INTRODUCCI�N
Se presenta en este libro un aspecto poco conocido de la obra cient�fica de Albert Einstein (l879-l955). La mayor�a de la gente asocia el nombre de Einstein con la teor�a de la relatividad. Efectivamente esta teor�a, cuya primera parte —la teor�a de la relatividad especial— fue presentada en 1905, constituy� un hito en la historia de la f�sica que coloc� a Einstein a la altura de Isaac Newton (1642-727) y de James Clerk Maxwell (1831-1879). Newton puso los fundamentos de la mec�nica y Maxwell sintetiz� genialmente la teor�a del electromagnetismo.
Hacia fines del siglo pasado se cre�a que, en esencia, la f�sica ya estaba hecha. Esto se puede ilustrar con una an�cdota en la que interviene Max Planck, de quien hablaremos en este libro, cuando de joven, en 1874, se informaba sobre los estudios universitarios de f�sica en la Universidad de Munich, Alemania. El representante de la instituci�n trat� de convencerlo de que escogiera otros estudios con el argumento de que "en la f�sica ya estaba investigado todo lo esencial y que solamente quedaban por rellenar algunos huecos".
Es en este ambiente que Einstein revolucion� las ideas de la f�sica publicando en 1905 la teor�a de la relatividad. En este mismo a�o apareci�, tambi�n bajo su firma, un trabajo sobre la naturaleza cu�ntica de la luz y, por si esto fuera poco, public� adem�s su famoso trabajo sobre el movimiento browniano.
Con la segunda publicaci�n mencionada, Einstein inici�, de hecho, como se ver� en este libro, otra revoluci�n con la teor�a cu�ntica. A diferencia de lo que ocurri� con la relatividad, el conjunto de ideas de Einstein sobre los "cuanta" no fue f�cilmente aceptado por sus colegas. Durante mucho tiempo Einstein estuvo solo. A pesar de eso, no se rindi� sino que con grandes br�os public� otro notable trabajo en 1907 en el que present� la teor�a cu�ntica de los calores espec�ficos, generalizando las ideas ya expresadas en 1905 para aplicarlas tambi�n a la materia. Posteriormente, en 1909, fue el primero en hablar de la dualidad part�cula-onda que presenta la naturaleza de la luz. En 1924 volvi� a contribuir sobre este tema, pero ahora haciendo ver que tambi�n en la materia se da esta dualidad. Fue Einstein quien, de hecho, formul� algunas de las ideas esenciales de la teor�a cu�ntica.
Una caracter�stica del enfoque que hac�a Einstein al intentar resolver alg�n problema fue su inter�s, no tanto en los detalles muy particulares del sistema con el que estaba trabajando, sino en descubrir hechos generales y fundamentales. As�, al estudiar las caracter�sticas de la luz no se interes� particularmente en el efecto fotoel�ctrico, sino en lo que podr�a descubrir sobre la naturaleza fundamental de la luz. Asimismo, al estudiar en 1907 el calor espec�fico de sustancias a bajas temperaturas, no se interes� s�lo en el comportamiento particular de esta cantidad, quiso ver si era posible pensar que tambi�n las sustancias materiales en general participaban de la llamada cuantizaci�n. De manera muy caracter�stica, trat� modelos f�sicos bastante sencillos y de ellos sac� consecuencias muy generales.
De manera similar a lo que ocurre con la relatividad, con la teor�a cu�ntica se enfrenta uno a efectos completamente extra�os a nuestra experiencia cotidiana. Sin embargo, estos efectos los presenta la naturaleza y cualquiera que desee hacer una descripci�n de ella tendr� que confrontarlos. Fue Einstein el que tuvo la mente abierta para destacar los prejuicios mentales que tenemos y hacer ver que no se pueden aplicar a toda la gama de fen�menos que ocurren en la naturaleza. Cuestion�, adem�s, lo que se suele llamar "el sentido com�n". Hoy en d�a, a pesar de que todav�a nos parecen muy extra�as algunas de las ideas de la f�sica cu�ntica, se la ha aplicado a tantos campos que ya no existe la menor duda de su validez. Es m�s, existe un buen n�mero de aplicaciones pr�cticas que usamos cotidianamente que tienen su base en fen�menos cu�nticos, entre las que podemos mencionar el l�ser, los transistores y chips de estado s�lido que han dado un notable impulso a la microelectr�nica, etc�tera.
En este libro, al hablar de la contribuci�n de Einstein a la f�sica cu�ntica, estaremos rese�ando en realidad el desarrollo de este campo desde sus inicios en 1900 hasta la culminaci�n de su formulaci�n final en 1926, periodo que forma uno de los cap�tulos m�s brillantes del pensamiento humano.
Para poder apreciar las ideas con las que se trabaja es necesario exponer sus antecedentes. En la formulaci�n de la teor�a cu�ntica, se dieron dos caminos completamente alejados uno del otro que, con el tiempo, Einstein hizo que convergieran. Uno, el de las propiedades termodin�micas de las sustancias, como por ejemplo el calor espec�fico. El otro, completamente aparte del anterior, el de la radiaci�n de luz y sus propiedades t�rmicas. Cada uno de estos campos se desarroll� en forma independiente, sin que se sospechara que los problemas irresolubles que se presentaban en cada uno de ellos ten�an una causa com�n. Fue Einstein quien pudo aclarar estas cuestiones.
En vista de lo anterior y como una orientaci�n, se revisar�n algunos de los desarrollos hist�ricos de ambos temas. Asimismo, se intentar� explicar, de manera simple, los conceptos f�sicos involucrados, sin utilizar para nada las matem�ticas.
En el cap�tulo I se presentan algunos conceptos de la termodin�mica, como el calor espec�fico que tendr� un papel importante en el desarrollo del relato. En el II se habla sobre las primeras mediciones que se hicieron de los calores espec�ficos para algunas sustancias. Los resultados que as� se obtuvieron intentaron ser fundamentados posteriormente en t�rminos microsc�picos por medio de la teor�a cin�tica, tema que se trata en el cap�tulo III.
Hacia mediados del siglo pasado no hab�a manera de disminuir apreciablemente la temperatura ya que todav�a no exist�an los refrigeradores. Con el desarrollo de la termodin�mica se pudieron dise�ar y construir estos aparatos que, una vez disponibles, hicieron posible medir las propiedades termodin�micas de las sustancias a bajas temperaturas, y como se ver� en el cap�tulo IV se encontraron contradicciones con las predicciones de la teor�a cin�tica entonces conocida. Los resultados de estas mediciones fueron el fundamento de la formulaci�n de la tercera ley de la termodin�mica, tema que se trata en el cap�tulo V. En el VI se resume la situaci�n que imperaba en este campo de la f�sica hacia fines del siglo XIX.
Independientemente de lo anterior, otro campo de la f�sica que se hab�a estado desarrollando era el de la �ptica en el que, entre otras cosas, se intent� entender la naturaleza de la luz. En el cap�tulo VII revisaremos algunas de las ideas m�s importantes al respecto, y en el VIII se tratan algunos fen�menos relacionados con la luz, como la radiaci�n. Es justamente cuando trataba de explicar el comportamiento t�rmico de esta radiaci�n que Max Planck se vio en la necesidad de formular una hip�tesis, la cuantizaci�n de la energ�a, con la que se inici� la f�sica cu�ntica. En el cap�tulo IX se presenta la contribuci�n de Einstein a lo que despu�s se denomin� explicaci�n del electo fotoel�ctrico. Con este trabajo se da por primera vez realidad f�sica a la cuantizaci�n de la energ�a. En el cap�tulo X hablamos sobre la otra contribuci�n fundamental de Einstein al hacer ver que una consecuencia de suponer que tambi�n la materia se cuantiza es el comportamiento experimental que muestra el calor espec�fico de las sustancias a bajas temperaturas. El cap�tulo XI rese�a las repercusiones que tuvo el pensamiento de Einstein al irse convenciendo sus colegas de la bondad de sus ideas. El cap�tulo XII detalla las subsecuentes etapas del desarrollo de la f�sica cu�ntica, en las que Einstein tuvo un papel muy importante, tanto contribuyendo con novedosas ideas, como erigi�ndose en cr�tico muy severo de las ideas presentadas por otros cient�ficos.
