Las “pequeñas” cosas que le debemos a Albert Einstein

Albert Einstein (foto, Princeton, Nueva Jersey) Oren Jack Turner / Wikimedia Commons.

Si preguntáramos el nombre de un científico en la calle, las respuestas se repartirían principalmente entre Albert Einstein, Marie Curie, Isaac Newton, Stephen Hawking y científicos nacionales, como Santiago Ramón y Cajal, o aparecidos en el cine, como Robert Oppenheimer.

Según algunas investigaciones, los cuatro primeros obtendrían aproximadamente entre el 60% y el 90% de las respuestas, y Albert Einstein ganaría por abrumadora mayoría.

Retrato de Marie Skłodowska-Curie (1867 – 1934). Wikimedia Commons.

Ahora bien, si preguntáramos por qué conocen a Einstein, la gran mayoría de los interrogados respondería: ¡la teoría de la relatividad!, aunque no sepan de qué trata esa teoría… Estaremos de acuerdo en que Einstein contribuyó al progreso de la ciencia con este logro, aunque también lo hizo en otras áreas, menos conocidas y de gran importancia en nuestra vida cotidiana.

Cuatro artículos pioneros

En 1905, antes de publicar su teoría más reconocida, Albert Einstein publicó cuatro artículos, cada uno de ellos digno de un Premio Nobel:

Efecto fotoeléctrico: emisión de electrones (rojo) desde una placa metálica después de que se haya obtenido suficiente energía de los fotones incidentes (líneas onduladas). Wikimedia Commons., CC BI

Sobre el movimiento de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario, como lo exige la teoría cinética molecular del calor, en la que proporcionó evidencia empírica de la realidad de los átomos y dio crédito a la mecánica estadística, una rama de la física que fue suprimida en ese momento.

En la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, el avance de su gran teoría, en la que Einstein conciliaba las ecuaciones del electromagnetismo de Maxwell con las leyes de la mecánica clásica: proponía la velocidad de la luz como la velocidad más alta posible, accesible sólo a los fotones.

¿La inercia de un cuerpo depende de su contenido energético?, en el que Einstein derivó la ecuación más famosa de todos los tiempos o, al menos, la más reproducida en camisetas y tazas de desayuno. Equivalencia entre la masa de un cuerpo en reposo y la energía en la que se puede convertir: E=mc².

Los resultados parecen importar, y lo hacen. ¿Pero qué significa todo esto para nosotros, la gente común?

Sincronización del reloj

Cada vez que alguien abre Google Maps o el sistema de navegación de un coche, el correcto funcionamiento del GPS depende directamente de la teoría de la relatividad de Einstein.

Los satélites que componen el sistema GPS se mueven muy rápido y se encuentran alejados de la superficie terrestre, donde la influencia gravitacional de la Tierra es menor. Einstein descubrió que el tiempo nunca avanza al mismo ritmo: la gravedad y la velocidad de un objeto lo modifican. Por lo tanto, los relojes de los satélites tienden a adelantarse o retrasarse respecto a los de la superficie terrestre.

Telstar, el primer satélite de comunicaciones lanzado al espacio, 1962. NASA.

El sistema GPS corrige este efecto aplicando las ecuaciones de la relatividad especial y general. De lo contrario, el posicionamiento tendría errores de varios kilómetros al cabo de un día. Asimismo, la infraestructura moderna de Internet y de telecomunicaciones depende de una sincronización extremadamente precisa entre los relojes distribuidos por todo el planeta, muchos de los cuales también se encuentran en satélites.

Si estos relojes no se corrigieran según la relatividad general, las redes eléctricas, los pagos electrónicos, la navegación aérea y la propia Internet sufrirían fallos importantes.

Cada conexión, cada videollamada y cada transacción bancaria se beneficia, sin siquiera darnos cuenta, de la forma en que Einstein cambió nuestra comprensión del tiempo y la gravedad.

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Paneles solares: el problema de los fotones

Los paneles solares modernos funcionan gracias al efecto fotoeléctrico, que Einstein explicó en 1905; este mérito le valió el Premio Nobel en 1921.

Propuso que la luz consta de paquetes de energía llamados fotones, y que cuando un fotón con suficiente energía choca contra ciertos materiales, puede arrancar un electrón de su superficie. Esta eyección de electrones es lo que genera la corriente eléctrica en la célula solar.

Cada panel fotovoltaico doméstico, cada farola solar y cada pequeño cargador solar portátil se basan exactamente en el proceso que describió este científico: la luz libera electrones y los electrones generan electricidad.

Y la lira también: la perovskita, nuestra gran aliada en la lucha contra el cambio climático

Videollamadas y pantallas digitales

La fotografía digital, las cámaras móviles, las cámaras web y prácticamente todos los sistemas de imágenes modernos también funcionan gracias al mismo efecto. En los sensores CCD y CMOS, que sustituyen a las películas fotográficas clásicas, cada punto de la imagen es una pequeña célula que libera electrones cuando recibe luz.

Esa liberación se mide electrónicamente y se convierte en una imagen digital. El principio físico detrás de cada foto, video o videollamada cotidiana es exactamente lo que Einstein describió en 1905.

Láseres grandes y pequeños

Los láseres, que hoy aparecen en una amplia variedad de aplicaciones, funcionan según el mecanismo predicho por Einstein: la emisión estimulada. En un artículo de 1917, planteó la hipótesis de que se podría “forzar” a un átomo a emitir luz idéntica a la que había recibido, produciendo un haz de luz extremadamente puro, concentrado y ópticamente coherente.

Décadas más tarde, esta predicción se convirtió en el principio operativo de los láseres. Hoy en día, los láseres se encuentran en lectores de códigos de barras de supermercados, en ratones ópticos, en impresoras láser, en reproductores de CD, en fibra óptica para Internet y en algunos procedimientos médicos.

Láseres de estado sólido que emiten diferentes colores. (Wikipedia) CC BI-SA Medicina nuclear

La energía nuclear y varias técnicas médicas modernas dependen de la ecuación E=mc². Esta relación establece que una pequeña cantidad de masa contiene una enorme cantidad de energía.

Comprender esta conexión permitió explicar el funcionamiento de los núcleos atómicos y abrió el camino a los reactores nucleares, pero también a aplicaciones médicas básicas, como la radioterapia o las exploraciones PET (tomografía por emisión de positrones), que permiten diagnosticar enfermedades detectando pequeñas cantidades de radiación procedente de la desintegración atómica.

Aunque no es algo que una persona utilice directamente a diario, tiene un efecto profundo en la salud pública y el tratamiento de millones de pacientes en todo el mundo.

En definitiva, cada vez que alguien recibe un radiodiagnóstico o un tratamiento basado en la física nuclear, consulta una ruta en su GPS o carga su móvil con un panel solar, de alguna manera está utilizando una idea de Albert Einstein.