Relatividad En La Actualidad

Estudios de la relatividad en la actualidad

Abordando tres tópicos muy distintos: relatividad, efecto fotoeléctrico y movimiento browniano, Einstein revolucionó nuestra visión del espacio, el tiempo y proporcionó una realidad microscópica a los procesos termodinámicos, estableciendo así bases para impresionantes descubrimientos tecnológicos presentes en la actualidad.

Tal vez lo más destacado del trabajo de Einstein en 1905 no es la dificultad matemática de sus teorías, ni tampoco la solidez experimental de los argumentos que planteó, sino más bien la brillantes de sus ideas, unidas a una excepcional intuición física. Según Gerard´t Hooft, premio Nobel de Física por sus contribuciones a la teoría cuántica, ningún otro científico de la época estaba pensando de la forma en que lo hacía Einstein.

La corrección en la medición del tiempo en el GPS

Según Einstein, la energía de cohesión de todos los átomos, y por consiguiente el tiempo medido por los relojes atómicos, debe depender del potencial gravitacional en el que se encuentran. En consecuencia, dos relojes en diferentes referenciales medirán tiempos ligeramente distintos. Este efecto, junto con la dilatación asociada a la relatividad especial, tiene un impacto importante en nuestra vida cotidiana, puesto que asegura que los dispositivos de navegación, base del Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus iniciales en inglés), permanezcan fiables.

Los efectos relativistas son responsables de que existan 39 microsegundos por día de diferencia entre los relojes en Tierra y aquellos en los satélites del GPS.

Si no se tomaran en cuenta estos efectos, los GPS tendrían un error de 10 km por día, mientras que en la actualidad un GPS comercial proporciona una precisión de 15 metros.

Movimiento browniano

Einstein es más conocido por sus teorías de relatividad, pero su trabajo sobre el movimiento browniano impulsó una revolución en la física estadística que está en pleno desarrollo aún en nuestros días. Las aplicaciones incluyen el mercado accionario, donde esta teoría se ha usado para modelar las fluctuaciones del precio de las acciones, el tráfico de vehículos, los motores moleculares y las membranas celulares. Notemos que sin fluctuaciones aleatorias, o movimiento browniano, no habría transformación de fases ni empaquetamiento de proteínas, la membrana celular carecería de función y no habría evolución de especies.

A la luz de los resultados obtenidos hace cien años, los científicos de nuestro siglo están comenzando a descifrar las profundas delicadezas de

los sistemas biológicos y otros sistemas complejos. Gradualmente, ha venido quedando más o menos claro que en estos sistemas existe un extraordinario balance entre leyes físicas deterministas y los sutiles efectos de la aleatoriedad.

Emisión espontánea y estimulada: maser y láser

En 1916, Einstein descubrió que un fotón con una energía particular, y por lo tanto con una frecuencia bien precisa, puede inducir a un átomo a emitir fotones en la misma frecuencia; a este proceso lo llamó emisión estimulada. Einstein relacionó la probabilidad de emisión estimulada con la de los átomos no irradiados, emisión espontánea, usando dos expresiones que ahora llamamos los coeficientes A y B de Einstein. En su tiempo, este descubrimiento no tuvo implicancia práctica alguna, puesto que para aquello, la luz coherente así generada necesitaba amplificarse de alguna manera. Esto último lo lograron C. Townes y A. Schawlow para las microondas con el desarrollo del maser en 1954 y T. Maiman en 1960, para la luz visible, con el desarrollo del láser.

De este modo, el trabajo de Einstein sobre la radiación estimulada presagiaba el desarrollo de dispositivos de uso corriente en nuestras casas y de gran utilización en casi todas las áreas de la ciencia y la ingeniería.

los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han medido este efecto en una escala mucho más pequeña, de tan sólo 33 centímetros sobre el suelo, lo que demuestra por ejemplo, que se envejece más rápido simplemente subido un par de peldaños más arriba en una escalera.

Descrita en el último número de la revista Science, la diferencia es demasiado pequeña para los seres humanos como para percibirla directamente --ya que suma aproximadamente 90 mil millonésimas de segundo durante una vida de 79 años -- pero puede proporcionar aplicaciones prácticas en la Geofísica y otros campos.

Del mismo modo, los investigadores del NIST observaron otro aspecto de la relatividad --que el tiempo pasa más lentamente cuando se mueve más rápido-- a velocidades comparables a las de un automóvil que viaja a unas 50 kilómetros por hora, una escala más comprensible que en las mediciones hechas anteriormente, basadas en aviones a reacción.

Los científicos de NIST realizaron estos nuevos experimentos sobre la dilatación del tiempo mediante la comparación de las operaciones de un par de los mejores relojes atómicos experimentales del mundo. Los relojes son casi idénticos, basados en el tic-tac de un solo ion de aluminio (un átomo con carga eléctrica) mientras vibra entre los dos niveles de energía más de un millón de millones de veces por segundo. Un reloj mantiene la hora con una precisión de

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