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El día que dos zombis relativistas chocaron

20 enero 2025

El experimento del zombi de Schrödinger ha fallado miserablemente, cobrándose la vida de varios miembros importantes del equipo. Yo ya dije que debíamos evitar usar zombis en los experimentos del viernes por la tarde (esos que dedicamos a “nuestras cosillas”). El día que intentamos hacer levitar a uno en un campo magnético casi acabó en tragedia, pero nadie me hizo caso. En cualquier caso, ahora estamos trabajando a tiempo completo en un experimento muy importante para aprovechar los 2 zombis relativistas que capturaron hace unos días.

Esta variedad de zombi, la relativista, es bastante novedosa. En el primer ataque zombi en 2015, los zombis lentos —o romeritas— eran fácilmente eludibles si no se concentraban en grandes masas, así que el ejército controló rápidamente la situación. El problema vino en 2020, cuando aparecieron los primeros zombis “rápidos”; por suerte la población ya estaba preparada y sabía cómo lidiar con ellos. Hace unos meses, empezaron a llegar noticias de zombis que corrían a velocidades próximas a las de la luz, así que fueron apodados relativistas. Su peligro es nulo, ya que en el momento en el que alcanzan su máxima velocidad son incapaces de morder a nadie, pero cuando chocan con algo hay que tener cuidado con la metralla zombi que generan.

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La prueba que necesitaba Einstein está en tu bolsillo

¿Tienes un teléfono con GPS en tu bolsillo? Entonces tienes la prueba de que Einstein tenía razón cuando enunció su teoría de la relatividad especial y general.

Moneda alemana conmemorativa sobre la obra de Albert Einstein.

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Y de repente Einstein

El año 1905 fue clave en la historia de la física moderna. Un trabajador de la oficina de patentes de Berna llamado Albert Einstein, revolucionó la física con la publicación de cuatro artículos esenciales para la historia de la ciencia. Uno de ellos era “Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz”, que explicaba el efecto fotoeléctrico usando la teoría del cuanto de Planck.

Einstein en el Parque de las Ciencias en Granada

En qué consiste el efecto fotoeléctrico

Cuando un haz de luz incide sobre una superficie metálica existe la posibilidad de que ciertos electrones de los átomos que conforman esa superficie se liberen. El experimento clásico del efecto fotoeléctrico situaba un cátodo y un ánodo en una campana y se hacía incidir la luz sobre el cátodo haciendo que se generara una corriente al llegar los electrones “arrancados” al ánodo. El ánodo, al tener una carga negativa, rechaza los electrones que provienen del cátodo a no ser que alcancen una energía cinética inicial suficiente para rechazar esta repulsión.

Esquema del dispositivo empleado para observar el efecto fotoeléctrico

Según la física clásica la energía cinética debía depender de la potencia de la luz, pero en lugar de ello la dependencia parecía ser debida a la frecuencia.

¿Cuál fue el aporte de Albert Einstein?

Einstein aprovechó los resultados de Planck y consideró la luz que incidía sobre el cátodo como un haz de partículas (fotones), cada una de las cuales tenía una energía E = hf, donde h era la constante de Planck y f la frecuencia de la radiación. De esta forma, lo que se produce en el cátodo son choques fotón-electrón, en los que el fotón desaparece cediendo toda su energía al electrón. Los electrones que emite el cátodo en esta circunstancia obtienen su energía de un solo fotón, por lo que independientemente de la intensidad los electrones siempre escaparán con la misma energía, que depende  de la frecuencia de la luz incidente.

Con esta idea en mente, Einstein llegó a la ecuación del efecto fotoeléctrico:

Ecuación del efecto fotoeléctrico

Donde Φ es denominada la función de trabajo y depende de cada metal.

De acuerdo con la fórmula de Einstein, una gráfica de K (energía cinética) en función de la frecuencia debería ser una línea recta con pendiente h (constante de Planck). 

Robert A. Millikan realizó una serie de experimentos a partir de 1910, en los que determinó entre otras cosas la constante h, la carga del electrón y confirmó el efecto fotoeléctrico tal como lo había descrito Einstein. Con estos resultados, Millikan abrió las puertas de la academia sueca para Planck (1918) y Einstein (1921) y además consiguió su propio Nobel en 1923.

Se abría definitivamente un nuevo camino en la física con la cuantización de la luz y se reducía la resistencia al concepto de fotón.

Curiosidades de la ciencia:

Albert Einstein solo logró un premio Nobel y fue por su aporte a la explicación del efecto fotoeléctrico. Curiosamente, la academia sueca nunca le premió por la relatividad o por su archiconocida fórmula E=mc^2

Bibliografía

– Física para la ciencia y la tecnología. Tipler, Mosca. 6ª edición. Editorial Reverté

– Nueva guía de la Ciencia – Ciencias Físicas. Isaac Asimov

www.nobelprize.org

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