Eskerrik asko, Albert!
2005/09/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Einstein fisiko teorikoa izan zen, teoriko hutsa; eta, hala ere, hark garatutako teoriek aplikazio praktikoa izan dute. Materiaren eta energiaren arteko erlazioa azaldu zuenean, esate baterako, Einsteinek berak argi zeukan energia-iturri gisa erabil zitekeela atomoen berezko energia. Agian espero ez zuena zen, hasieran behinik behin, helburu militarrekin erabiliko zenik. Eta, hain zuzen ere, bonba atomikoa izan zen Einsteinen teorien aplikaziorik ezagunena; gogor gaitzetsi zuen, nolanahi ere.
Gogor gaitzetsi zuen, bai, bonba atomikoa leherrarazi izana Bigarren Mundu Gerran. Baina sarraski hartan Einsteinek ere izan zuen erru pixka bat. Izan ere, urte batzuk lehenago, zientzialari-talde batek —Einstein bera tartean— eskutitz bat idatzi zion Estatu Batuetako presidenteari (Franklin Roosevelt); eskutitz haren bitartez, nazien Alemania uranio-235a arazteko ahaleginetan zebilela ohartarazten zuten. 1939an izan zen hori, eta hurrengo urterako abian zen Manhattan proiektua.
Manhattan proiektuan, zientzialari-talde bat bildu zuen Estatu Batuetako gobernuak. Han ziren, besteak beste, Robert Oppenheimer eta Enrico Fermi fisikari ospetsuak —Einstein ez—. Helburua: alemaniarrek baino lehen araztea uranio-235a eta bonba atomikoa egitea.
Ikustekoa izango zen Einsteinen aurpegia jakin zuenean estatubatuarrek leherrarazi egin zituztela bonba atomikoak Japonian. Handik aurrera gogor egin zuen lan bakearen alde, eta armamentu atomikoaren aurkako ekintzaile porrokatua izan zen.
Teoria, aplikazioak eta beste kontu batzuk
Beste hainbat aplikazio ez zituen ezagutu Einsteinek berak. Izan ere, gaur-gaurko tresna eta teknologia asko zor dizkiogu Einsteini —Einsteini, Plancki eta ondorengo fisikariei, noski—. Elektronika, esate baterako. Elektronikaren garapenerako ezinbesteko pausoa 1947an eman zen: transistorea asmatu zen.
Transistorea asmatu zuten fisika teorikoak aurrera egin zuelako, azken finean, teoria kuantikoak halako tresna batek funtzionatzeko zituen zailtasunak gainditzen lagundu zuelako. Eta Einsteinek zerikusia izan zuen mekanika kuantikoaren garapenean. Dena dela, ez zuen guztiz sinesten; edo, hobe esan, ez zituen sinetsi nahi teoria kuantikoak zituen ondorio filosofikoak. Famatuak izan ziren Bohrrekin izan zituen eztabaidak mekanika kuantikoaren zehaztasunik eza zela eta —1927-1930ean izan zen hori—.
Denborarekin, ordea, onartu behar izan zuen teoriak zehatz azaltzen
zuela mundu subatomikoa, eta garai hartako teoria “arrakastatsuena” zela esan zuen. Mekanika kuantikoarekin oso kritiko izaten jarraitu zuen, hala ere.
Ez zion nahikoa irizten probabilitateak baino ezartzen ez zituen teoria hari,
teoria kuantikoari. Atomoek nola joka zezaketen ez, baizik ziur nola jokatuko zuten azalduko zuen teoria bat bilatu zuen. Bizitzako azken urteetan izan zuen helburua lege guztiak batuko zituen teoria bat bilatzea izan zen, teoria bateratu bat: edozein egoeratan balioko zuena, atomoentzako zein galaxientzako, maila subatomikoan, mikroskopikoan zein makroskopikoan... denik eta maila txikienetik eta handienera. Ez zuen lortu, ordea, eta oraindik ere ez da halakorik lortu —fisikari askok zalantzan jartzen dute posible izango den—.
kuantikoaren ondorio fisiko eta filosofiko batzuk: “Nekez lortuko dugu Jainkoaren kartak ikustea. Baina, dadotan aritzen dela eta metodo ‘telepatikoak’ erabiltzen dituela... hori ezin dut sinetsi.”
Teoria bateratua lortu ala ez, mekanika kuantikoa nahikoa izan zen transistorea egiteko zeuden oztopoak gainditzeko. Materialen eroankortasuna azaldu zuten: zergatik material batzuk eroaleak diren eta beste batzuk ez —horretarako elektroien orbital kontzeptua garatu zuten—. Eta transistorearen muina egiteko eroankortasun desberdineko materialak erabili zituzten.
Esan bezala, transistorea izan zen elektronikaren oinarrizko pausoa; eta hartan oinarritu ziren gailu elektronikoak egiteko, lehenengo irratietatik hasi eta gaur egungo ordenagailurik azkarrenera.
Argiak argi
Einsteinen abiapuntua kuantikan efektu fotoelektrikoaren azalpena izan zen. Egia da Planckek ideia bera azaldu zuela bost urte lehenago (1900ean): argia partikula diskretutan antolatzen zela, argi-kuantuz edo fotoiz, alegia. Baina, dirudienez, Einsteinek ideia bere osotasunean ulertu zuen: argia ez da fotoitan antolatzen, argia bera fotoiek osatzen dute.
guztiek dituzte transistoreak.
Hain bogan dauden kamera digitalek, esate baterako, efektu fotoelektrikoan dute oinarria: argiak (fotoiak) erauzi egiten ditu metal bateko elektroiak. Efektu horretaz baliatzen da kamera digitalaren irudi-sentsorea.
Ohiko kameretako argazki-pelikularen funtzio eta toki bera betetzen du irudi-sentsoreak. Irekiduraren atzealdean dago; eta jaso nahi den irudiaren argia seinale elektriko bihurtzen da han. Seinale elektriko hori tratatu, irudi-datu bihurtu eta memoria-txartelean gordetzen da.
Argia seinale elektriko bihurtzeko sentsoreak elektrodo batzuk ditu, argazkiaren pixel bakoitzeko elektrodo bat. Efektu fotoelektrikoaren eraginez argia elektrodo batera iristen denean, elektrodoko metalak elektroi batzuk askatzen ditu, eta, potentzial-diferentziaren bidez, irudiko puntu bakoitzari dagokion argi-kantitatea neurtzen da. Jasotako informazioa zuri-beltzean dago (grisen eskalan), eta, koloretara bihurtzeko, iragazkiak eta bestelako tresna batzuk ditu.
Laserraren argitan
Bestalde, argiaren izaera argitu izanak laserra egitea ere ahalbidetu zuen (1960an). Einsteinek elektroien eta fotoien arteko elkarrekintza azaldu zuen; eta, ondorioz, posible izan zen erradiazio monokromatiko koherente bat lortzea —uhin-luzera bakarreko argi-izpi bat, hori da laserra azken finean— fotoi-igorpen estimulatuaren bidez.
Ikustekoa da zenbat gauzatarako erabiltzen den laserra; gaur egun, industriako ia alor guztietan erabiltzen da, eta eguneroko bizitzan ere hor dago. Baina aplikazioak ez ziren laserra aurkitu eta berehala etorri, hogei bat urte behar izan ziren lehenengo aplikazioak gauzatzeko.
Esate baterako, laserrari esker dauzkagu gaur egun CD-irakurgailuak, laser-inprimagailuak eta barra-kodeen irakurgailuak. Medikuntzan ohiko eskalpeloaren lekua hartu du neurokirurgian, eta odol-hodien ebakuntzetan, eta miopia eta astigmatismoa zuzentzeko ere erabiltzen da. Izan ere, laser-izpiekin modu zehatz eta garbian ebakitzen dira ehunak.
Eta material gogorretarako ere balio du. Industrian, adibidez, piezak mozteko erabiltzen da; ebaketa mekanikoaren aldean duen traba nagusia da energia asko behar duela, gainerakoan, hobea da. Eta piezak mozteko ez ezik alderantzizkoa egiteko ere erabiltzen da laserra, soldatzeko, hain zuzen ere. Ageri denez, soldatze-metodo zehatzenetako eta berrienetako bat da laser-izpiko soldadura.
Laserrak espektroskopio oso sentikorrak egiteko bidea ere eman du —molekula jakin batzuk detektatzeko tresnak—, Raman espektroskopioak, esaterako. Argi dago laserra ezinbesteko tresna bilakatu dela teknologia berrietan.
Etorkizunean ere Einstein
Laserraren erabilerak soka luzea ekarriko du oraindik ere. Adibidez, ITER proiektua dela eta denen ahotan dagoen nukleoaren fusioan edo fusio nuklearrean ere erabiliko da. Anplifikatutako laser-pultsuak zuzentzen zaizkie tritioari eta deuterioari, biak fusionatu eta energia-iturri eraginkor bat lortzeko asmoz.
Dena den, oraindik ez da lortu fusioa eraginkorra izatea; izan ere, tritioa eta deuterioa fusionatzeko erabiltzen den energia ondoren jasotzen dena baino handiagoa da. Baina ahaleginik ez da faltako etorkizunean.
Bidean den beste aurkikuntza bat laser atomikoa da, energia berdineko atomo-sorta bat, alegia. Lehenengo urratsa eman berri da: Bose-Einstein kondentsatua lortu da. Bose-Einstein kondentsatuan, atomo guztiek energia berdina dute (laserrean fotoiek bezalaxe). Atomoak kondentsatutik askatutakoan, propietate hori mantentzea lortu beharko da laser atomikoa egiteko.
Eta, laserrarekin hasieran gertatu zen bezala, ez dago garbi zer aplikazio izango dituen; horretarako, prozesua menderatu eta laser atomikoa egitea lortu behar da. Dena dela, ziur aurkikuntza harrigarriak etorriko direla bide horretatik.
Bose-Einstein kondentsatua lortzeko prozesuan tranpa atomikoak erabili dira, eta tenperatura oso baxuak, zero absolututik (0 Kelvin edo –273,15 ºC) gertu. Horri esker, ioi guztien energia maila berera jaisten da —egoera kuantiko berean jartzen dira— eta, hala, materiaren antolaketa oso berezia lortzen da.
Fenomeno hori Satyendra Nath Bose-k eta Einsteinek iragarri zuten 1920an: oinarria Bosek jarri zuen fotoien mekanika estatistikoari buruzko lanarekin, eta Einsteinek orokortu egin zuen lan hura. Azken finean, partikula subatomiko jakin batzuen distribuzio estatistikoa deskribatu zuten, bosoiena, alegia. Bosoiak (fotoiak eta helio-4 nukleoak, adibidez) partikula identikoak edo bereizezinak dira, eta egoera kuantiko bera izan dezakete.
Hala, Einsteinek pentsatu zuen atomo bosomikoak oso tenperatura baxuan jartzen direnean egoera kuantiko baxuenean kondentsatzen direla, eta materiaren beste egoera bat dela hori (ordura arte ezagutzen ez zutena): superfluido egoera. Superfluidoak bereziki interesgarriak dira, besteak beste biskositaterik ez dutelako. Materiaren gainerako egoerekin alderatuz gero, superfluidoak oso ezegonkorrak dira; horrexegatik uste da oraingoz ez dela aplikaziorik aurkituko.
Bada, teoria aspaldi ezagutu zen arren, 1995 arte ez da lortu benetako Bose-Einstein kondentsaturik laborategian. Egileek (Cornell eta Wieman) Fisikako Nobel saria jaso zuten 2001ean, beste fisikari batekin batera. Kondentsatua lortzeko, rubidio-87 atomoak 170 nanokelvinera jarri zituzten.
Esan bezala, laser atomikoa ez da gauzatuko oraindik, eta ez dago esaterik zer erabilera izango dituen. Baina aurrerapen txiki bat: Bose-Einstein kondentsatuak argiaren abiadura moteldu egiten duela ikusi da, eta, diotenez, zulo beltz baten antzera joka dezake; nolabait, argia gorde eta askatzeko erabiliko omen da etorkizunean.
XXI. mendean ere, Einsteinen eta haren garaikideen eragina egundokoa da fisikan. Eskerrik asko, Albert!
