1905: Annus mirabilis de Einstein

Fotografía tomada por su amigo, Lucien Chavan, en 1905.

 

Albert Einstein nació el 14 de marzo de 1879 en Ulm, en el Reino de Wurtemberg. Su padre, Hermann, era comerciante de equipos eléctricos; su madre, Pauline, pianista, fomentó su amor de por vida por la música. Cuando Albert tenía un año, la familia se mudó a Múnich, donde Hermann y su hermano fundaron una empresa, efímera, que instalaba iluminación por corriente continua. En 1888 Albert ingresó en el Luitpold-Gymnasium, regido por católicos: destacó en matemáticas, pero detestaba el aprendizaje mecánico y la disciplina prusiana. A finales de 1894 el negocio familiar quebró y los Einstein se trasladaron a Milán y Pavía; Albert, dejado atrás para acabar el curso, abandonó la escuela a los quince años sin diploma, se reunió con sus padres en Italia y se preparó por su cuenta para la universidad.

Para retomar una educación formal se matriculó en 1895 en la escuela cantonal de Aarau (Suiza). El ambiente liberal le favoreció; ese año concibió el famoso experimento mental de perseguir un rayo de luz. En enero de 1896 renunció a la ciudadanía de Wurtemberg para evitar el servicio militar y, pocos meses después, ingresó en el Politécnico de Zúrich (hoy ETH Zürich). Allí estudió en la sección de formación de profesores de matemáticas y física, discutiendo vivazmente con su compañera serbia Mileva Marić. Obtuvo las máximas notas en física pero medias en otras asignaturas y se graduó en julio de 1900 sin perspectivas laborales inmediatas. En 1901 adquirió la ciudadanía suiza.

Tras un año infructuoso de suplencias y cartas insistentes a profesores en busca de recomendaciones, Einstein consiguió, gracias al padre de un amigo, un puesto júnior (Experto Técnico de tercera clase) en la Oficina Federal de Patentes de Berna, donde empezó a trabajar el 23 de junio de 1902. El empleo, poco exigente pero estable (examinar patentes eléctricas), le dejaba las tardes libres para la física teórica.

Como funcionario federal suizo cumplía unas ocho horas diarias, seis días a la semana, y bromeaba diciendo que eso le dejaba “ocho horas de diversión al día, y además está el domingo”. Los expedientes de patentes eran repetitivos, pero le permitían soñar ecuaciones mientras pagaban los gastos de vida.

Vivía con frugalidad, sostenía económicamente a su madre y a su hermana, y en 1902 tuvo una hija extramatrimonial, Lieserl, con Mileva; la niña desaparece de los registros, probablemente dada en adopción. Einstein y Mileva se casaron el 6 de enero de 1903; les siguieron los hijos Hans Albert (n. 1904) y Eduard (n. 1910).

En Berna Einstein formó la “Academia Olympia”, un club de discusión de tres miembros con el matemático-filósofo Maurice Solovine y el ingeniero Conrad Habicht; leían a Poincaré, Mach, Hume, Helmholtz y Boltzmann. Aquellas charlas afilaron su crítica del espacio y el tiempo absolutos y afianzaron su pensamiento estadístico. En 1905, trabajando en un pequeño apartamento de la Kramgasse y garabateando en papel de la oficina de patentes durante los descansos, produjo cuatro artículos revolucionarios para Annalen der Physik:

  1. sobre el efecto fotoeléctrico (enviado el 18 de marzo), donde introdujo los cuantos de luz;

  2. sobre el movimiento browniano (11 de mayo), que ofreció la primera vía empírica al número de Avogadro;

  3. Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento (30 de junio), con la que forjó la relatividad especial;

  4. y una nota de tres páginas, ¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético? (27 de septiembre), en la que obtuvo E=mc².

Al terminar el año, aquel joven de 26 años seguía siendo un funcionario oscuro, con un sueldo anual de 3 500 francos, pero la física moderna había quedado irreversiblemente transformada.

Durante los próximos días repasaremos estos cuatro artículos para comprender mejor la importancia de este año milagroso.

El Instituto de Física PUCV inaugura su Año Académico

El martes 20 de mayo, se inauguró el año académico 2025 del Instituto de Física en el Auditorio Otto Zollner de la Facultad de Ciencias, Campus Curauma. Durante la ceremonia, que contó con académicos y estudiantes de la escuela, se dictó la charla “Inestabilidades mecánicas como explicación de la anti-adherencia vascular”, la cual fue conducida por el Dr. Enrique Cerda Villablanca. 

En su exposición, el Dr. Cerda abordó un mecanismo que evita que elementos como trombos o calcio se adhieran a las arterias. A través de un enfoque físico, explicó cómo la inyección de energía puede contrarrestar esa adhesión y despegar los contaminantes del sistema vascular.

El director del Instituto de Física, Joel Saavedra, resaltó el impacto positivo que tiene en la realización de este tipo de instancias. “El objetivo de esta charla es que los estudiantes conozcan de primera línea un tema de investigación cambiante con un científico de renombre mundial, y quedamos muy contentos de ver la posibilidad de avanzar en esta línea de investigación que está conectada con la biofísica, una de las áreas del Instituto”, señaló.

Sumado a esto, Manuel Bravo, decano de la Facultad de Ciencias de la PUCV, se sintió sumamente satisfecho con la jornada del pasado martes, destacando el valor que tiene realizar este tipo de actividades para mostrar la profundidad del quehacer científico. “Acabamos de presenciar una charla muy, muy interesante que no solo plantea los principios de la disciplina como la física, sino que también muestra cómo esta disciplina, desde un  tema muy básico y una visión muy particular, puede expandirse y avanzar hacia otras disciplinas”, agregó. 

Por otro lado, Monserrat Miranda, estudiante de primer año de Magíster en Física, valoró la realización del evento y destacó la relevancia de poder contar con invitados de trayectorias en áreas interdisciplinares. “Creo que fue una excelente charla. Me agradó mucho que invitaran a un físico de área interdisciplinar, porque eso también es una puerta para todos los estudiantes, para ver otras áreas en las que podemos investigar como físicos más a futuro”, mencionó. 

Al finalizar, los presentes tuvieron la oportunidad de formular preguntas sobre los temas tratados en la charla, lo que permitió un diálogo entre el público y el expositor. Las intervenciones reflejaron el interés de los alumnos por profundizar en los aspectos científicos de la investigación presentada, consolidando así la fomentación de un espacio de aprendizaje activo.

A continuación, dejamos algunas imágenes destacadas de la jornada.

60 años del Fondo Cósmico de Microondas

Hoy se cumplen 60 años de la publicación de uno de los descubrimientos científicos más importantes de la historia. El 13 de mayo de 1965 se publicaron conjuntamente en la revista The Astrophysical Journal dos artículos que marcaron una nueva era en el estudio del Universo. El primero de los artículos fue escrito por Arno Penzias y Robert Wilson mientras buscaban desarrollar una antena de comunicación que tuviera la menor interferencia posible. Luego de evaluar todas las posibles fuentes de ruido – incluyendo un nido de palomas que habían hecho de la antena su hogar – descubrieron que persistía una señal no identificada que, como no dependía de la dirección en que miraran, no podía ser de origen terrestre. El segundo artículo, liderado por Robert Dicke de la Universidad de Princeton (incluyendo al reciente ganador del Premio Nobel, James Peebles), entregaba una explicación para la observación de Penzias y Wilson. Esta señal, explicaron Dicke y sus colaboradores, corresponde al brillo del Universo mismo, consecuencia de la expansión posterior al Big Bang.

Penzias y Wilson determinaron que esa fuente de luz tiene una temperatura de -270 °C o 3 grados sobre el cero absoluto. Dicke y su equipo explicaron que ésa es la temperatura del Universo. Tal como el cuerpo humano, a una temperatura de 36,5 °C, emite calor mayormente en forma de luz infrarroja, con una longitud de onda de unos 0.01 milímetros. La temperatura del Universo corresponde a una energía mucho menor, por lo que la emisión ocurre principalmente con longitudes de onda más largas: de aproximadamente 1 milímetro – microondas. A esa radiación se le conoce hoy por lo tanto como el Fondo de Radiación Cósmica o Fondo Cósmico de Microondas.

Robert Wilson (izquierda) y Arno Penzias (derecha) frente a la antena de microondas con la que descubrieron el Fondo Cósmico de Microondas en los Laboratorios Bell, Nueva Jersey, EE.UU. Crédito: Sociedad Astronómica del Pacífico.

La importancia de este descubrimiento es enorme y les valió a Penzias y Wilson el Premio Nobel de Física en 1978. Aunque el equipo de Dicke no recibió tal reconocimiento (Peebles lo ganó en 2019 por sus contribuciones generales al estudio del Universo durante más de dos décadas, no específicamente por la explicación de Fondo Cósmico de Microondas), fue la explicación de estos últimos la que reveló la trascendencia del descubrimiento. La idea de un Big Bang propone que el Universo como lo conocemos proviene de un instante en que la densidad (y por lo tanto la temperatura) era infinita y que el espacio ha estado expandiéndose desde entonces y fue presentada por primera vez por el ruso Alexander Friedmann en 1922, como una consecuencia de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Sin embargo, fue el equipo de Dicke el que mostró que, si hubo un Big Bang, tenía que haber dejado un resplandor que sería visible en todas las direcciones y desde todas las ubicaciones, tal como encontraron Penzias y Wilson.

Una breve explicación permite entender el origen de este resplandor. Luego del Big Bang, el espacio comenzó a expandirse y, por lo tanto, la temperatura del Universo empezó a bajar. Inicialmente, las partículas se movían tan rápido que la fuerza electromagnética no era capaz de atraer a los protones y electrones, que generaban una pantalla opaca impidiendo que la luz viajara, como las moléculas de agua lo hacen en una neblina densa. Recién unos 380.000 años después del Big Bang la temperatura bajó lo suficiente – a unos 3500 °C – para que la fuerza electromagnética ganara y los electrones fueran capturados por los núcleos atómicos. En ese momento, la luz pudo por fin viajar e iluminar el Universo. Es como cuando la neblina se convierte en lluvia: sigue habiendo agua pero ya no bloquea la vista. Eso es lo que vieron por primera vez Penzias y Wilson. Esos rayos de luz llevan 13.800 millones de años viajando por el Universo y ahora algunos de ellos impactan nuestros telescopios. En estos 13.800 millones de años el diámetro del espacio ha multiplicado su tamaño por 1000 y su volumen por mil millones, de manera que la temperatura ha caído a los -270 °C que medimos.

Tres décadas después de su descubrimiento, los telescopios espaciales COBE (1990-1993), WMAP (2000-2009) y Planck (2009-2013) midieron con extrema precisión la temperatura y distribución de la luz del Fondo Cósmico de Microondas. Estas mediciones nos permiten entender con detalle la composición y geometría del Universo: gracias a esos tres satélites sabemos que la temperatura del Universo es -270,73 °C, que un 84% de la materia del Universo es de una forma que aún no entendemos pero que llamamos “oscura” porque no ilumina ni refleja luz, y que el espacio es plano, lo que significa que dos líneas que son paralelas en un punto del espacio son paralelas en todo el espacio.

Mapa de diferencias de temperatura en el Fondo Cósmico de Microondas producido por el telescopio espacial Planck. La diferencia entre las zonas azules y las rojas es de diez millonésimas de grado Celsius. Crédito: Agencia Espacial Europea (ESA) y Colaboración Planck.

Poco antes de finalizar la misión WMAP, en 2007, comenzaron a operar los primeros telescopios terrestres de larga duración, cuyo objetivo era similar al de los espaciales: caracterizar la primera luz del Universo. Al estar en la Tierra, estos telescopios pueden ser más grandes que los espaciales, lo que les da la capacidad de observar con mayor detalle. Observar el Fondo Cósmico de Microondas desde la Tierra presenta una dificultad muy alta, ya que la luz de las longitudes de onda en las que el Fondo Cósmico es más intenso es fácilmente absorbida por moléculas de agua, las que – ¡por suerte! – abundan en la atmósfera. Por esto, existen solo dos lugares en nuestro planeta desde donde se puede observar el Fondo Cósmico de Microondas en detalle por la extrema aridez de la atmósfera: las alturas del Desierto de Atacama y el Polo Sur. En efecto, gracias al Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT en inglés), instalado en las cercanías de San Pedro de Atacama entre 2007 y 2022, Chile ha sido un polo de investigación de punta sobre los orígenes del Universo. Junto al Telescopio del Polo Sur (SPT) ha entregado las observaciones más detalladas de esta luz primordial. Pero además ese mayor detalle nos permite trazar los caminos que ha seguido esa luz desde que se emitió hasta llegar a nuestros telescopios. En ese camino ha interactuado con las galaxias que hoy pueblan el Universo y la materia en general, lo que nos permite estudiar también la evolución del Universo desde un punto de vista único usando las mismas observaciones.

El sitio donde una vez brilló – o más bien capturó el brillo – ACT ahora se encuentra su sucesor, el Observatorio Simons, cuya primera fase se construyó entre 2023 y 2024 y que ya está realizando sus primeras observaciones y pronto nos maravillará con más descubrimientos sobre el origen y la evolución del Universo. Este observatorio tiene una vida planificada de diez años pero ya tiene un sucesor: el llamado CMB-S4, que unirá a las comunidades del Fondo Cósmico de Microondas actualmente operando en Chile y en el Polo Sur, y que por el momento estará íntegramente ubicado en el Desierto de Atacama. Así, Chile seguirá siendo el principal polo de la investigación sobre el origen y la evolución del Universo a través de los ojos del Fondo Cósmico de Microondas durante las próximas dos décadas y posiblemente más.

Cristóbal Sifón

Profesor Auxiliar, Instituto de Física, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

Investigador Asociado al Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA

Doctor en Astrofísica, Universidad de Leiden, Países Bajos

Inauguración del Año Académico “Inestabilidades mecánicas como explicación de la anti-adherencia vascular”

Te invitamos a participar del Inicio del Año Académico 2025 del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, el día martes 20 de mayo desde las 11:00 AM en el Auditorio Otto Zollner de la Facultad de Ciencias, Campus Curauma. 

En el evento se dictará la charla “Inestabilidades mecánicas como explicación de la anti-adherencia vascular” junto a nuestro invitado Dr. Enrique Cerda Villablanca, profesor del departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile.

Workshop on Gravity and Holography

Más de 50 estudiantes se matricularon en el Instituto de Física PUCV este 2024. La nueva generación tuvo su bienvenida este martes 5 de marzo, donde profesores, funcionarios y Centros de Estudiantes recibieron a las novatas y novatos en una jornada llena de actividades.

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“Gala Astronómica” fue celebrada en la Facultad de Ciencias

Este jueves por la noche, el Observatorio Astronómico de Curauma (OBSCURA) ubicado en la terraza de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, vivió una de sus primeras visitas abiertas a la comunidad. En el evento, denominado por sus organizadores como “Gala Astronómica”, participó Rodrigo González, Seremi de Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación en la Macrozona Centro; Etienne Choupay director regional de la CORFO; autoridades y académicos de la universidad; además de familias de Placilla y Curauma.

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Primera convocatoria de postulaciones Ayudantías IFIS primer semestre 2025

El Instituto de Física PUCV inicia la primera convocatoria para las Ayudantías primer semestre 2025.

Estimadas y Estimados Estudiantes, el proceso de postulación a ayudantías del Instituto de Física PUCV (IFIS-PUCV) en esta primera convocatoria, se realizará entre el viernes 24 de enero y el viernes 31 de enero (12.00 hrs). Para postular, se debe completar el formulario Google respectivo y adjuntar el archivo con la información complementaria a la postulación. Resultados a partir del lunes 3 de marzo.

En este espacio se encuentran los documentos siguientes:

Revisa las ayudantías 

disponibles AQUÍ

Archivo de información complementaria postular AQUÍ

Criterios de selección y compromisos AQUÍ

Modelo educativo PUCV AQUÍ

Formulario de

postulación AQUÍ

Para consultas y comentarios se debe escribir a:

secre.jdoc.fis@pucv.cl con copia a jdoc.fis@pucv.cl

Instituto de Física PUCV inaugura Observatorio Astronómico de Curauma

Este miércoles, el Instituto de Física inauguró el Observatorio Astronómico de Curauma (OBSCURA) en la Facultad de Ciencias PUCV. En compañía del Seremi de Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación de la Macrozona Centro, Rodrigo González, autoridades universitarias, académicas/os, estudiantes y funcionarias/os de la universidad, el IFIS estrenó una infraestructura única en la zona para docencia y divulgación de la astronomía y astrofísica.

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