Gràcies Albert!
2005/09/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Einstein va ser un físic teòric, merament teòric, però les seves teories han tingut una aplicació pràctica. Quan va explicar la relació entre matèria i energia, per exemple, el mateix Einstein tenia clar que l'energia pròpia dels àtoms podia utilitzar-se com a font d'energia. Potser el que no esperava, almenys al principi, era que s'utilitzés amb finalitats militars. I, precisament, la bomba atòmica va ser l'aplicació més coneguda de les teories d'Einstein, que va rebutjar amb duresa.
Va condemnar amb duresa que la bomba atòmica explotés durant la Segona Guerra Mundial. Però en aquella massacre Einstein també va tenir una mica de culpa. I és que, anys abans, un grup de científics, entre ells el mateix Einstein, va escriure una carta al president dels Estats Units, Franklin Roosevelt, en la qual advertien que l'Alemanya nazi estava esforçant-se per expulsar a l'urani-235. Va ser en 1939 i per a l'any següent es va posar en marxa el projecte Manhattan.
En el projecte Manhattan, el govern estatunidenc va reunir un grup de científics. Allí estaven, entre altres, els prestigiosos físics Robert Oppenheimer i Enrico Fermi, no Einstein. L'objectiu és depurar abans que els alemanys l'urani-235 i construir la bomba atòmica.
Caldrà veure que quan va descobrir la cara d'Einstein, els estatunidencs van fer esclatar les bombes atòmiques al Japó. A partir de llavors va treballar duro per la pau i va ser un emprenedor contra l'armament atòmic.
Teoria, aplicacions i altres aspectes
Einstein no va conèixer altres aplicacions. I és que a Einstein, a Einstein, a Planck i als següents físics, per descomptat, li devem moltes eines i tecnologies. L'electrònica, per exemple. El pas fonamental per al desenvolupament de l'electrònica es va donar en 1947: es va inventar el transistor.
La invenció del transistor es va deure a l'avanç de la física teòrica, que, en definitiva, va contribuir a superar les dificultats que tenia la teoria quàntica perquè un instrument d'aquestes característiques funcionés. I Einstein va tenir a veure amb el desenvolupament de la mecànica quàntica. De totes maneres, no creia del tot, o més ben dit, no volia creure les conseqüències filosòfiques de la teoria quàntica. Les seves discussions amb Bohr van ser famoses per la inexactitud de la mecànica quàntica, que va tenir lloc en 1927-1930.
Amb el temps, no obstant això, va haver d'acceptar que la teoria explicava amb precisió el món subatòmic i que era la teoria més “reeixida” de l'època. Encara que va continuar sent molt crític amb la mecànica quàntica.
No considerava suficient aquella teoria que només establia probabilitats, la teoria quàntica. Va buscar una teoria que expliqués com podien actuar no els àtoms, sinó com anaven a actuar. L'objectiu que va tenir en els últims anys de la seva vida va ser buscar una teoria unificadora de totes les lleis, una teoria unificada que serviria en qualsevol situació, tant per als àtoms com per a les galàxies, a nivell subatòmic, microscòpic i macroscòpic... de menor a major nivell. No obstant això, no ho va aconseguir, i encara no s'ha aconseguit —molts físics ho qüestionen—.
Amb independència de la teoria unificada, la mecànica quàntica va ser suficient per a superar els obstacles amb els quals es construïa el transistor. Es va explicar la conductivitat dels materials, per què alguns materials són conductors i uns altres no, desenvolupant el concepte d'orbital dels electrons. I per a fer el nucli del transistor es van utilitzar materials de diferent conductivitat.
Com s'ha dit, el pas bàsic de l'electrònica va ser el transistor, que es va basar en la fabricació de dispositius electrònics, des de les primeres emissores fins a l'ordinador més ràpid de l'actualitat.
Il·luminació
El punt de partida d'Einstein va ser l'explicació de l'efecte fotoelèctric en la quàntica. És cert que Planck va explicar la mateixa idea cinc anys abans (1900): la llum s'organitzava en partícules discretes, tant puix que de llum com per fotó. Però sembla que Einstein va entendre la idea íntegrament: la llum no s'organitza en fotons, la pròpia llum està formada per fotons.
Les càmeres digitals tan presents en el bogie es basen, per exemple, en l'efecte fotoelèctric: la llum (el fotó) extreu els electrons d'un metall. El sensor d'imatge de la càmera digital aprofita aquest efecte.
El sensor d'imatge compleix la mateixa funció i lloc que la pel·lícula de fotos de les càmeres convencionals. Es troba en la part posterior de l'obertura, on la llum de la imatge que es vol captar es converteix en senyal elèctric. Aquest senyal elèctric és tractada, convertida en dades d'imatge i emmagatzemada en la targeta de memòria.
El sensor de conversió de llum en senyal elèctric consta d'uns elèctrodes, un per cada píxel de la imatge. Quan la llum arriba a un elèctrode degut a aquest efecte fotoelèctric, el metall de l'elèctrode allibera uns electrons i, per diferència de potencial, es mesura la quantitat de llum corresponent a cada punt de la figura. La informació recollida es troba en blanc i negre (escala de grises), amb filtres i altres eines per a la seva conversió a color.
A la llum del làser
D'altra banda, la clarificació de la naturalesa de la llum també va permetre el làser (1960). Einstein va explicar la interacció entre els electrons i els fotons, la qual cosa va permetre obtenir una radiació monocromàtica coherent, un raig de llum d'una sola longitud d'ona, que en definitiva és el làser, mitjançant una emissió de fotons estimulada.
És de destacar la quantitat d'articles per als quals s'utilitza el làser, que en l'actualitat s'utilitza en gairebé tots els àmbits de la indústria i que es troba en la vida quotidiana. Però les aplicacions no van arribar res més trobar el làser, van trigar uns vint anys a dur-se a terme les primeres aplicacions.
Per exemple, gràcies al làser tenim actualment lectors de CD, impressores làser i lectors de codis de barres. En medicina ocupa el lloc de l'escalpel tradicional en neurocirurgia i s'utilitza en les operacions dels vasos sanguinis, així com per a corregir la miopia i l'astigmatisme. De fet, amb els raigs làser es tallen els teixits de manera precisa i neta.
I per a materials durs. En la indústria, per exemple, s'utilitza per a tallar les peces; el seu principal inconvenient respecte al tall mecànic és que necessita molta energia, d'altra banda és millor. El làser s'utilitza no sols per a tallar peces sinó també per a fer el contrari, és a dir, per a soldar. Com es pot apreciar, la soldadura per raigs làser és un dels mètodes de soldadura més precisos i nous.
El làser també ha permès la fabricació d'espectroscopis molt sensibles, com l'espectroscopi Raman, per a detectar molècules concretes. És clar que el làser s'ha convertit en una eina imprescindible en les noves tecnologies.
En el futur Einstein
L'ús del làser continua provocant una llarga corda. Per exemple, a causa del projecte ITER s'utilitzarà també en la fusió del nucli en boca de tots o en la fusió nuclear. Els polsos làser amplificats es dirigeixen al triti i al deuteri amb la finalitat de fusionar-los i aconseguir una font d'energia eficient.
No obstant això, encara no s'ha aconseguit que la fusió sigui efectiva, ja que l'energia utilitzada per a la fusió de triti i deuteri és superior a la que es recull a continuació. Però no faltarà esforç en el futur.
Un altre dels descobriments en curs és el làser atòmic, una sèrie d'àtoms de la mateixa energia. S'acaba de fer el primer pas: S'ha obtingut el condensat de Bose-Einstein. En el condensat Bose-Einstein, tots els àtoms tenen la mateixa energia (en el làser com els fotons). Una vegada alliberats els àtoms del condensat s'haurà d'aconseguir mantenir aquesta propietat per a la realització del làser atòmic.
I, igual que va ocórrer al principi amb el làser, no és clar quines aplicacions tindrà, per a això és necessari dominar el procés i fer làser atòmic. En qualsevol cas, segur que els descobriments seran sorprenents.
En el procés d'obtenció del condensat Bose-Einstein s'han utilitzat paranys atòmics i temperatures molt baixes prop del zero absolut (0 Kelvin o –273,15 °C). Això permet que l'energia de tots els ions descendeixi al mateix nivell, situant-se en el mateix estat quàntic, aconseguint així una disposició molt particular de la matèria.
Aquest fenomen va ser anunciat en 1920 per Satyendra Nath Bos i Einstein, qui va posar la base amb el treball sobre mecànica estadística de fotons, que va generalitzar Einstein. En definitiva, van descriure la distribució estadística de determinades partícules subatòmiques, els bosons. Els bosons, com els fotons i els nuclis heli-4, són partícules identitàries o inseparables i poden tenir el mateix estat quàntic.
Així, Einstein va pensar que quan els àtoms bosómicos es col·loquen a una temperatura molt baixa es condensen en l'estat quàntic més baix, i que aquest és un altre estat de la matèria (fins llavors desconeguda): l'estat de superflus. Els superfluids són especialment interessants per la seva absència de viscositat. En comparació amb la resta de situacions de la matèria, els superfluids són molt inestables, per la qual cosa es considera que de moment no es trobaran aplicacions.
Doncs bé, encara que la teoria es va conèixer fa temps, fins a 1995 no s'ha aconseguit l'autèntic Bose-Einstein condensat en laboratori. Els autors (Cornell i Wieman) van rebre en 2001 el Premi Nobel de Física juntament amb un altre físic. Per a obtenir el condensat, els àtoms de rubidi-87 es van col·locar a 170 nanocelvines.
Com s'ha dit, el làser atòmic encara no s'executarà i no es pot dir quins usos tindrà. Però un petit avanç: S'ha comprovat que el condensat de Bose-Einstein alenteix la velocitat de la llum, i diuen que pot actuar com un forat negre, que d'alguna manera s'utilitzarà en el futur per a emmagatzemar i alliberar llum.
XXI. En el segle XX, la influència d'Einstein i els seus contemporanis és també immensa en la física. Gràcies Albert!
