atzar com a objecte d'anatema per part del gran físic, el somni d'Einstein de trobar una teoria unificada de totes les interaccions físiques - la interacció gravitatoria; l'electromagnètica i la interacció feble, ja unificades; i la interacció forta - continua sent el somni dels físics teòrics del nostre temps. L'aventura continua. |
No hay comentarios:
Publicar un comentario