Versión en .pdf con imagenesAlbert Einstein Koch, el físico más importante del siglo 20 (“hombre del siglo”, según la revista TIME), nació en Ulm, estado de Württemberg, Alemania, el 14 de marzo de 1879, hijo primogénito del matrimonio formado por Hermann Einstein (32) y Pauline Koch (21). Un año después la familia se trasladó a München. En esta ciudad, Hermann, de oficio comerciante, se asoció con su hermano Jacob, ingeniero, y establecieron una fábrica de aparatos eléctricos. En 1881 nació María (“Maia”), única hermana de Albert. A los 6 años de edad, Albert ingresó a la escuela primaria católica, teniendo aun serias dificultades para hablar, tanto que sus padres temían que su hijo fuese retardado.
Una brújula que le regaló el papá produjo gran impresión en el niño, generando en él un interés creciente por las propiedades magnéticas del espacio. Su madre, proveniente de una familia culta y acomodada, incentivó en él un interés por la música clásica, tomándole clases de violín. Su tío Jacov, por su parte, le regaló un libro de geometría y lo estimuló hacia la matemática. Otra gran influencia sobre el niño tuvo su tío Cesar Koch, comerciante, quien le regaló un pequeño motor a vapor. A los 10 años Albert ingresó al prestigioso liceo Luitpold de München, en donde recibió una buena formación básica en ciencias naturales, particularmente en física, matemática y geometría, sus ramos favoritos, sin que destacara mayormente. Por el contrario, su carácter de adolescente reservado y taciturno lo distanció de sus compañeros y profesores.
A la edad de doce años su gran sensibilidad lo llevó a interesarse por la religión, pero pronto se decepcionó por las historias bíblicas, que le parecían irreales. Sin embargo, nunca dudó de la existencia de un Dios: “Yo quiero saber cómo Dios creó el mundo…, quiero conocer Su Pensamiento…, todo lo demás son detalles” confesó muchos años después, cuando era profesor en la Universidad de Berlín. La ruda disciplina exigida en el liceo, el autoritarismo y el espíritu militarista de la época, le provocaron una honda desconfianza en la autoridad y en las creencias establecidas, despertando en él un profundo espíritu crítico que lo haría cuestionar, posteriormente, los aspectos más fundamentales de la física clásica a la luz de nuevos e intrigantes descubrimientos.
Poco antes de terminar sus estudios en el liceo, cuando Albert tenía 15 años de edad, en 1894, su familia se mudó a Milán, Italia, dejándolo solo en München, al cuidado de un lejano pariente. Su rebeldía contra el liceo se exacerbó de tal forma que seis meses después siguió a sus padres a Italia, abandonando los estudios antes de obtener la licencia secundaria, lo cual fue un alivio para sus maestros pero un gran disgusto para su padre, quien quería que su hijo llegase a ser ingeniero eléctrico. Sin licencia secundaria era imposible ingresar a la universidad en Alemania. Existía, sin embargo, la posibilidad de estudiar en Suiza, en particular, en el Instituto Politécnico de Zurich, cuyo único requisito era aprobar el examen de ingreso.
En la primavera de 1895, el joven Albert disfrutó su tiempo libre en el norte de Italia, impresionado por la cultura renacentista, visitando ciudades como Padua, Pisa, Siena y Peruggia. En sus paseos por la campiña toscana, su mente reflexionaba obsesivamente sobre las paradojas que surgían al tratar de entender los fenómenos electromagnéticos. Apenas había cumplido 16 años cuando envió a su tío Cesar Koch en Stuttgart para su consideración un manuscrito de 5 páginas titulado “Sobre el estado de la investigación acerca del éter en campos magnéticos”, en el que hace ver la necesidad de diseñar experimentos para dilucidar la incompatibilidad existente entre los fenómenos electromagnéticos y los principios de la física clásica.
Las paradojas que lo intrigaban en ese verano de 1895 eran del tipo siguiente: si un observador viajara a la velocidad de la luz en la misma dirección de un rayo, según el teorema clásico de adición de velocidades, dicha señal luminosa debiera verse detenida con respecto al observador, pero ello significa que dejaría de existir como onda. Por ejemplo, si el observador portara un espejo en su mano y lo colocara frente a él para mirar su rostro, no vería nada. Por lo tanto, el sistema de referencia unido a dicho observador no es equivalente a cualquier otro que avanza con velocidad menor a la de la luz. Pero, esto viola el principio de relatividad de Galileo-Newton, según el cual, todos los sistemas de referencia que se mueven entre sí con velocidades relativas constantes, son equivalentes. Al parecer dicho principio, válido para la Mecánica, no podría aplicarse a las leyes de la Optica. O tal vez el teorema de adición de velocidades no sería aplicable al caso de la luz. Pero si esto último es cierto, entonces no podría existir el “éter”, o medio físico a través del cual se propaga la onda luminosa en el espacio. Estas dudas de la adolescencia fueron despejadas magistralmente por Einstein 10 años después, en su año “milagroso” de 1905.
En el otoño de 1895, Albert Einstein se presenta al examen de admisión en Zurich, siendo rechazado, no por su capacidad matemática, que fue considerada excepcional para un joven de 16 años de edad, sino por deficiencias en zoología, botánica y lenguas modernas. El director del Instituto Politécnico de Zurich, impresionado por la habilidad matemática del muchacho, sugirió a sus padres que intentara ingresar nuevamente al año siguiente y que mientras tanto completase su educación secundaria en la escuela cantonal de Aarau, cerca de Zurich. El rector de esta última lo recibió con simpatía y lo albergó en su casa. La estadía en Aarau fue muy estimulante para el joven Albert, quien encontró un entorno grato y acogedor para expandir su educación. Tanto fue su agrado, que resolvió renunciar a la ciudadanía alemana, lo que hizo efectivo con la anuencia de su padre en 1896, y solicitar la nacionalidad suiza. Sin embargo, debido a su corta edad el proceso demoró cuatro años antes que ésta fuera concedida.
Tras un segundo intento, en el otoño de 1896 el joven fue finalmente admitido al Instituto Politécnico de Zurich, pero aquí una vez más sorprendió a su familia al matricularse en la carrera de Pedagogía en Física y Matemática en lugar de hacerlo en Ingeniería Eléctrica. Ya era evidente que su vocación iba más hacia el estudio de la filosofía natural que a las profesiones técnicas. Le interesaba más “escudriñar la mente de Dios”, en lugar de asegurarse un buen porvenir económico. Durante sus cuatro años como estudiante universitario, el joven Einstein mostró una extraordinaria independencia de pensamiento, reflexionando profundamente sobre temas de su interés - tanto en física como en filosofía, literatura, antropología, geología, política y comercio - y prestando poca atención a las materias obligatorias. En lugar de asistir a clases, se dedicó a leer las obras fundamentales de los grandes pensadores. Su promedio final de notas no fue brillante; obtuvo un 4,9 en la escala de 1 a 6. No es de extrañar entonces que al obtener su diploma de “Statlehrer” (Profesor de Estado) a mediados de 1900 ninguno de sus maestros quisiera contratarlo como ayudante de investigación.
Envió sus antecedentes a diversos profesores en Alemania, Suiza y Holanda, que le parecían interesantes para incorporarse a sus equipos de trabajo, pero no obtuvo respuesta. Publicó avisos económicos en la prensa ofreciendo clases particulares, sin éxito. Sólo consiguió un puesto como reemplazante por 6 semanas en la Escuela Técnica de Wintertur y luego algo similar en Schaffhausen. Pero su cabeza no dejaba de trabajar: cuando tenía 21 años de edad, el 13 de diciembre de 1900 aparece publicado su primer trabajo científico en la prestigiosa revista alemana “Annalen der Physik” titulado “Consecuencias de los fenómenos de capilaridad”. En febrero de 1901 le es concedida la ciudadanía suiza, pero se salva de hacer el servicio militar obligatorio por padecer de “pié plano”.
A fines de 1901 envía su tesis titulada “Sobre una nueva determinación de las dimensiones moleculares” a la Universidad de Zurich para postular al grado académico de Doctor, al tiempo que presenta sus antecedentes ante la Oficina de Patentes de Berna para concursar al cargo de Ingeniero de Segunda Clase, con un modesto salario, cargo que consigue finalmente a mediados de 1902 gracias a la influencia del padre de su compañero de estudios, Marcel Grossmann. En ese mismo año aparecen dos nuevas publicaciones de Einstein en la revista Annalen der Physik, referidos a la teoría de las fuerzas intermoleculares y a la teoría del equilibrio termodinámico. En Octubre de 1902 muere su papá Hermann en Milán.
En enero de 1903 Albert se casa con su ex compañera de estudios, Mileva Malic. Ambos viven en un pequeño departamento en Berna, en condiciones bastante precarias, que se hacen luego más difíciles con la llegada de su primogénito Hans Albert en 1904. Pero su productividad intelectual no disminuye: aparecen dos nuevas publicaciones en la revista Annalen der Physik, “Teoría de los fundamentos de la Termodinámica” (1903) y “Teoría molecular general del Calor” (1904), trabajos en los cuales desarrolla los elementos esenciales de la mecánica estadística. Si bien estas publicaciones no tuvieron gran repercusión, por cuanto ya antes Willard Gibbs y Ludwig Boltzmann habían hecho aportes sustanciales en la misma línea, sirvieron como base para sus trabajos posteriores en relación al movimiento browniano, la teoría de fluctuaciones, la naturaleza corpuscular de la radiación, y las estadísticas cuánticas.
Las condiciones difíciles de su vida familiar y laboral, que lo mantenían alejado de los grandes centros de investigación, sin contactos académicos relevantes, hacían imposible prever lo que ocurriría en 1905, “el año milagroso”: una secuencia de cuatro publicaciones en la revista Annalen der Physik provocarán un vuelco fundamental en la historia de la Física.
El primer trabajo, de marzo 1905, aborda el extraño efecto fotoeléctrico, descubierto varios años antes, y lo interpreta en base a la hipótesis de “cuantos de luz”. En él propone una nueva interpretación sobre la naturaleza de la radiación, evalúa el “cuanto de acción” introducido por Max Planck en 1900 e introduce la sorprendente “dualidad onda-corpúsculo”, noción que será esencial en la futura Mecánica Cuántica. Por esta publicación Albert Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1922. El segundo trabajo explica el sorprendente “movimiento browniano” en base a la mecánica estadística, demuestra la existencia real de las moléculas y propone un método experimental para determinar sus dimensiones. El tercer trabajo se refiere a la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, modifica los conceptos clásicos de espacio, tiempo y simultaneidad, postula la constancia de la velocidad de la luz en el vacío, resuelve la paradoja del “éter” y propone una nueva Mecánica, ahora “relativista”, compatible con la Electrodinámica. Los tres trabajos mencionados aparecen en el mismo volumen 17 de Annalen der Physik. El cuarto trabajo, publicado en el volumen siguiente, a fines de 1905, es una extensión del anterior; en éste Einstein desarrolla la dinámica relativista, demuestra la equivalencia entre masa y energía, y establece la famosa fórmula E = mc2.
Max von Laue, quien posteriormente obtuvo el Premio Nobel de Física, cuenta la gran sorpresa que produjeron estas publicaciones, de un autor desconocido, en la Universidad de Berlin, centro líder de la física europea, donde varios participantes en el seminario dirigido por Max Planck durante el semestre de invierno de 1905 manifestaron abiertamente su incredulidad. Algo similar ocurrió simultáneamente en el coloquio dirigido por Wilhelm Wien en la Universidad de Leipzig.
En diciembre de 1905 la Universidad de Zurich aceptó finalmente su tesis doctoral y en enero de 1906 le otorgó el grado académico de Doctor en Ciencias Naturales. Con este título y sus numerosos trabajos publicados, el joven Einstein renovó su intento por obtener un puesto estable de investigador en una institución académica. Así en 1907, mientras trabajaba en la Oficina de Patentes, postuló a un cargo de Instructor Privado (“Privat Dozent”) en la Facultad de Física Teórica de la Universidad de Berna, pero su postulación fue rechazada por estimarse “insuficientes” sus antecedentes. Pese a las precarias condiciones de vida su productividad intelectual era tal, que en los dos años, 1906 y 1907, publicó otros 10 trabajos en la revista Annalen der Physik, entre los cuales destaca su teoría cuántica del calor específico de los cuerpos sólidos, dando origen a la moderna Física del Estado Sólido.
Recién en 1908, tres años después de las notables publicaciones del año 1905, por fin la facultad de Física Teórica de la Universidad de Berna le concedió un cargo de “instructor privado”, cargo que permite al docente enseñar cursos electivos y percibir como remuneración el aporte directo de los interesados. Su primer curso, dictado en el semestre de invierno de 1908, versó sobre “La teoría de la Radiación”; en él se inscribieron sólo 4 alumnos. Dado que dicho tópico le interesaba especialmente, ya que allí formulaba su teoría cuántica de la luz, ofreció el mismo curso nuevamente en el semestre de verano de 1909, pero esta vez se inscribió sólo 1 alumno.
Recién cumplidos los 30 años, el modesto empleado no pertenece a ninguna institución académica relevante. Muy pocos científicos han oído hablar de él. Sin embargo, su extraordinaria productividad intelectual no ha pasado desapercibida por los grandes especialistas. Sus 25 artículos publicados en la revista Annalen der Physik han causado asombro. La Universidad de Ginebra, con ocasión de cumplir 350 años de su fundación, otorga un “doctorado honoris causa” a dos físicos jóvenes: Marie Curie y Albert Einstein. Es el primer reconocimiento significativo. Los más grandes físicos de la época quieren conocerlo; se dice que ha nacido un nuevo Copérnico, pero muy pocos entienden sus teorías. Se prepara una gran convención de la Sociedad Alemana de Física para octubre de 1909 en la ciudad austríaca de Salzburg, y el joven es invitado a exponer sus ideas. Su charla se titula: “Evolución de nuestra visión sobre la naturaleza y constitución de la Radiación”. Causa enorme impacto. La disputa ancestral entre Newton y Huygens ha sido resuelta: ¡la luz no es onda ni partícula, es ambas a la vez!
Este será el primer encuentro personal del joven Einstein con sus pares, Planck, Lorentz, Wien, Sommerfeld, Born, Meitner, Von Laue, entre otros. Es su gran “estreno en sociedad”. Así, por fin, el joven se integra a la comunidad científica internacional, que lo acogerá con gran interés, pero con no menos incredulidad.
Jorge Ossandón Gaete, Ph. D.
Profesor Titular
Universidad de Talca
Junio de 2005
Para saber más sobre la obra de Einstein y su trascendencia puede leer el articulo del mismo autor, "La fisica, antes y despues de Einstein".