Albert Einstein es justamente famoso por idear su teoría de la relatividad, que revolucionó nuestra comprensión del espacio, el tiempo, la gravedad y el universo. La relatividad también nos mostró que la materia y la energía son sólo dos formas diferentes de la misma cosa -un hecho que Einstein expresó como E=mc2, la ecuación más reconocida de la historia.
Pero la relatividad es sólo una parte del prodigioso legado de Einstein. Fue igualmente inventivo en lo que respecta a la física de los átomos, las moléculas y la luz. Hoy en día, podemos ver recuerdos tecnológicos de su genio casi en cualquier lugar que miremos.
Estos son algunos de los productos cotidianos que muestran las contribuciones de Einstein a la ciencia más allá de la relatividad.
Toallas de papel
El mérito de la invención de las toallas de papel corresponde a la Scott Paper Company de Pensilvania, que introdujo este producto desechable en 1907 como alternativa más higiénica a las toallas de tela. Pero en el primer artículo de física que Einstein publicó, analizó la mecha: el fenómeno que permite a las toallas de papel absorber líquidos incluso cuando la gravedad quiere arrastrar el líquido hacia abajo.
Este proceso es el que arrastra la cera caliente hacia la mecha de una vela (de ahí el apodo). Más formalmente conocido como acción capilar, es también lo que ayuda a que la savia suba en los árboles y mantiene la tinta fluyendo en el plumín de una pluma estilográfica. El artículo de Einstein, publicado en 1901, era un intento de explicar cómo funcionaba esta atracción. No fue un buen intento, como él mismo admitió más tarde. Argumentó entonces que las moléculas de agua eran atraídas por las moléculas de las paredes de un tubo mediante una fuerza similar a la de la gravedad, lo cual no es correcto.
Sin embargo, ese primer artículo demostró que Einstein ya estaba adoptando la noción de átomos y moléculas, algo que era controvertido en aquella época. Como estos pequeños e hipotéticos trozos de materia eran demasiado pequeños para verlos o medirlos, muchos físicos de alto nivel afirmaban que no podían formar parte de la ciencia rigurosa.
Einstein se ponía del lado de los físicos más jóvenes y radicales, que creían que la acción capilar era sólo uno de los muchos fenómenos que podían explicarse por la forma en que interactúan los átomos y las moléculas. En ese sentido, tenía razón, y así ayudó a sentar las bases científicas de las toallas de papel modernas.
Previsiones bursátiles
Las empresas de negociación de Wall Street contratan a ejércitos de matemáticos para que analicen el flujo y reflujo diario de las cotizaciones bursátiles utilizando las herramientas más sofisticadas a su alcance. Si estos magos de las matemáticas consiguen dar una mínima pista sobre la dirección que tomarán los precios, sus empleadores pueden ganar miles de millones.
Sin embargo, los mercados bursátiles siguen lo que los matemáticos llaman un paseo aleatorio: A menos que se produzca algún acontecimiento espectacular, es tan probable que los precios al final de un día determinado hayan bajado como que hayan subido. Si hay patrones que pueden explotarse, deben ser extremadamente sutiles y difíciles de encontrar, razón por la cual los matemáticos financieros están tan bien pagados.
Y algunas de las matemáticas que hay detrás de estos delicados análisis bursátiles se remontan a Einstein.
Intentaba explicar un hecho extraño que fue advertido por primera vez por el botánico inglés Robert Brown en 1827. Brown miró a través de su microscopio y vio que los granos de polvo de una gota de agua se agitaban sin rumbo. Este movimiento browniano, como se denominó por primera vez, no tenía nada que ver con que los granos estuvieran vivos, así que ¿Qué los mantenía en movimiento?
La explicación completa tuvo que esperar al artículo de Einstein sobre el tema en 1905. Einstein, que seguía pensando en átomos y moléculas, se dio cuenta de que los granos visibles eran empujados por moléculas de agua invisibles. En promedio, razonó, los impactos vendrían de todos los lados por igual. Pero en un momento dado, más moléculas de agua golpearían un lado del grano que el otro, dándole una rápida patada en alguna dirección aleatoria.
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La energía solar
En marzo de 1958, la Marina de Estados Unidos puso en órbita alrededor de la Tierra una esfera del tamaño de un pomelo llamada Vanguard I. La gente prestó atención, en parte porque fue la primera en ser alimentada por una tecnología futurista conocida como células solares, placas brillantes de semiconductores que convertían la luz solar en electricidad.
Hoy en día, las células solares alimentan casi todos los cientos de satélites que orbitan la Tierra, así como muchas de las sondas que se envían a planetas tan lejanos como Júpiter. En tierra, las células solares se están extendiendo por los tejados de los suburbios, ya que la rápida caída de los precios las acerca a ser competitivas con la energía eléctrica convencional.
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Una vez más, Einstein no inventó las células solares; las primeras versiones rudimentarias se remontan a 1839. Pero sí esbozó su principio básico de funcionamiento en 1905. Su punto de partida fue una simple analogía: Si la materia es gruesa, es decir, si todas las sustancias del universo están formadas por átomos y moléculas, la luz también debe ser gruesa.
Al fin y al cabo, argumentaba Einstein, los físicos habían descubierto recientemente que cuando un objeto sólido absorbía o emitía luz, sólo podía hacerlo dando un paso discreto hacia arriba o hacia abajo en la energía. Y la forma más fácil de entender ese extraño hecho, decía Einstein, era suponer que la propia luz no era más que un enjambre de paquetes discretos de energía -partículas de luz que más tarde recibirían el nombre de fotones-.
Según Einstein, la energía de cada paquete sería proporcional a la frecuencia de la luz, y eso sugería una forma fácil de probar la idea: Dirigir un haz de luz hacia una superficie metálica. Si la frecuencia era lo suficientemente alta, al menos algunos de sus paquetes de energía tendrían el suficiente zing para desprender electrones del metal y hacerlos volar, de modo que los experimentadores pudieran detectarlos. Las células solares funcionan básicamente así: La luz procedente del sol hace subir los electrones de la célula a niveles de energía más altos, produciendo un flujo de corriente eléctrica.
Nadie antes de Einstein había sido capaz de explicar completamente este fenómeno. Su logro se consideró tan importante que cuando Einstein ganó finalmente el premio Nobel de física en 1921, no fue por la relatividad, sino por explicar este llamado efecto fotoeléctrico.
Punteros láser
Si ha asistido a una conferencia o ha jugado con un gato, es probable que haya visto un puntero láser en acción. En las casi seis décadas transcurridas desde que los físicos demostraron el primer prototipo de laboratorio de un láser en 1960, estos dispositivos han llegado a ocupar casi todos los nichos imaginables, desde lectores de códigos de barras hasta sistemas de depilación.
Todo ello surge de una idea que tuvo Einstein en 1917, cuando intentaba comprender mejor cómo interactuaba la luz con la materia.
Empezó imaginando un montón de átomos bañados en luz. Como sabía por sus trabajos anteriores, los átomos que se encuentran en su estado de energía más bajo pueden absorber fotones y saltar a un estado de energía más alto. Del mismo modo, los átomos de mayor energía pueden emitir fotones de forma espontánea y volver a caer a energías más bajas. Cuando ha pasado el tiempo suficiente, todo se equilibra.
Esta suposición dio a Einstein una ecuación que podía utilizar para calcular cómo debería ser la radiación de un sistema de este tipo. Desgraciadamente, sus cálculos no coincidían con lo que los físicos veían realmente en el laboratorio. Faltaba algo.
Así que Einstein hizo una suposición inspirada: tal vez a los fotones les gusta marchar al paso, de modo que la presencia de un grupo de ellos yendo en la misma dirección aumentará la probabilidad de que un átomo de alta energía emita otro fotón en esa dirección. Llamó a este proceso emisión estimulada, y cuando lo incluyó en sus ecuaciones, sus cálculos se ajustaron perfectamente a las observaciones.
Un láser no es más que un artilugio para aprovechar este fenómeno. Excita un grupo de átomos con luz o energía eléctrica, y luego canaliza los fotones que liberan en un ejército que marcha al paso perfecto en una dirección precisa. El homenaje a Einstein está en la palabra "láser", que es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación).
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