En colaboración con los Archivos Albert Einstein
EINSTEIN Cien años de relatividad
ANDREW ROBINSON
En memoria de mi padre, F. N. H. Robinson, físico teórico y experimental que, como Einstein, amaba la música y la navegación
Título original: Einstein. A hundred years of Relativity Traducción: Cristóbal Barber Casasnovas Revisión de la edición en lengua española: Dr. Alfonso Rodríguez Arias Ingeniero Industrial
Coordinación de la edición en lengua española: Cristina Rodríguez Fischer Primera edición en lengua española 2010 © 2010 Naturart, S. A. Editado por BLUME Av. Mare de Déu de Lorda, 20 08034 Barcelona Tel. 93 205 40 00 Fax 93 205 14 41 E-mail: info@blume.net © 2010 The Albert Einstein Archives, The Hebrew University of Jerusalem © 2005 Palazzo Editions Limited, Bath (Inglaterra) © 2010 del texto Andrew Robinson I.S.B.N.: 978-84-8076-882-5 Impreso en Singapur Todos los derechos reservados. Queda prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio mecánico o electrónico, sin la debida autorización por escrito del editor. WWW.BLUME.NET
Páginas 2-3: Albert Einstein en el Empire State Building. Nueva York, finales de la década de 1930. Página siguiente: Einstein en Washington DC, 1946, en una vista del Comité Anglo-americano que investigaba los disturbios entre árabes y judíos en Tierra Santa. Página 7: Einstein camina por el campus de la Universidad de Princeton, Nueva Jersey, 1953.
EINSTEIN Cien años de relatividad
Contenido Prólogo de Freeman Dyson
8
Primera parte: Einstein, el físico 1
El mundo de la física antes de Einstein Notas autobiográficas, por Albert Einstein
12 26
2
La formación como físico Breve historia de la relatividad, por Stephen Hawking
32 42
3
1905, el año milagroso
52
4
Relatividad general La variable c: ¿vodka sin alcohol? por João Magueijo
66 78
5
En torno a la teoría cuantica
82
6
La búsqueda de una teoría del todo La búsqueda de Einstein de la unificación, por Steven Weinberg
95 102
7
La física después de Einstein El legado científico de Einstein, por Philip Anderson
109 122
Segunda parte: Einstein, el hombre 8
El hombre más famoso del mundo
130
9
Vida personal y familiar Las cartas de amor de Einstein, por Robert Schulmann Einstein y la música, por Philip Glass
140 150 153
10
Alemania, guerra y pacifismo
156
11
Estados Unidos
166
12
Sionismo, el Holocausto e Israel Religión, judaísmo y sionismo según Einstein por Max Jammer
176 185
13
Santo y demonio nuclear Einstein en busca de la paz mundial, por Joseph Rotblat
191 202
14
El final de una era La última entrevista de Einstein, por I. Bernard Cohen
207 212
15
La magia eterna de Einstein Einstein: símbolo del siglo XX, por Arthur C. Clarke
226 235
Cronología de la vida de Einstein Fuentes de las citas Bibliografía Agradecimientos Colaboradores Índice Créditos
240 241 247 248 249 250 255
Breve historia de la relatividad Stephen Hawking Hacia finales del siglo XIX, los científicos creían que se hallaban cerca de completar la descripción del universo. Habían imaginado que el espacio estaba lleno de un medio continuo al que llamaban «éter». Los rayos de luz y las señales de radio eran ondas dentro de este éter, igual que el sonido es una serie de ondas de presión en el aire. Todo lo que se necesitaba para elaborar una teoría era hacer mediciones precisas de las propiedades elásticas del éter. En realidad, anticipándose a dichas mediciones, el laboratorio Jefferson de la Universidad de Harvard fue construido íntegramente sin clavos para que no interfirieran en las delicadas mediciones magnéticas. Sin embargo, los que concibieron el laboratorio olvidaron que los ladrillos de color marrón rojizo utilizados para construirlo, así como la mayor parte de la universidad, contenían grandes cantidades de hierro. El edificio se sigue usando hoy en día, aunque la Universidad de Harvard sigue sin tener muy claro cuánto peso es capaz de soportar el piso de la biblioteca sin clavos. A final del siglo empezaron a surgir las discrepancias sobre la idea de un éter omnipresente. Se presuponía que la luz viajaría a una velocidad fija a través del éter, pero se esperaba que si se viajaba a través del éter a la misma velocidad que lo hacía la luz, su velocidad parecería Einstein en la época en la que trabajaba en la Oficina de Patentes de Berna (1905). La imagen de la página siguiente es una reconstrucción de su escritorio en la misma (1970).
menor, y que si se viajaba en dirección contraria a la luz, su velocidad parecería mayor. Sin embargo, la serie de experimentos que se hicieron no consiguieron apoyar esta idea. El más minucioso y preciso de estos experimentos fue el realizado por Albert Michaelson y Edward Morley en la Case School of Applied Science de Cleveland, Ohio, en 1887. Michaelson y Morley compararon la velocidad de la luz de dos rayos perpendiculares entre sí. Como la Tierra gira sobre su eje y orbita alrededor del Sol, el aparato se mueve a través del éter a una velocidad y en una dirección variables. Pero Michaelson y Morley no encontraron diferencias diarias ni anuales entre los dos rayos de luz. Era como si la luz viajara siempre a la misma velocidad en relación a dónde se encontrara uno, sin importar la velocidad o la dirección en que uno se estuviera moviendo. Basándose en el experimento de Michaelson y Morley, el físico irlandés George FitzGerald y el físico holandés Hendrik Lorentz sugirieron que los cuerpos que se movían a través del éter se contraían y que los relojes se moverían más despacio. Esta contracción y esta ralentización del tiempo serían tales que la gente mediría siempre la misma velocidad de la luz, sin importar cómo se movieran respecto al éter. (FitzGerald y Lorentz seguían considerando que el éter era una sustancia real). Sin embargo, en un artículo escrito en junio de 1905, Einstein señaló que si uno no podía detectar si se estaba moviendo o no a través del espacio, la noción del éter era redundante. Así pues, Einstein partió del supuesto de que las leyes de la ciencia debían ser las mismas para todos los observadores moviéndose libremente. En particular, todos deberían medir la misma velocidad de la luz sin importar la velocidad a la que se estuvieran moviendo.
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L A
F O R M A C I O N
C O M O
F I S I C O
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EINSTEIN
:
CIEN
ANOS
DE
R E L AT I V I D A D
premio Nobel conjunto como fundadores de «la mecánica ondulatoria o mecánica cuántica». «En mi opinión, esta teoría contiene, sin duda, una pieza de la verdad suprema», afirmó Einstein. En 1932 Heisenberg recibió el galardón y en 1933 fue otorgado a Schrödinger. Sin embargo, sabemos que Einstein no se sentía satisfecho con la mecánica cuántica, algo que dejaría claro durante el resto de su vida:
La convicción impone que la dualidad de la naturaleza (corpuscular y ondulatoria), empíricamente demostrada, sólo se puede percibir a través de […] un debilitamiento del concepto de realidad. Creo que una renuncia teórica de tal magnitud no está por el momento justificada por nuestro conocimiento actual; también considero que nadie debería dejar de buscar hasta el final el camino de la teoría del campo relativista.
Paul Dirac (el cuarto por la izquierda), Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger en la estación de tren de Estocolmo (1933). La fotografía probablemente fue tomada cuando Dirac y Schrödinger recibieron conjuntamente el premio Nobel en 1933. Heisenberg había recibido el premio el año anterior.
Esta declaración fue escrita en 1952. Durante las tres últimas décadas, Einstein había buscado de manera incansable el camino que había mencionado; una búsqueda de una teoría más fundamental que la nueva teoría cuántica.
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Asistentes al sexto congreso Solvay (Bruselas, 1930), donde Einstein mantuvo su famoso debate con Niels Bohr sobre mecánica cuántica. En la fotografía aparecen Marie Curie, Paul Dirac, Enrico Fermi, Wolfgang Pauli, Léon Rosenfeld y Arnold Sommerfeld.
6. La búsqueda de una teoría del todo «No se le puede asignar un destino más justo a una teoría física que señalar el camino hacia la introducción de una teoría más comprensible, en la que vive como un caso limitante.» Einstein, Relatividad, 1916 Aproximadamente una década después de la muerte de Einstein, Max Born, en Max Born, Albert Einstein. Correspondencia —el que probablemente sigue siendo el mejor libro para entender el intelecto y la personalidad de Einstein—, hizo referencia, aunque en términos muy prudentes, a la búsqueda incansable de Einstein, su amigo y adversario profesional, de una teoría «unificada»:
Veía en la mecánica cuántica actual un estadio intermedio muy útil entre la física clásica tradicional y una «física del futuro» todavía completamente desconocida y basada en la relatividad general, en la que —algo que calificó de indispensable por razones filosóficas— los conceptos tradicionales de realidad física y determinismo volvían a ser relevantes. Por eso consideraba que la mecánica cuántica estadística no era errónea sino «incompleta». Supuestamente, Einstein le dijo a un antiguo estudiante (el astrónomo Fritz Zwicky) que el objetivo final de su búsqueda era «obtener una fórmula que explique la manzana de Newton, la transmisión de la luz y las ondas de radio, las estrellas y la composición de la materia». Para citar directamente a Einstein, el concepto clave de una teoría unificada tenía que ser el «campo», que tan fructífero había demostrado ser en las ecuaciones de Maxwell y en
Einstein de camino al Nuevo Mundo, a bordo del SS Deutschland. Era el segundo viaje que Einstein hacía a Estados Unidos (1931).
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«No es demasiado pronto para empezar a disipar las nubes del mito y ver la cima de la gran montaña que esconden estas nubes. Como siempre, el mito tiene su atractivo, pero la verdad es mucho más bella.» J. ROBERT OPPENHEIMER SOBRE ALBERT EINSTEIN, 1965.
Colaboradores: Philip Anderson, Arthur C. Clarke, I. Bernard Cohen, Freeman Dyson, Philip Glass, Stephen Hawking, Max Jammer, João Magueijo, Joseph Rotblat, Robert Schulmann y Steven Weinberg.
ISBN 978-84-8076-882-5
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