“Pequeñas” cosas que debemos a Albert Einstein

Si preguntásemos a pie de calle por el nombre de un científico, las respuestas se repartirían mayoritariamente entre Albert Einstein, Marie Curie, Isaac Newton, Stephen Hawking y científicos locales, como Santiago Ramón y Cajal, o aparecidos en el cine, como Robert Oppenheimer.

Según algunas encuestas, los cuatro primeros se quedarían con aproximadamente entre el 60 % y el 90 % de las respuestas y Albert Einstein saldría ganador, por goleada.

Ahora bien, si preguntásemos a continuación por qué conocen a Einstein, la inmensa mayoría de los encuestados responderían ¡la teoría de la relatividad!, aunque no supieran de qué trata tal teoría… Estaremos de acuerdo en que Einstein contribuyó al progreso de la ciencia con este logro, aunque también lo hizo en otros ámbitos, menos conocidos y de gran importancia en nuestro día a día.

Cuatro artículos pioneros

En 1905, antes de dar a conocer su teoría más reconocida, Albert Einstein publicó cuatro artículos merecedores, cada uno de ellos, del premio Nobel:

• Sobre un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de la luz, en el que propuso los cuantos de energía y explicó el efecto fotoeléctrico.

• Sobre el movimiento de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario, según lo requiere la teoría cinética molecular del calor, en el que proporcionó evidencia empírica de la realidad del átomo y dio crédito a la mecánica estadística, una rama de la física relegada por aquel entonces.

• Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, avanzadilla de su gran teoría, en el que Einstein concilió las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo y las leyes de la mecánica clásica: propuso la velocidad de la luz como la máxima velocidad alcanzable, sólo accesible para los fotones.

• ¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido de energía?, en el que Einstein dedujo la ecuación más famosa de todos los tiempos o, al menos, la más reproducida en camisetas y tazas de desayuno. La equivalencia entre la masa de un cuerpo en reposo y la energía en que puede convertirse: E=mc².

Parecen resultados importantes y lo son. ¿Pero de qué nos sirve todo esto a la gente de a pie?

Sincronización de relojes

Cada vez que alguien abre Google Maps o el navegador del coche, el buen funcionamiento del GPS depende directamente de la teoría de la relatividad de Einstein.

Los satélites que forman el sistema GPS se mueven muy deprisa y se encuentran lejos de la superficie terrestre, donde la influencia gravitatoria de la Tierra es menor. Einstein descubrió que el tiempo no avanza al mismo ritmo en cualquier circunstancia: la gravedad y la velocidad del objeto lo modifican. Los relojes de los satélites, por tanto, tienden a adelantarse o retrasarse respecto a los que hay en la superficie de la Tierra.

El sistema GPS corrige este efecto aplicando las ecuaciones de la relatividad especial y general. Si no lo hiciera, el posicionamiento tendría errores de varios kilómetros al cabo de un solo día. Del mismo modo, la infraestructura de internet y de las telecomunicaciones modernas depende de una sincronización extremadamente precisa entre relojes distribuidos por todo el planeta, muchos de ellos también en satélites.

Si no se corrigieran dichos relojes acorde con la relatividad general, las redes eléctricas, los pagos electrónicos, la navegación aérea y el propio internet sufrirían fallos importantes.

Cada conexión, cada videollamada y cada transacción bancaria se beneficia, sin que lo notemos, del modo en que Einstein cambió nuestra comprensión del tiempo y de la gravedad.

Paneles solares: cuestión de fotones

Los paneles solares modernos funcionan gracias al efecto fotoeléctrico, que fue explicado por Einstein en 1905; fue este mérito lo que se premió con el Nobel en 1921.

Planteó que la luz está formada por paquetes de energía llamados fotones y que, cuando un fotón con suficiente energía golpea ciertos materiales, puede arrancar un electrón de su superficie. Esa expulsión de electrones es lo que genera corriente eléctrica en una célula solar.

Todo panel fotovoltaico doméstico, toda farola solar y cada pequeño cargador solar portátil se basan exactamente en el proceso que este científico describió: luz que libera electrones y electrones que generan electricidad.

Videollamadas y pantallas digitales

La fotografía digital, las cámaras de los móviles, las webcams y prácticamente cualquier sistema moderno de captura de imágenes funcionan también gracias al mismo efecto. En los sensores CCD y CMOS, que sustituyen a la película fotográfica clásica, cada punto de la imagen es una minúscula celda que libera electrones cuando recibe luz.

Esa liberación es medida electrónicamente y convertida en una imagen digital. El principio físico detrás de cada foto, vídeo o videollamada cotidiana es exactamente el que Einstein describió en 1905.

Láseres grandes y pequeños

Los láseres, que hoy en día aparecen en muy diversas aplicaciones, funcionan siguiendo un mecanismo que predijo Einstein: la emisión estimulada. En un artículo de 1917, aventuró que un átomo podía ser “forzado” a emitir luz idéntica a la que recibía, creando un haz de luz extremadamente puro, concentrado y ópticamente coherente.

Décadas después, esta predicción se convirtió en el principio de funcionamiento del láser. Hoy en día, encontramos láseres en lectores de códigos de barras en el supermercado, en ratones ópticos, en impresoras láser, en reproductores de CD, en fibra óptica para internet y en algunos procedimientos médicos.

Medicina nuclear

La energía nuclear y varias técnicas médicas modernas dependen de la ecuación E=mc². Esa relación establece que una pequeña cantidad de masa encierra una enorme cantidad de energía.

La comprensión de este vínculo permitió explicar el funcionamiento de los núcleos atómicos y abrió el camino a los reactores nucleares, pero también a usos médicos esenciales, como la radioterapia o las exploraciones PET (tomografía por emisión de positrones), que permiten diagnosticar enfermedades detectando pequeñas cantidades de radiación procedente de desintegraciones atómicas.

Aunque no sea algo que una persona use directamente cada día, sí afecta profundamente a la salud pública y al tratamiento de millones de pacientes alrededor del globo.

En definitiva, cada vez que alguien recibe un radiodiagnóstico o un tratamiento basado en física nuclear, consulta un trayecto en su GPS o carga su teléfono móvil con un panel solar, está aprovechando de algún modo una de las ideas de Albert Einstein.

Francisco José Torcal Milla, Profesor Titular. Departamento de Física Aplicada. Centro: EINA. Instituto: I3A, Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado en The Conversation. Lea el original.