Para celebrar mis 70 decidí
matricular otro curso por Internet (Coursera), esta vez “Understanding
Einstein: The Special Theory of Relativity”.
Un curso en línea de la
Universidad de Stanford, con el profesor Larry Randles Lagerstrom.
Esta primera clase (video y “handout”)
me pareció apropiada para compartir con quienes apreciamos el estudio de la Física
en general y tenemos curiosidad por la Teoría Especial de la Relatividad.
Entonces dediqué las primeras
horas de hoy 8 de abril a atender la
clase y hacer esta traducción para ustedes y aquí les va. Recuerde que blogger permite traducirlo a muchos idiomas.
El texto original (en
inglés) está en formato pdf y cuando lo copié y lo pegué en Word se me hizo pedazos,
por eso tardé un poco para recomponerlo. Si alguien sabe cómo evitar ese
problema le agradecería que me asesore. El cambio a español lo hace Word automáticamente, solo que hay que leerlo –con sentido y picardía física- e ir
haciendo pequeños arreglos. Además como soy un educador de la ciencia, le agregué
algunas ligas.
Física y Einstein circa 1900 (semana 1
video conferencia)
Selección de eventos y
tendencias de importancia en física y campos afines, 1800-1900: el mundo científico
y tecnológico en el que nació Albert Einstein.
Nota: Los intervalos de fechas a
menudo son aproximados.
-
1800 (estrechamiento del ámbito): "Física", en el sentido de la
ciencia de las propiedades de la materia y la energía es de 1715, aunque
incluye a menudo fenómenos orgánicos e inorgánicos.
"Físico" es acuñado por el erudito inglés Reverendo WilliamWhewell en 1840 para denotar un cultivador de la física (también acuña "científico" al mismo tiempo).
Alrededor de 1800 "física"
se restringe a fenómenos inorgánicos que podían ser investigados con
instrumentos tales como bombas de aire (para vacíos), máquinas eléctricas,
termómetros, balanzas, etc.
Las principales áreas de investigación son la
mecánica, óptica, electricidad, magnetismo, calor y neumática.
- 1800-1830
(física en las universidades): Durante
las primeras décadas del siglo XIX, la física tiene un lugar con las otras
ciencias en el currículo de las universidades en el mundo occidental, aunque
tiene un estatus secundario en comparación con el énfasis en la medicina, el
derecho y los clásicos (literatura griega y latina).
La Universidad de Yale en
1828 progresa cuando se "hizo
hincapié en que una exigencia de una educación liberal era fomentar en los
estudiantes un equilibrio adecuado de carácter, un equilibrio que puede
lograrse sólo por exponerlos a las diferentes ramas de la ciencia así como
la literatura." (DanielJ. Kevles, Los físicos: la historia de
una comunidad científica en América moderna, p. 5).
- 1800 (la batería): Invención de la batería por Alessandro Volta de
Italia; electricidad es generada por el contacto de diferentes metales.
(Como
resultado de las investigaciones sobre la electricidad animal por Luigi Galvani, Volta y
otros). Una consecuencia fundamental es la posibilidad de corrientes eléctricas
sostenidas.
- 1800-1807(teoría
ondulatoria de la luz): La
investigación de Thomas Young de Inglaterra sobre interferencia y otros efectos de luz lo lleva a desarrollar una
teoría ondulatoria de la luz, atribuida a las vibraciones de un éter. (Lea en mi blog: “La luz, onda o partícula”).
- 1810s-1820s
(teoría atómica química): Desarrollo
temprano de la teoría atómica química por Amedeo Avogadro, André Marie Ampère, William Prout y Jöns Jacob Berzelius, mediante un trabajo anterior por Antoine-Laurent Lavoisier, John Dalton y Joseph Louis Gay-Lussac.
- 1820
(electromagnetismo): Hans Christian Oersted observa que un cable con corriente desvía la aguja
de una brújula y, en parte inspirado por la afirmación "todas las fuerzas son una" de la filosofía
natural, propone una conexión entre la electricidad y el magnetismo. Su trabajo
es extendido casi inmediatamente y matematizado por André-Marie Ampère de
Francia (por ejemplo, que dos cables de corriente se atraen o repelen).
- 1820-1830
(el ferrocarril): Desarrollo
de los primeros ferrocarriles basado en la energía del vapor en Gran Bretaña,
Europa y los Estados Unidos.
- 1827 (Movimiento browniano): El botánico inglés Robert Brown demuestra que pequeñas partículas (tanto orgánicas
e inorgánicas) en suspensión líquida, se mueven en rutas al azar, tal vez
debido a golpecitos por partículas mucho más pequeñas invisibles por todos
lados.
- 1831
(inducción electromagnética): Michael Faraday de
Inglaterra muestra que un imán móvil,
que crea un campo magnético
cambiante en un punto en el espacio, puede generar una corriente eléctrica (por
ejemplo, una barra de imán que se mueve a través de una bobina cerrada de alambre).
1830s (el telégrafo):
Desarrollo de telégrafos eléctricos por varios científicos, entre ellos Carl Friedrich Gauss y Wilhelm Weber en la Universidad de Gotinga (1833), William Fothergill Cooke y Charles Wheatstone en Gran
Bretaña (1837), de trabajo y Samuel Morse y Alfred Vail en los
Estados Unidos (1837).
- 1840s (conservación
de la energía): En 1842 Mayer, un
médico alemán, propone el concepto de la conservación y la equivalencia de
todas las formas de energía.
Independientemente, experimentos de James Joule y
análisis por William Thomson (posteriormente Lord Kelvin) en Inglaterra y el
trabajo de Hermann von Helmholtz en Alemania a la cabeza de la década de 1840 a
ideas similares. - 1845 (el
concepto de campo): Michael Faraday introduce
el concepto de "campo" como una forma de explicar los fenómenos
eléctricos y magnéticos.
1850s-1870s (termodinámica): Desarrollo
de la teoría cinética de gases, las leyes de la termodinámica, y la física estadística por Rudolf Clausius, William
Thomson, James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann y otros.
- 1851
(exposiciones mundiales): La gran
exposición de las obras de industria de todas las naciones en Londres en el Palacio de Cristal se abre en 1851.
Se inicia una tendencia de
exposiciones mundiales populares, celebradas cada pocos años a lo largo de Europa y
los Estados Unidos durante el siglo XIX y XX. Estas ferias y exposiciones,
aunque impregnados con el nacionalismo, son a menudo la ocasión de conferencias
internacionales sobre temas científicos, tecnológicos y otros.
- 1860s
(tabla periódica):
Construida sobre el creciente aumento de acuerdo sobre pesos atómicos relativos
y sobre variadas propuestas de periodicidad parcial de los elementos, Dimitri Mendeleiev construye la primera tabla periódica completa,
dejando vacante lugares para elementos no descubiertos.
- 1860-1870
(ecuaciones de Maxwell y naturaleza del EM de la luz): William Thomson y James Clerk Maxwell matematizan
y extienden la noción de Faraday de un campo electromagnético, dando lugar a
las leyes de Maxwell del electromagnetismo y la realización teórica de que luz era un fenómeno
electromagnético (una onda).
- 1860s-1870s
(motor de combustión interna): Desarrollo
de los primeros motores de combustión interna comercialmente viables por Nikolaus Otto, Gottlieb Daimler, Wilhelm Mayback, Dugald Clerk, Karl Benz y otros.
- 1866
(cables de telégrafo): Primer
cable telegráfico transatlántico acertado (fallidos intentos anteriores en
1857, 1858 y 1865). William Thomson es un participante clave.
- 1869
(expansión de los ferrocarriles): Terminación
del ferrocarril transcontinental en los Estados Unidos (símbolo de la gran expansión
de los ferrocarriles por todo el mundo entre 1850 y 1900, que también impulsa
esfuerzos para establecer zonas de tiempo uniformes.)
- 1870s-1900s
(reducción mecánica):
Siguiendo el éxito de Maxwell, los físicos británicos intentan describir el
campo electromagnético y fenómenos relacionados vía elaborados modelos
mecánicos del éter.
Este programa se convierte finalmente en un estilo único
británico de hacer física; los franceses, que apreciaban la claridad de
pensamiento, en comparación con el enfoque británico de una fea fábrica, aunque
también practicaban métodos de reducir todos los fenómenos a fenómenos
mecánicos o ecuaciones.
- 1870s-1890s
precisión y mediciones): Medidas
precisas como la condición sine qua non
de la física, como se ejemplifica en el desarrollo de un sistema de normas
eléctricas y magnéticas (ohmios, voltios, amperios, etc.).
Actitud de Albert Michelson es común: "las verdades futuras de las
ciencias físicas deben ser buscadas en el sexto lugar de decimales" (1894).
- 1870s-1890s
(división del trabajo): Una
división del trabajo en "físicos
experimentales" y "físicos
teóricos o matemáticos" empieza a ocurrir en la segunda mitad del siglo
19, aunque estos últimos generalmente tienen un estatus menor.
- 1878-1882
(iluminación eléctrica): Desarrollo
por Thomas Edison de la
primera luz incandescente comercialmente viable y un sistema de distribución de
energía eléctrica.
- 1879 (nace
Einstein): Albert Einstein nació el
14 de marzo de 1879 en Ulm, Alemania, sus padres Hermann y Pauline Einstein.
- 1885-1889
(descubrimiento de las ondas de la EM y el efecto fotoeléctrico): Heinrich Hertz de
Alemania demuestra experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas. En 1887 él también descubre el efecto fotoeléctrico. En los últimos años (antes de su muerte prematura
en 1894 a la edad de 36 años) aclara las teorías y trabajos para desarrollar
una física basada en el éter de Maxwell.
- 1887 (Resultado nulo de Michelson-Morley): Usando una configuración que se aprovecharon de
los efectos de interferencia de dos haces de luz (un interferómetro), Albert Michelson y Edward Morley anuncian
que encontraron evidencia del efecto de un viento de éter en la velocidad de la
luz.
- 1889
(Contracción de FitzGerald): Basado
en la teoría maxweliana, la obra de Oliver Heaviside en el campo
eléctrico de una carga móvil de alta velocidad y la idea de que las fuerzas
intermoleculares son electromagnéticas en naturaleza, George Francis FitzGerald propone que el movimiento de todos los cuerpos a través del éter causa una
contracción a lo largo de la línea del movimiento, lo que explica el resultado
nulo de Michelson y Morley.
- 1890s
(tracción eléctrica): Rápido
desarrollo y despliegue de tranvías eléctricos para desplazamientos urbanos
(previamente tirados por caballos).
- 1890s
(auge de la construcción física): Inicia
la construcción y auge de laboratorios de física más grandes y mejor equipados,
e institutos en universidades de Europa, Gran Bretaña y los Estados Unidos,
principalmente debido al mayor número de estudiantes que desean seguir estudios
técnicos.
Las necesidades metrológicas de los gobiernos también estimulan la
construcción de oficinas nacionales de estándares en Alemania (1887), Estados
Unidos (1901) y Gran Bretaña (1905). Se establece una oficina internacional en
Francia (1895).
- 1890s
(cosmovisión electromagnética): Algunos
físicos, en particular Hendrik Antoon Lorentz, Henri Poincaré, Joseph Larmor y Walter Kaufmann, trabajan en la construcción de una teoría
electromagnética de la materia que explicaría fenómenos mecánicos como
electromagnéticos, basados en un éter electromagnético y electrones (ya sea
como unidades fundamentales o partículas).
La versión de Lorentz incluye el
concepto de que las dimensiones de un electrón (una esfera cargada) se contrae
a lo largo de la línea de su movimiento a altas velocidades (lo que explica el
resultado nulo de Michelson-Morley).
- 1895 (rayos-x): Experimentando con los rayos catódicos (originalmente descubiertos 1858), Wilhelm Conrad Röntgen descubre una radiación penetrante que él llama rayos-x.
Publicación de fotografías de rayos-x causa una sensación. (Su identidad como
radiación electromagnética en comparación con las partículas no se resolverá
hasta 1912, cuando se demuestra que pueden ser difractados utilizando un
enrejado cristalino.)
- 1896
(radiactividad): Inspirado
por una aparente conexión entre rayos x, fluorescencia y fosforescencia, Henri Becquerel descubre
una sustancia que emite espontáneamente radiaciones.
1902 Marie y Pierre Curie
identifican el origen de las radiaciones como un nuevo elemento, el radio. Los
tres reciben el segundo premio Nobel de
física en 1903.
(Marie Curie también recibe el Premio Nobel en química en
1911.)
- 1897 (el electrón): La idea de un electrón había estado rondando
en diversas formas por muchos años, como una unidad fundamental de carga (no
necesariamente una partícula) que podría explicar varios fenómenos químicos y
eléctricos (tales como las leyes de la electrolisis, las líneas espectrales y
el efecto Zeeman, la separación
magnética de las líneas espectrales, descubierta en 1896).
Interés por la
naturaleza de los rayos catódicos reapareció tras el descubrimiento de los
rayos-x y el trabajo de cuatro hombres, Philipp Lenard, Emil Wiechert, Walter Kaufmann y Joseph John Thomson —
finalmente demuestra que los rayos catódicos son corrientes de partículas con
carga negativa, unos 2000 veces más ligeros que los átomos.
Thomson propone que todos los átomos están construidos de estos "corpúsculos", que
eventualmente llevan el nombre de "electrones" (primero
propuestos en 1891 por George Johnstone
Stoney).
- 1896-1900
(Einstein en la Universidad): Einstein
atiende al Politécnico
Federal de Suiza en Zurich, Suiza, estudiando física.
- 1900
(nubes en el horizonte): En sus
conferencias de Baltimore de 1900, William Thomson señala que a pesar de
los grandes avances en las últimas décadas hay dos nubes en el horizonte: la
interacción de éter con la materia (por ejemplo, Michelson-Morley resultado
nulo) y problemas con el concepto de la equipartición de la energía,
especialmente su aplicación a la modelización de la distribución de energía en
la luz irradiada por un sólido brillante ("radiación del cuerpo
negro").
- 1900
(descripcionismo): los físicos
de la vuelta del siglo vacilan en afirmar que la física tiene mucho que ver con
la verdad absoluta, especialmente en foros públicos. En parte esto se debe al sentimiento
anti-ciencia de los tiempos, que se relaciona con sentimientos que la
tecnología está superando las capacidades humanas y que la civilización se
encuentra en un estado de senescencia y declive, caracterizado por la
degeneración física y espiritual.
- 1900
(introducción de la cuántica): Max Planck construye una ley
empírica correcta para la radiación del cuerpo negro y posteriormente es capaz
de derivar utilizando un modelo estadístico del sólido como una población de
osciladores eléctricos, además de la suposición de que el contenido de energía
de un oscilador individual sólo puede ser un múltiplo integral de hf (un "quantum" de energía, donde
f es la frecuencia de la vibración del oscilador y h es una constante).
- 1900
(Demografía): Por 1900
hay aproximadamente 500-1000 académicos físicos en todo el mundo (el número es más
alto si se cuentan asistentes y afiliados de investigación; si no, 500-600).
De
los 500-600, el Reino Unido, por ejemplo, tiene 76, extendido entre las 30 universidades
y colegios; Francia tiene 53 entre 21 universidades/colegios; Alemania 77 en
21 universidades y otros 26 en Technische Hochschulen; y los Estados Unidos
tiene 99 entre 21 universidades y colegios con programas importantes. (Pero tenga
en cuenta que en estos números se omite otros haciendo principalmente física en
otras posiciones académicas, tales como las matemáticas, mecánica,
electrotécnica y físico-química).
En cuanto a la población de estos países, son
aproximadamente 3 físicos por millón de habitantes. (Hoy en los Estados Unidos,
hay aproximadamente 9.000 físicos a tiempo completo facultades que proporcionan
un grado, más probablemente un número más o menos similar de postdoctorados,
más muchos más en universidades de dos años. Esto es aproximadamente en el rango de 100 por millón de
habitantes.)
