Teoría de la relatividad. El espacio es una cuestión de tiempo.

Teoría de la relatividad. El espacio es una cuestión de tiempo.

NOMBRES: David Antonio Ortega Villeda, Nestor Alfonso Sánchez Jacobo, Omar Eduardo De León Pérez, Gustavo Vilchis Gómez, Ricardo Zaldívar Pichardo y Jean Carlo Rosas Fragoso

Departamento de Ciencias Básicas, Instituto Tecnológico de Toluca, Av. Tecnológico s/n, Colonia Agrícola Buenavista, C.P. 52149, Metepec, México.

CORREOS ELECTRÓNICOS: odeleon97@gmail.com, ricardozalpich@gmail.com y  jaker_dark13@hotmail.com  

 “Nunca consideres el estudio como una obligación, si no como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.”

Albert Einstein

1. EL ESPACIO ES UNA CUESTIÓN DE TIEMPO.

   A finales del siglo XIX el mundo se rendía fascinado ante la electricidad y sus aplicaciones. Los científicos, sin embargo, se las veían y se las deseaban para reconciliar sus descubrimientos acerca del electromagnetismo con la física heredada de Newton. Un joven Einstein, a los dieciséis años, se planteó la pregunta que daría pie a todas las respuestas: ¿qué aspecto mostraría un rayo de luz en el momento de alcanzarlo?

A lo largo de 1905, Einstein, entonces un anónimo empleado de la Oficina de Patentes de Berna, publicó cinco artículos que revolucionarían la física. Entre ellos figuraba su primer esbozo de la relatividad especial. Al fijar la constancia de la velocidad de la luz en el vacío, condenó para siempre cualquier noción familiar de espacio y tiempo.

Aunque casi a regañadientes, el mundo académico acabó rindiéndose al genio de Einstein. Desde su puesto de profesor en Zúrich se planteó el reto de introducir la gravedad en el escenario relativista. En 1915 estaba muy cerca de alcanzar su objetivo cuando descubrió que el matemático David Hilbert se había propuesto completar la teoría antes que él. Estalló así uno de los períodos de mayor tensión mental de su vida.

Una vez levantado el andamio de las ecuaciones relativistas, Einstein se aplicó a pintar su imagen personal del universo. La cosmología, una ciencia dominada hasta entonces por la especulación, dio con él un paso de gigante. La confirmación experimental, en 1919, de la desviación de la luz bajo la acción de la gravedad convirtió a Einstein en una celebridad de la noche a la mañana.

Al mismo ritmo que se apagaba su estrella creativa, se acrecentó la dimensión pública de Einstein. Se convirtió en una figura patriarcal, crítica y respetada, pero de quien se emancipaban las nuevas generaciones de físicos. Inmune al desaliento, se lanzó en solitario a la conquista de una teoría no cuántica capaz de reconciliar electromagnetismo y gravitación.

1. Capítulo 1: La revolución electromagnética.

   No es de sorprender que Albert Einstein haya sido quien fue, pues su padre, Hermann, era una persona bastante lista, incluso tenía, junto con su hermano Jakob, una empresa de ingeniería eléctrica en la que Hermann se encargaba del área comercial y Jakob del área ingenieril, él fue el principal motor de Albert.

Siempre nos han dicho que Albert Einstein fue un genio que en la escuela sacaba malas calificaciones, lo cual es solo un mito o una leyenda, pues hay pruebas de que Einstein siempre fue un buen estudiante y las razones por las que se generaron estas falsas anécdotas son que su actitud no era la que le favorecía a los profesores, no era como un niño de su edad, él comentaba que sus profesores eran como militares, y no era muy feliz en la escuela.

Albert sólo tuvo una hermana, María, quien fue su cómplice; y su familia y la de Jakob eran bastante unidas.

Hay dos sucesos que simbolizan la iniciación de Albert a la física: una brújula que le regaló su padre y la lectura de un libro de geometría eculídea.

Debido a que vivían cerca de la fábrica que su padre y su tío manejaban, Albert visitaba ese lugar muy a menudo, y su tío estaba siempre fascinado al enseñarle lo que sabía sobre máquinas, bobinas, etc…

Una de las principales características científicas que presentó desde niño fue la independencia de pensamiento, debido a que le encantaba anticiparse a los resultados finales y a menudo buscaba otra manera de hacer las cosas, distinta a los libros.

Albert conoció a un estudiante de medicina polaco debido a que adoraba la hospitalidad de sus padres, su nombre era Max Talmey, quien siempre estuvo impresionado por la increíble capacidad mental del pequeño (se llevaban 12 años), y le regaló varios libros de matemáticas para que Albert siguiera preparándose.

Uno de los primeros intereses de Einstein fue el electromagnetismo (por esa brújula), pero hay que recordar que ya varias personas se habían aventurado en ese tema, tal es el caso de Charles Coulomb, quien propuso la ley de “la atracción o repulsión entre cargas es directamente proporcional al producto de la cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”, enunciado que desató a más científicos como Hans Oersted, quien demostró que al paso de una corriente se desviaba la aguja de una brújula. Ese experimento desató la curiosidad de André Mari Ampere, quien dio un paso más para decir que dos corrientes también pueden atraer o repeler entre sí.

Michael Faraday fue el primero en jugar con lo dicho por Coulomb, Oersted y Ampere. Faraday fue un hombre extraordinario que aportó muchísimo a este mundo, simplemente, el 99% de la electricidad proviene de plantas hidroeléctricas, nucleares, térmicas, etc… y todas tienen generadores de corriente, que vienen de un principio que fue por primera vez observado por Faraday. Él también definió uno de los conceptos más importantes de la física, el campo.

En el mismo año que Faraday definía las líneas de campo, nacía James Clerk Maxwell (1831), a Faraday no le creían mucho debido a que venía de una familia muy humilde, mientras que la familia Maxwell se rozaba con la nobleza y había estudiado la universidad en Edimburgo y Cambridge. A pesar de eso, Maxwell se tomó muy en serio todo lo que Faraday decía sobre las líneas de campo para estudiarlas mejor, y definió las leyes que regían la estructura y evolución de los campos ante cualquier configuración de cargas, corrientes e imanes. Así integró los resultados de Coulomb, Oersted, Ampere y Faraday, diseñando el manual que todos los ingenieros necesitaban.

Al manipular sus ecuaciones, Maxwell definió que la perturbación actuaba como el sonido, en forma de ondas, y pudo calcular su velocidad, que arrojaba un valor cercano a los 300 000 000 m/s.

No era un valor cualquiera, en 1849 un científico llamado Hippolyte Fizeau pudo atrapar un rayo a base de espejos en su laboratorio y al calcular su velocidad, le dio un valor de 314 858 000 m/s, su compatriota León Foucault lo afinó a 298 000 000 m/s.

Después de comparar estas cifras Maxwell dijo “la velocidad se asemeja tanto a la de la luz que parece que la luz también es una interrupción magnética” y ese enunciado inició una nueva etapa en el pensamiento de esa época. Eso catapultó a Maxwell a una lista muy exclusiva de científicos.

Después de leer la obra de Maxwell, Heinrich Hertz se puso a investigar ondas electromagnéticas y se dio cuenta de que sí eran en esencia lo mismo que la luz, sólo que su longitud no encendían los fotoreceptores del ojo humano para poder notarlos.

Después de Coulomb, Faraday, Oersted, Ampere y Maxwell llegaron personas como Marconi, Graham Bell, Morse, Tesla, Edison y los propios Jakob y Hermann Einstein, emprendedores que se acercaron al campo del electromagnetismo para hacer su cosecha.

La empresa de Jakob y Hermann quebró por primera vez debido a que en Alemania se adueñaron del mercado eléctrico empresas grandes y no dejaron nada para las empresas familiares, decidieron mudar su empresa a Italia, pero Albert se quedó en Alemania. Albert estaba bajando su rendimiento en la escuela y se sumó a sus preocupaciones el servicio militar, tanta fue su desesperación por salir de ahí que un médico decidió extender una carta donde decía que debía dejar eso porque podía tener una crisis nerviosa en cualquier momento.

Era de preocuparse dejar la escuela porque si no terminaba la secundaria, no podría estudiar una carrera universitaria, además, cualquiera que estuviera fuera de Alemania y pasara de los 17 años, y sin hacer el servicio militar, se consideraba un desertor.

Es por eso que Einstein decidió renunciar a la ciudadanía alemana y se acercó a pedir la Suiza, ahí podría estudiar en la universidad politécnica de Zurich, que se caracterizaba por su enseñanza en Física y Matemáticas. Cuando hizo examen para entrar, no fue seleccionado, sin embargo, su desempeño en matemáticas y física fue tan notorio que el profesor Webber lo invitó a tomar clase con él, y a que terminara sus estudios de secundaria en la escuela cantonal de Aarau.

En Aarau se hospedó en la casa de Jost Winteler, a quien empezó a llamar papá, por el buen trato que recibía; eran personas alegres, los Winteler lo trataban bien. En dicha escuela conoció a Mileva Maric, alguien que compartiría el amor por las matemáticas y las teorías de gases, persona de la cual Einstein se enamoró a la edad de 17 años.

Tenía 17 años y ya había enfrentado a la ley, suficientes matemáticas y al amor.

1. Capítulo 2: Todo movimiento es relativo.

   Movimiento relativo, cambio de posición respecto de un sistema de referencia que a su vez se mueve respecto a otro sistema de referencia. No se puede hablar de un sistema de referencia absoluto ya que no se conoce un punto fijo en el espacio que pueda ser elegido como origen de dicho sistema. Por tanto, el movimiento tiene carácter relativo.

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