¿Sabías que en el documento que lo hizo famoso, Einstein no usó la palabra “relatividad”?

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Albert Einstein es conocido universalmente por su teoría de la relatividad. Aunque parezca extraño, el artículo en que presentó esta teoría al mundo no contiene en el título la palabra relatividad, sino que se llama "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". Fueron las leyes del electromagnetismo las que llevaron a Einstein a formular su famosa teoría.

Einstein desarrolló la idea, que parece obvia, de que las leyes de la física son exactamente las mismas para todos los observadores.

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Einstein razonó más o menos así: Supongamos que tenemos un alambre conductor cargado, cuyas cargas están en reposo respecto a nosotros. Entonces mediremos un campo eléctrico. Si las cargas se mueven hacia la derecha respecto a nosotros, entonces con una brújula podemos detectar un campo magnético. Con un aparato un poco más sofisticado podemos medir, además de la dirección, la intensidad del campo magnético. Este campo magnético es producido por el movimiento de las cargas eléctricas y no existe en el caso de que el alambre esté en reposo. ¿Qué ocurre si en vez de moverse el alambre, nos movemos con la brújula hacia la izquierda? ¿Detectaremos un campo magnético? La respuesta es sí, pues la existencia de un campo magnético depende del movimiento relativo de las cargas eléctricas respecto al aparato de medición, denominado genéricamente observador.

Einstein desarrolló la idea, que parece obvia, de que las leyes de la física son exactamente las mismas para todos los observadores. En nuestro caso esto significa que el observador que se mueve con rapidez v hacia la izquierda del alambre cargado detecta y mide el mismo campo magnético que un observador inmóvil enfrentado al conductor que se mueve hacia la derecha con rapidez.

En otras palabras, solo depende del movimiento relativo del observador y el conductor, y esto es la esencia del principio de la relatividad. Desarrollando matemáticamente esta idea, Einstein obtuvo relaciones matemáticas entre las intensidades del campo eléctrico y el campo magnético medidas por los dos observadores. Una de las consecuencias de las ecuaciones anteriores es que la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal.

El origen de la teoría de la relatividad se sustenta en las ecuaciones del electromagnetismo, descubiertas parcialmente por varios sabios del siglo XIX y completadas por otro genio, James Clerk Maxwell, unas tres décadas antes de 1905. La teoría electromagnética fue confirmada poco después de su muerte y una multitud de experimentos desarrollados antes de 1905 daba soporte a una confianza absoluta en ella. Uno de los muchos experimentos que confirman las leyes de Maxwell es la bobina de Tesla.

La bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones de elevadas frecuencias (radiofrecuencias) con efectos observables por el ojo humano como chispas, coronas y arcos eléctricos. La inventó Nikola Tesla, un extraordinario ingeniero serbio-estadounidense, quien en 1891 desarrolló un generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual proyectaba trasmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Aunque la idea no prosperó, a Tesla le debemos la corriente trifásica, los motores de inducción que mueven las industrias y otras 700 patentes más.

La bobina funciona de esta manera: El transformador T1 carga al capacitor C1 y se establece una alta tensión entre sus placas. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire, y hace saltar una chispa entre los bornes del explosor EX. La chispa descarga al capacitor C1 a través de la bobina primaria L1 (con pocas espiras) y establece una corriente oscilante. Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente y repite el proceso. Así resulta un circuito oscilatorio de radio frecuencia al que llamaremos circuito primario. La energía que produce el circuito primario se induce en la bobina secundaria L2 (con más vueltas). El circuito secundario se forma con la inductancia de la bobina L2 y la pequeña capacidad distribuida en ella misma, diseñado de modo que el circuito secundario oscila a la misma frecuencia que el circuito primario, entrando en resonancia. Finalmente, el circuito secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes muy elevados. Las ondas que se propagan en el medio ionizan las moléculas del aire, convirtiéndolo en trasmisor de corriente eléctrica. Si se acerca una ampolleta al electrodo superior de la bobina de alto voltaje L2, se observarán los efluvios internos provocados por la radiofrecuencia. Una lámpara fluorescente se encenderá también al acercarla, lo mismo con un tubo de neón. Se puede provocar una chispa de RF tomando un objeto metálico oprimido fuertemente con los dedos y acercando su extremo al electrodo superior de la bobina; si no se oprime fuertemente, el arco puede quemar la piel. No acerque aparatos electrónicos a la bobina, pues la alta tensión de radiofrecuencia los puede dañar.

Otro aparato interesante es el impulsor electromagnético. Este consiste en un transformador cuyo núcleo de hierro sobresale, de modo que además del intenso campo magnético interior, se genera un intenso campo magnético residual a su alrededor. Si se deposita un anillo metálico cerrado, al conectar la electricidad se establece un campo magnético intenso dentro del núcleo del transformador que varía en el tiempo con la frecuencia de la corriente alterna de la red eléctrica. Las leyes del electromagnetismo explican el hecho de que en el transformador y el aro se generen corrientes eléctricas que tienden a compensar la variación del flujo magnético encerrado por el aro. Estas corrientes a su vez son desviadas por el campo magnético residual que atraviesa el aro, lo que resulta en un empuje neto hacia arriba aplicado al aro.

Einstein aplicó la idea de la universalidad de las leyes de la física, expresada en la invariancia de sus ecuaciones, usando las ecuaciones del electromagnetismo formuladas por Maxwell. Resulta que la aplicación subsecuente del principio de la relatividad a las leyes de la mecánica, formuladas por Isaac Newton (otro gigante de la ciencia de la misma talla de Einstein) hace trescientos años, implica modificar las leyes y ecuaciones de Newton, modificaciones que se hacen evidentes a velocidades comparables a la velocidad de la luz y llevan a los famosos fenómenos de la dilatación del tiempo y la contracción de las longitudes.

Es de anotar que Einstein pudo haber optado por mantener invariantes las ecuaciones de Newton y modificar las ecuaciones de Maxwell. Modificar las hasta entonces indiscutidas ecuaciones de Newton requirió audacia, y una prueba de esto es que Einstein no recibió el premio Nobel por su más famoso descubrimiento, sino por su también osada y controversial teoría del efecto fotoeléctrico y “otras contribuciones”. Sin duda, las notables confirmaciones de la teoría electromagnética de Maxwell, incluyendo experimentos como la bobina de Tesla, lo condujeron por el camino correcto. La relación de continuidad entre los trabajos científicos de Maxwell y Einstein (no se conocieron personalmente, pues Einstein nació en el año en que murió Maxwell) se extiende a otras ramas de la física, pero esto es otra historia.

FUENTE: Gonzalo Gutiérrez y Eduardo Menéndez: Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile.