Una entrevista al físico Hernán Ferrari sobre Albert Einstein, el premio
Nobel que revolucionó el mundo de la Física, la teoría de la
relatividad y cómo enseñarla en el aula.
Albert Einstein nació el 14 de marzo de 1879 en la ciudad de Ulm,
Alemania y murió en Princeton, Estados Unidos, el 18 de abril de
1955. Un año después de su nacimiento, su familia se mudó a Munich,
donde recibió una estricta educación. A
los 12 años, después de que sus tíos Jakob y Cäsar le inculcaran el
gusto por las matemáticas y la ciencia, Einstein decidió tomar un camino
que lo llevaría a resolver "el enigma del mundo entero", como él mismo
lo denominó. Después de una breve estancia en Milán, Einstein estudió
física y matemáticas en la Academia Politécnica Federal de Zürich, en
Suiza.
Einstein, el físico
“No tengo talentos especiales. Solo una anormal curiosidad”.
El
año 1905 pasará a ser conocido como el "año mágico" de Einstein. En esa
fecha se publicó una serie de teorías con las que su nombre alcanzaría
fama mundial.
Explicación del movimiento browniano:
revolucionó la mecánica estadística. El movimiento, que toma su nombre
del botánico escocés Thomas Brown, establece que las moléculas de un gas
o un líquido se encuentran en constante movimiento aleatorio. A menor
tamaño y viscosidad de las moléculas, su movimiento se acelera. La
teoría tiene una traducción en lenguaje estadístico, donde se puede
analizar, por ejemplo, el comportamiento fluctuante de una bolsa de
valores.
Efecto fotoeléctrico:
está basada en la hipótesis de que la luz está integrada por "cuantos"
individuales, más tarde denominados fotones. Hasta ese momento se
pensaba que la luz solo estaba conformada por ondas.
Teoría especial de la relatividad:
estableció que la energía (E) de un cuerpo está relacionada con su masa
(m) y con la velocidad de la luz. De ahí la universalmente conocida
ecuación E=mc², que —por ejemplo— permitió avanzar en la creación de reactores nucleares.
Más adelante, Einstein publicó la teoría general de la relatividad, que hoy ha hecho posible que se desarrolle tecnología satelital, como los sistemas de localización y orientación GPS (Global Position System).
Esta se basa en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino
un campo creado por la presencia de una masa en el continuo
espacio-tiempo. Con esto, contradijo lo establecido por Isaac Newton,
dos siglos atrás.
Hernán Ferrari sobre la teoría de la relatividad
La
teoría de la relatividad fue uno de sus trabajos más importantes; sin
embargo, aún se encontraba en medio del debate, por lo que no fue
mencionada en la notificación de la obtención del Premio Nobel de Física
en 1921. El físico Hernán Javier Ferrari se refiere a esta teoría:
—¿Cuáles son los aspectos fundamentales de la teoría de la relatividad?
—A
diferencia de la mecánica newtoniana, donde el espacio y el tiempo son
absolutos, Einstein, en su teoría especial de la relatividad,
consideraba tanto al tiempo como al espacio cambiantes y relativos.
Utilizaba experimentos imaginarios para explicar su teoría: uno de ellos
es el de los hermanos gemelos. En él, dos hermanos gemelos se separan,
dado que uno de ellos va a realizar un vuelo por el espacio a
velocidades cercanas a la de la luz, mientras que el otro hermano se
queda esperando en la Tierra. Cuando se encuentran, al regreso del
hermano viajero, el hermano que permaneció en la Tierra es más viejo que
el hermano que viajó, dado que el tiempo para ambos no avanzó de la
misma manera. He aquí la relatividad del tiempo y esa relatividad
depende de la velocidad a la que se mueva cada hermano. Para el hermano
que viajó a altas velocidades el tiempo se contrajo y por eso para él el
paso del tiempo fue menor que para el hermano que se quedó en la Tierra
moviéndose a bajas velocidades.
Por su parte, al moverse a la
velocidad de la luz, además de contraerse el tiempo, las distancias
también se contraen y las cosas se hacen más pesadas. De esta forma
relacionó la masa de los cuerpos con la velocidad que tienen, y aquí
apareció una de las ecuaciones más famosas de la historia, que relaciona
la energía con la masa de un cuerpo en reposo a través del cuadrado de
la velocidad de la luz E=mc².
—¿Qué significó esa teoría para la historia de la física?
—Esta
teoría revolucionaria es uno de los hitos en la historia de la física,
pues vino a refutar la mecánica de Newton que explicaba perfectamente
todos los fenómenos de nuestra vida a bajas velocidades, y estaba, por
lo tanto, tan asimilada por nosotros que había pasado a ser una cuestión
de sentido común. ¡No es simple asimilar que una persona envejece más
lentamente que otra por moverse a mayor velocidad!
—¿Cómo se aplica esta teoría en la vida cotidiana?
—La
relatividad del tiempo dependiendo de la velocidad del movimiento
influye en cómo transcurre el tiempo en los satélites que permiten los
Sistemas de Posicionamiento Global (GPS, su sigla en inglés), que dan
nuestra posición en la Tierra midiendo el tiempo que tarda en ir y
volver una señal desde tres o más satélites diferentes. Para ellos,
nuestros relojes y los de los satélites que se mueven alrededor de la
Tierra deben estar sincronizados. Por esta razón, el tiempo del satélite
debe corregirse aplicando la teoría de la relatividad, para obtener
datos correctos de nuestra posición.
Otra aplicación de la teoría
de la relatividad es la obtención de energía atómica (energía que se
libera en la ruptura de un átomo para dar residuos con una masa total un
poco menor que la del átomo inicial). Esa diferencia de masa
corresponde a una gran cantidad de energía que se utiliza con fines
pacíficos en nuestro país, para convertirla en electricidad en centrales
como Atucha.
La teoría de la relatividad en la escuela
Para
poder explicar estos conceptos tan poco intuitivos, los docentes
podemos ayudarnos con la gran cantidad de excelente material audiovisual
que se puede encontrar en internet, y en los escritorios de educ.ar.
Dentro
de las herramientas que ofrece la Web se encuentran las secuencias
didácticas sobre física que el propio Ferrari realizó para el portal
educ.ar:
Paradoja de los gemelos. En
esta secuencia los alumnos analizarán la paradoja que aparece con la
teoría de la relatividad cuando una persona se mueve a una velocidad
cercana a la velocidad de la luz.
El éter y la propagación de la luz. En
esta secuencia se analizarán las antiguas explicaciones sobre el medio a
través del cual se propaga la luz así como los experimentos que se
realizaron para intentar medir el movimiento a través del mismo.
La contracción de Fitzgerald y las transformaciones de Lorentz. Fitzgerald
fue uno de los físicos que apoyaron la teoría electromagnética de
Maxwell, quienes la revisaron, ampliaron, clarificaron y confirmaron. Su
idea se basa en parte, en la manera en que las fuerzas eletromagnéticas
son afectadas por el movimiento. El físico holandés Hendrik Lorentz
desarrolló una idea similar en 1892 y la conectó con su teoría de los
electrones.
Observadores en movimiento relativo. Esta
secuencia plantea analizar el experimento entre dos observadores con
movimiento relativo para explicar la contracción de Fitzgerald y la
dilatación del tiempo según la teoría de la relatividad.
Velocidad, espacio y tiempo. A
partir del trabajo con esta secuencia se les pide a los alumnos que
identifiquen la fórmula de la transformación relativista de la velocidad
y en qué se diferencia de la obtenida con la transformación de Galileo y
que utilicen diagramas espacio-tiempo para entender problemas que
involucran altas velocidades.
Einstein, el alumno
“La sabiduría no es un producto de la educación sino de toda la vida el intento de adquirirla”.
El
hecho de que una persona no tenga éxito dentro de sistema educativo no
significa que carezca de talento e inteligencia y que no pueda sentirse
realizada en la vida.
El libro Enciclopedia de malos alumnos y rebeldes que llegaron a genios,
de Jean-Bernard Pouy, Serge Bloch y Anne Blanchard, incluye a Einstein
en una lista de aquellos que fallaron en la infancia, los que repitieron
grados, los que enojaron a sus padres, los que tuvieron dificultades
para aprender, para luego oponer aquellas penurias al futuro brillante
que los hizo entrar en la historia.
“En la escuela, por otra
parte, (Einstein) es una catástrofe: lo encuentran lento porque
reflexiona horas antes de responder a una pregunta y no logra aprender
nada de memoria. Lo consideran un pesado porque verdaderamente no
entiende qué significan las reglas y las órdenes. Además, su falta total
de interés por los deportes lo separa de sus compañeros...”