No todos conocen, lo que hizo el personaje

La materia tiene una estructura que consiste esencialmente de infinitesimales partículas que se agrupan para formar átomos que resultan ser la unidad de toda clase de materia que podamos contemplar o detectar y, así, en agrupaciones estructurales, conforman la materia y la reactivan por medio de otras partículas mayores que llamamos moléculas que son las que acusan las reacciones químicas y, conforme determina el modelo corpuscular esas moléculas siempre están en continuo movimiento.

Todos conocemos que en el año 1905, nuestro conocido y admirado Eintein escribió algunos artículos memorables que pasaron a la historia de la Física y, de hecho, cambio el futuro de la Ciencia del siglo XX. De entre ellos (me referiré al posiblemente menos conocido por la gente de la calle), el artículo sobre “El movimiento Browniano”, que no sólo explicó sino que, daba un método de extrema precisión para contar átomos y permitió establecer de forma definitiva la estructura corpuscular de la materia.

Otro de aquellos artículos famosos, fue aquel que desarrollaba la teoría de la relatividad especial de tan amplias consecuencias, y, no me quiero dejar atrás ese otro trabajo suyo en el que estableció que la luz (considerada hasta aquel momento como una vibración) se comportaba, en “El Efecto Fotoeléctrico”, como partículas, a las que el llamó Lichquanten y que son en la actualidad conocidas como fotones. Este último descubrimiento, tal vez el más fundamental, llevó -entre otras cosas- al desarrollo de la mecánica cuántica.

Efecto Fotoeléctrico

No tendría un claro objetivo el crear aquí un debate sobre cual de aquellos artículos de Einstein podría ser el más importante y fundamental para la Física, todos ellos, sin excepción, fueron trabajos seminales de importancia capital para ésta disciplina. De todas las maneras, para el gran público, sin lugar a ninguna duda, fue la teoría de la relatividad especial el que, una vez explicada de manera más sencilla por los expertos, arrancó la admiración de todos por su enorme diversidad de contenido, de principios nuevos que daba a conocer y, de las increíbles consecuencias que algunas de estas cuestiones tenía en la realidad física, tales como, por ejemplo, el hecho de que la luz supedite al mundo a no poder ir más rápido que la velocidad de la luz, o, el hecho cierto de que, si nos acercamos viajando en una nave a esa velocidad de c, el tiempo de ralentiza, o, que en esas mismas circunstancias el cuerpo viajero ve aumentada su masa, y, otra de las cosas que allí nos descubrió fue que, la masa y la energía eran la misma cosa, dándo lugar a la ecuación más famosa de la historia de la Física: E = mc².

Trayectoria irregular que sigue una partícula browniana. El movimiento browniano fue célebremente explicado por Albert Einstein en 1905, y describe el movimiento errático de una diminuta partícula en un fluido. La causa de esto son los numerosos pequeños “empujones” que la partícula recibe, como resultado de la agitación térmica del fluido. Al principio, Einstein y otros físicos creían que estos empujones eran independientes del movimiento de la partícula, y que se caracterizaba por el ruido blanco.

Lo más desconocido para la gente de la calle es la explicación que dio Einstein y que se conoce como “El movimiento Browniano”, que casi toda la gente -incluidos no pocos físicos- ignora y, precisamente por ello -por no conocerlo- no saben apreciarlo. Claro que, entre los buenos físicos, la cosa varía: la enorme importancia del trabajo sobre el movimiento browniano es bien conocida por ellos.

Ejemplo en el que se observa la variación de los valores de la dimensión de masa y de la dimensión del contorno calculada por el método del compás en los siguientes DLA.

El movimiento browniano también tiene importantes aportaciones al crecimiento fractal. Existe un proceso denominado DLA (Agregación por difusión limitada), que permite reproducir el crecimiento de algunas entidades vegetales como musgos, algas o líquenes y de procesos químicos como electrolisis o cristalización de ciertos compuestos.

Este proceso de DLA es extremadamente simple y consiste en liberar un número de partículas móviles dentro de un recinto acotado donde previamente habremos fijado una o más partículas. Las partículas liberadas permanecen en movimiento browniano hasta que alcanzan una celda contigua a una partícula fija, en cuyo caso se fijan también y sirven a su vez para poder capturar alguna de las partículas que continúan en movimiento. si se modifica el movimiento browniano por otro que tenga preferencia por alguna dirección, se puede conseguir que determinadas zonas del recinto estén más pobladas y se crezca más deprisa, o bien modificando el número de las partículas y la zona donde se sitúan o la forma del recipiente que las contiene.

Otra posibilidad de crecimiento DLA es el vertical. Las partículas se lanzan desde lo alto y las partículas fijas se sitúan en el fondo del recipiente. Se puede observar en la siguiente figura como cuando una formación sobresale, las de sus lados dejan de crecer. Esto es debido a que las más grandes absorben los recursos de las más pequeñas e impiden su crecimiento, fenómeno que se da en la naturaleza cuando un árbol grande impide que crezcan los que están a su alrededor quitándoles los recursos de luz, agua…

Un aspecto importante del movimiento browniano que se predijo hace varias décadas, ha sido observado por vez primera por investigadores europeos. El equipo ha medido cómo unas esferas del tamaño de micrómetros, interactúan con el líquido que las rodea, demostrando con ello que las esferas “recuerdan” su movimiento anterior. Esta técnica experimental podría ser utilizada como un sensor de biofísica.

En efecto, sin perjuicio de los éxitos de la teoría atómica, incluso a finales del siglo XIX aún quedaban dudas sobre su validez general; y esto debido a que no se había encontrado evidencia directa. El especular acerca de la composición atómica de la materia estaba muy bien, pero una prueba de la existencia real de estos átomos requería conocer su tamaño y estudiar sus propiedades.

No fue nada fácil encontrar la evidencia directa y, cuando así sucedió, fue Feynman el que citó ésta teoría como el legado más importante que pudiésemos legar a unos hipotéticos descendientes que hubiesen perdido la civilización científica; el establecer más allá de toda duda razonable la realidad de la estructura atómica requirió una enorme imaginación, una gran inventiva, tanto en el campo teórico como en el experimental.

Más de dos mil años más tarde de que Demócrito nos hablara del átomo, y, unos cien años después de su formulación por Dalton, la estructura atómica de la materia no estaba aún totalmente establecida ya que todas las indicaciones que se tenían de esta estructura eran circunstanciales.

Hubo que esperar a que Einstein, realizase trabajos cuyo objetivo era encontrar evidencia, clara e incontrovertible, de la existencia de los átomos. El primer artículo de Einstein sobre el tema, fue publicado en su annus mirabilis de 1905, y contenía la explicación del movimiento browniano. El el segundo, de 1911, encontró Einstein un método preciso para calcular el número de átomos en un gramo de Hidrógeno, el llamado número de Avagadro.

Como ya habreis podido deducir por imágenes anteriores, el movimiento browniano consite en un movimiento desordenado que se observan en las partículas de polen (o de un coloide) en suspensión en un líquido; fue observado por primera vez por el botánico Robert Brow, en 1827.

En 1905, Einstein obtuvo la descripción matemática correcta de estos mocimientos, descripción que se deducía de suponerlos debido al choque de las partículas de polen con los átomos del líquido en el que estaban en suspensión: los átomos podían así verse, aunque fuese indirectamente.

Como dijo el físico francés Jean Perrin, que fue quien realizó los experimentos para comprobar las ideas de Einstein sobre el movimiento browniano, “pienso que de ahora en adelante será difícil defender mediante argumentos racionales una actitud contraria a la hipótesis molecular”.

(Nótese que las expresiones “hipótesis atómica” e “hipótesis molecular” se utilizan indistintamente. En efecto, si existen las moléculas, la evidencia de los átomos se sigue por separación química; lo que era difícil de demostrar directamente era la estructura corpuscular). En este sentido no es una exageración decir que los artículos de Einstein sobre el movimiento Browniano proporcionan la confirmación final de la teoría atómica de la materia, algo al menos tan importante como la teoría de la relatividad o la mecánica cuántica que él ayudó a desarrollar (aunque más tarde la negara).

No por mucho ponerlo aquí, tiene que dejar de maravillarnos que, la luz, a la velocidad que arriba vemos, nos marca el tiempo que tarda en llegar desde la Tierra a la Luna. El viaje hasta el Sol es de algo más de ocho minutos y, al centro de nuestra Galaxia, sería el tiempo de recorrer unos treinta mil millones de kilómetros.

sí, pocas dudas podemos tener de que, la dichosa ecuación de Einstein, con tan reducido gasto de símbolos, es una expresión de profundas consecuencias que nos dice, por qué brillan las estrellas del cielo, como es posible que un simplem, gramo de materia contenga tan ingente cantidad de energía, o, por ejemplo, las reacciones atómicas.

Esta fue la manera más funesta de comprobar que, Einsten, con su relatividad Especial, llevaba razón al decir que masa y energía eran la misma cosa.

No cabe duda, sin embargo, que tanto la teoría de la relatividad como la explicación del efecto fotoeléctrico representaron saltos conceptuales mucho más grandes que la explicación del movimiento browniano; después de todo, Daltón formuló la hipótesis atómica en 1808 t Avogadro consideró la cuestión de cuál es el número de átomos contenido en un gramo de materia en 1811. Lo que no está tan claro es cuál de las dos, relatividad especial o explicación del efecto fotoeléctrico, representan un salto mayor. En general, puede decirse que los físicos con temperamento matemático se inclinan por la relatividad, y los fenomenólogos por los Lichquanten. De hecho, el Comité Nobel otorgó a Einstein el Premio no por la relatividad (especial o general) sino por su explicación del Efecto Fotoeléctrico.

De todas las maneras, sigo pensando que, a Einstein, por todos aquellos memorables trabajos, le debieron conceder más de un Nobel de Física.

emilio silvera

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