Cómo Albert Einstein luchó por la paz europea y la física teórica

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 03:53

Sobre cómo la ciencia se entrelazó estrechamente con la política.

A principios del siglo XX, se realizaron descubrimientos colosales en física, algunos de los cuales pertenecieron a Albert Einstein, el creador de la teoría general de la relatividad.

Los científicos estaban al borde de una visión completamente nueva del Universo, lo que les requería coraje intelectual, la voluntad de sumergirse en la teoría y habilidades para lidiar con un complejo aparato matemático. El desafío no fue aceptado por todos y, como sucede a veces, las disputas científicas se superpusieron a las diferencias políticas causadas primero por la Primera Guerra Mundial y luego por la llegada al poder de Hitler en Alemania. Einstein también fue una figura clave en torno a la cual se rompían lanzas.

Einstein contra todos

El estallido de la Primera Guerra Mundial estuvo acompañado de un auge patriótico entre la población de los estados participantes, incluidos los científicos.

En Alemania, en 1914, 93 científicos y figuras culturales, incluidos Max Planck, Fritz Haber y Wilhelm Roentgen, publicaron un manifiesto en el que expresaban su total apoyo al estado y la guerra que libra: “Nosotros, representantes de la ciencia y el arte alemanes, protestamos antes todo el mundo cultural contra las mentiras y calumnias con las que nuestros enemigos intentan contaminar la justa causa de Alemania en la dura lucha por la existencia que le impone. Sin el militarismo alemán, la cultura alemana habría sido destruida hace mucho tiempo desde sus inicios. El militarismo alemán es un producto de la cultura alemana y nació en un país que, como ningún otro país del mundo, ha sido objeto de ataques depredadores durante siglos.

Sin embargo, hubo un científico alemán que se pronunció con dureza contra tales ideas. Albert Einstein publicó un manifiesto de respuesta “A los europeos” en 1915: “Nunca antes la guerra había perturbado tanto la interacción de las culturas. Es deber de los europeos, educados y de buena voluntad, no dejar que Europa sucumba”. Sin embargo, este llamamiento, además del propio Einstein, fue firmado por solo tres personas.

Einstein se convirtió en científico alemán recientemente, aunque nació en Alemania. Se graduó de la escuela y la universidad en Suiza, y después de eso, durante casi diez años, varias universidades de Europa se negaron a contratarlo. Esto se debió en parte a la forma en que Einstein abordó la solicitud para considerar su candidatura.

Entonces, en una carta a Paul Drude, el creador de la teoría electrónica de los metales, primero señaló dos errores contenidos en su teoría, y solo entonces pidió ser contratado.

Como resultado, Einstein tuvo que conseguir un trabajo en la oficina de patentes suiza en Berna, y sólo a finales de 1909 pudo conseguir un puesto en la Universidad de Zúrich. Y ya en 1913, el propio Max Planck, junto con el futuro premio Nobel de Química Walter Nernst, llegó personalmente a Zúrich para persuadir a Einstein de que aceptara la ciudadanía alemana, se mudara a Berlín y se convirtiera en miembro de la Academia de Ciencias de Prusia y director del Instituto. de la Física.

Einstein encontró su trabajo en la oficina de patentes asombrosamente productivo desde un punto de vista científico. “Cuando pasaba alguien, ponía mis notas en un cajón y fingía estar haciendo un trabajo de patentes”, recordó. El año 1905 pasó a la historia de la ciencia como annus mirabilis, "el año de los milagros".

Este año, la revista Annalen der Physik publicó cuatro artículos de Einstein, en los que pudo describir teóricamente el movimiento browniano, explicar, utilizando la idea planckiana de los cuantos de luz, el fotoefecto o el efecto de los electrones que escapan de un metal cuando se irradia con luz (fue en un experimento de este tipo que JJ Thomson descubrió el electrón), y hace una contribución decisiva a la creación de la teoría especial de la relatividad.

Una coincidencia asombrosa: la teoría de la relatividad apareció casi simultáneamente con la teoría de los cuantos y cambió de manera tan inesperada e irrevocable los fundamentos de la física.

En el siglo XIX, la naturaleza ondulatoria de la luz estaba firmemente establecida y los científicos estaban interesados en cómo se organiza la sustancia en la que se propagan estas ondas.

A pesar de que nadie ha observado todavía el éter (este es el nombre de esta sustancia) directamente, no surgieron dudas de que exista y permee todo el Universo: estaba claro que la onda debía propagarse en algún tipo de medio elástico, por analogía con los círculos de una piedra arrojada al agua: la superficie del agua en el punto de caída de la piedra comienza a oscilar y, como es elástica, las oscilaciones se transmiten a los puntos vecinos, de ellos a los vecinos, y así sobre. Tras el descubrimiento de los átomos y los electrones, tampoco sorprendió a nadie la existencia de objetos físicos que no se pueden ver con los instrumentos existentes.

Una de las preguntas simples a las que la física clásica no pudo encontrar respuesta fue la siguiente: ¿el éter es arrastrado por los cuerpos que se mueven en él? A finales del siglo XIX, algunos experimentos demostraron de manera convincente que el éter se lo llevaron por completo los cuerpos en movimiento, mientras que otros, y no menos convincente, que solo se lo llevaron parcialmente.

Los círculos en el agua son un ejemplo de onda en un medio elástico. Si el cuerpo en movimiento no lleva el éter, entonces la velocidad de la luz en relación con el cuerpo será la suma de la velocidad de la luz en relación con el éter y la velocidad del propio cuerpo. Si arrastra completamente el éter (como sucede cuando se mueve en un líquido viscoso), entonces la velocidad de la luz en relación con el cuerpo será igual a la velocidad de la luz en relación con el éter y no dependerá de ninguna manera de la velocidad de la luz. cuerpo en sí.

El físico francés Louis Fizeau demostró en 1851 que el éter es parcialmente arrastrado por la corriente de agua en movimiento. En una serie de experimentos de 1880-1887, los estadounidenses Albert Michelson y Edward Morley, por un lado, confirmaron la conclusión de Fizeau con mayor precisión, y por otro, descubrieron que la Tierra, girando alrededor del Sol, se engancha completamente el éter con él, es decir, la velocidad de la luz en la tierra es independiente de cómo se mueve.

Para determinar cómo se mueve la Tierra en relación con el éter, Michelson y Morley construyeron un instrumento especial, un interferómetro (vea el diagrama a continuación). La luz de la fuente incide sobre la placa semitransparente, desde donde se refleja parcialmente en el espejo 1 y pasa parcialmente al espejo 2 (los espejos están a la misma distancia de la placa). Los rayos reflejados por los espejos caen nuevamente sobre la placa semitransparente y desde ella llegan juntos al detector, en el que surge un patrón de interferencia.

Si la Tierra se mueve con respecto al éter, por ejemplo, en la dirección del espejo 2, entonces la velocidad de la luz en las direcciones horizontal y vertical no coincidirá, lo que debería conducir a un cambio de fase de las ondas reflejadas desde diferentes espejos en el detector (por ejemplo, como se muestra en el diagrama, abajo a la derecha). En realidad, no se observó ningún desplazamiento (ver abajo a la izquierda).

Einstein contra Newton

En sus intentos por comprender el movimiento del éter y la propagación de la luz en él, Lorentz y el matemático francés Henri Poincaré tuvieron que asumir que las dimensiones de los cuerpos en movimiento cambian en comparación con las dimensiones de los estacionarios y, además, el tiempo para los cuerpos en movimiento fluyen más lentamente. Es difícil de imaginar, y Lorentz trató estas suposiciones más como un truco matemático que como un efecto físico, pero permitieron reconciliar la mecánica, la teoría electromagnética de la luz y los datos experimentales.

Einstein, en dos artículos en 1905, pudo, sobre la base de estas consideraciones intuitivas, crear una teoría coherente en la que todos estos efectos asombrosos son consecuencia de dos postulados:

• la velocidad de la luz es constante y no depende de cómo se muevan la fuente y el receptor (y es igual a unos 300.000 kilómetros por segundo);
• para cualquier sistema físico, las leyes físicas actúan de la misma manera, independientemente de si se mueve sin aceleración (a cualquier velocidad) o está en reposo.

Y derivó la fórmula física más famosa: E = mc²! Además, debido al primer postulado, el movimiento del éter dejó de importar y Einstein simplemente lo abandonó: la luz puede propagarse en el vacío.

El efecto de dilatación del tiempo, en particular, conduce a la famosa "paradoja de los gemelos". Si uno de los dos gemelos, Iván, va en una nave espacial a las estrellas, y el segundo, Peter, permanece esperándolo en la Tierra, luego de su regreso resultará que Iván ha envejecido menos que Peter, desde hace tiempo. su nave espacial de rápido movimiento fluía más lentamente que en la Tierra.

Este efecto, así como otras diferencias entre la teoría de la relatividad y la mecánica ordinaria, se manifiesta solo a una velocidad de movimiento tremenda, comparable a la velocidad de la luz, y por lo tanto nunca lo encontramos en la vida cotidiana. Para las velocidades habituales con las que nos encontramos en la Tierra, la fracción v / c (recordemos, c = 300.000 kilómetros por segundo) es muy poco diferente de cero, y volvemos al mundo familiar y acogedor de la mecánica escolar.

Sin embargo, los efectos de la teoría de la relatividad deben tenerse en cuenta, por ejemplo, al sincronizar los relojes de los satélites GPS con los terrestres para un funcionamiento preciso del sistema de posicionamiento. Además, el efecto de la dilatación del tiempo se manifiesta en el estudio de partículas elementales. Muchos de ellos son inestables y se convierten en otros en muy poco tiempo. Sin embargo, suelen moverse con rapidez, por lo que se alarga el tiempo previo a su transformación desde el punto de vista del observador, lo que permite registrarlos y estudiarlos.

La teoría especial de la relatividad surgió de la necesidad de conciliar la teoría electromagnética de la luz con la mecánica de los cuerpos en movimiento rápido (y con velocidad constante). Después de mudarse a Alemania, Einstein completó su teoría general de la relatividad (GTR), donde agregó la gravedad a los fenómenos electromagnéticos y mecánicos. Resultó que el campo gravitacional puede describirse como una deformación por un cuerpo masivo de espacio y tiempo.

Una de las consecuencias de la relatividad general es la curvatura de la trayectoria del rayo cuando la luz pasa cerca de una gran masa. El primer intento de verificación experimental de la relatividad general tuvo lugar en el verano de 1914 cuando se observó un eclipse solar en Crimea. Sin embargo, un equipo de astrónomos alemanes fue internado en relación con el estallido de la guerra. Esto, en cierto sentido, salvó la reputación de la relatividad general, porque en ese momento la teoría contenía errores y daba una predicción incorrecta del ángulo de desviación del haz.

En 1919, el físico inglés Arthur Eddington, al observar un eclipse solar en la isla Príncipe frente a la costa occidental de África, pudo confirmar que la luz de una estrella (se hizo visible debido a que el Sol no la eclipsó), pasando por el Sol, se desvía exactamente en el mismo ángulo que las ecuaciones de Einstein predichas.

El descubrimiento de Eddington convirtió a Einstein en una superestrella.

El 7 de noviembre de 1919, en medio de la Conferencia de Paz de París, cuando toda la atención parecía estar centrada en cómo existiría el mundo después de la Primera Guerra Mundial, el periódico londinense The Times publicó un editorial: “A Revolution in Science: A Nueva Teoría del Universo, las ideas de Newton son derrotadas.

Los reporteros perseguían a Einstein por todas partes, molestándolo con solicitudes para que explicara la teoría de la relatividad en pocas palabras, y los pasillos donde daba conferencias públicas estaban abarrotados (al mismo tiempo, a juzgar por las críticas de sus contemporáneos, Einstein no era un muy buen conferenciante; el público no entendió la esencia de la conferencia, pero aun así llegó a ver a la celebridad).

En 1921, Einstein, junto con el bioquímico inglés y futuro presidente de Israel, Chaim Weizmann, realizó una gira de conferencias por los Estados Unidos para recaudar fondos para apoyar los asentamientos judíos en Palestina. Según The New York Times, "se ocuparon todos los asientos de la Metropolitan Opera, desde el foso de la orquesta hasta la última fila de la galería, cientos de personas se pararon en los pasillos". El corresponsal del periódico enfatizó: "Einstein hablaba alemán, pero ansioso por ver y escuchar a un hombre que complementaba el concepto científico del Universo con una nueva teoría del espacio, el tiempo y el movimiento, ocupó todos los asientos del salón".

A pesar del éxito con el público en general, la teoría de la relatividad fue aceptada con gran dificultad en la comunidad científica.

De 1910 a 1921, colegas de mentalidad progresista nominaron a Einstein para el Premio Nobel de Física diez veces, pero el Comité Nobel conservador se negó cada vez, citando el hecho de que la teoría de la relatividad aún no había recibido suficiente confirmación experimental.

Después de la expedición de Eddington, esto comenzó a parecer cada vez más escandaloso, y en 1921, aún no convencidos, los miembros del comité tomaron una decisión elegante: otorgar un premio a Einstein, sin mencionar la teoría de la relatividad en absoluto, a saber: “Por servicios a la física teórica y, especialmente, por su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico”.

Física aria versus Einstein

La popularidad de Einstein en Occidente provocó una dolorosa reacción de los colegas en Alemania, que se vieron prácticamente aislados tras el manifiesto militante de 1914 y la derrota en la Primera Guerra Mundial. En 1921, Einstein fue el único científico alemán que recibió una invitación al Congreso Mundial de Física Solvay en Bruselas (que, sin embargo, ignoró a favor de un viaje a Estados Unidos con Weizmann).

Al mismo tiempo, a pesar de las diferencias ideológicas, Einstein logró mantener relaciones amistosas con la mayoría de sus colegas patriotas. Pero de la extrema derecha de los estudiantes universitarios y académicos, Einstein se ha ganado la reputación de un traidor que lleva por mal camino a la ciencia alemana.

Uno de los representantes de esta ala fue Philip Leonard. A pesar de que en 1905 Lenard recibió el Premio Nobel de Física por el estudio experimental de los electrones producidos por el efecto fotoeléctrico, sufrió todo el tiempo debido a que su contribución a la ciencia no fue suficientemente reconocida.

Primero, en 1893 prestó un tubo de descarga de su propia fabricación a Roentgen, y en 1895 Roentgen descubrió que los tubos de descarga emitían rayos que aún eran desconocidos para la ciencia. Lenard creía que el descubrimiento debería al menos considerarse conjunto, pero toda la gloria del descubrimiento y el Premio Nobel de Física en 1901 fue para Roentgen solo. Lenard se indignó y declaró que él era la madre de los rayos, mientras que Roentgen era solo una partera. Al mismo tiempo, aparentemente, Roentgen no usó el tubo Lenard en experimentos decisivos.

El tubo de descarga con el que Lenard estudió los electrones en el efecto fotoeléctrico y Roentgen descubrió su radiación.

El tubo de descarga con el que Lenard estudió los electrones en el efecto fotoeléctrico y Roentgen descubrió su radiación.

En segundo lugar, Lenard se sintió profundamente ofendido por la física británica. Disputó la prioridad del descubrimiento del electrón por parte de Thomson y acusó al científico inglés de referirse incorrectamente a su trabajo. Lenard creó un modelo del átomo, que puede considerarse el predecesor del modelo de Rutherford, pero esto no se señaló correctamente. No es de extrañar que Lenard llamara a los británicos una nación de mercenarios y comerciantes engañosos, y a los alemanes, por el contrario, una nación de héroes, y tras el estallido de la Primera Guerra Mundial propuso organizar un bloqueo continental intelectual sobre Gran Bretaña..

En tercer lugar, Einstein pudo explicar teóricamente el efecto fotoeléctrico, y Lenard en 1913, incluso antes de los desacuerdos relacionados con la guerra, incluso lo recomendó para una cátedra. Pero el Premio Nobel por el descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico en 1921 fue otorgado solo a Einstein.

Los primeros años de la década de 1920 fueron en general una época difícil para Lenard. Chocó con entusiastas estudiantes de izquierda y fue humillado públicamente cuando, tras el asesinato del político liberal de origen judío y ministro de Relaciones Exteriores alemán Walter Rathenau, se negó a bajar la bandera en el edificio de su instituto en Heidelberg.

Sus ahorros, invertidos en deuda pública, fueron consumidos por la inflación, y en 1922 su único hijo murió por los efectos de la desnutrición durante la guerra. Lenard se inclinó a pensar que los problemas de Alemania (incluida la ciencia alemana) son el resultado de una conspiración judía.

Un colaborador cercano de Lenard en ese momento era Johannes Stark, ganador del Premio Nobel de Física en 1919, también inclinado a culpar a las maquinaciones de los judíos por sus propios fracasos. Después de la guerra, Stark, en oposición a la Sociedad de Física liberal, organizó la conservadora "Comunidad Profesional Alemana de Profesores Universitarios", con la ayuda de la cual trató de controlar la financiación de la investigación y los nombramientos para puestos científicos y docentes, pero no tuvo éxito.. Después de una defensa fallida de un estudiante de posgrado en 1922, Stark declaró que estaba rodeado de admiradores de Einstein y renunció como profesor en la universidad.

En 1924, seis meses después del Beer Putsch, el Grossdeutsche Zeitung publicó un artículo de Lenard y Stark, "El espíritu y la ciencia de Hitler". Los autores compararon a Hitler con gigantes de la ciencia como Galileo, Kepler, Newton y Faraday ("¡Qué bendición que este genio en la carne viva entre nosotros!"), Y también elogiaron al genio ario y condenaron el judaísmo corruptor.

Según Lenard y Stark, en la ciencia, la perniciosa influencia judía se manifestó en nuevas direcciones de la física teórica: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad, que exigieron un rechazo de los conceptos antiguos y utilizaron un aparato matemático complejo y desconocido.

Para los científicos de mayor edad, incluso aquellos con tanto talento como Lenard, este fue un desafío que pocos pudieron aceptar.

Lenard contrastó la física "judía", es decir, teórica, con la "aria", es decir, experimental, y exigió que la ciencia alemana se centrara en esta última. En el prefacio del libro de texto "Física alemana", escribió: "¿Física alemana? - preguntará la gente. También podría decir la física aria, o la física de los nórdicos, la física de los buscadores de la verdad, la física de quienes fundaron la investigación científica ".

Durante mucho tiempo, la "física aria" de Lenard y Stark siguió siendo un fenómeno marginal, y físicos de diversos orígenes se dedicaron a la investigación teórica y experimental del más alto nivel en Alemania.

Todo eso cambió cuando Adolf Hitler se convirtió en canciller de Alemania en 1933. Einstein, que estaba en ese momento en los Estados Unidos, renunció a la ciudadanía alemana y a la membresía en la Academia de Ciencias, y el presidente de la Academia, Max Planck, acogió con satisfacción esta decisión: "A pesar del profundo abismo que divide nuestras opiniones políticas, nuestras amistades personales siempre permanecerán sin cambios ", aseguró que es la correspondencia personal de Einstein. Al mismo tiempo, algunos miembros de la academia estaban molestos porque Einstein no había sido expulsado de manera demostrativa.

Johannes Stark pronto se convirtió en presidente del Instituto de Física y Tecnología y de la Sociedad Alemana de Investigación. Durante el año siguiente, una cuarta parte de todos los físicos y la mitad de los físicos teóricos abandonaron Alemania.