El día 1 de diciembre de 2015 se cumplen 121 años del nacimiento en Calcuta (India, Imperio Británico), en 1894, del físico especializado en física matemática Satyendra Nath Bose (1894-1974).

En conmemoración de dicha efeméride reproducimos a continuación el artículo titulado “Einstein y Bose: una fructífera y breve colaboración”, escrito por el Dr. Luis Vega Martín, Profesor Titular de Física Aplicada en la Universidad de La Laguna y miembro del Aula Cultural de Divulgación Científica. El artículo se publicó en el periódico “El Día”, de Santa Cruz de Tenerife, y está disponible en su formato original en la sección “Biblioteca” de esta página web.

Einstein y Bose: una fructífera y breve colaboración.

La deducción de Planck de la fórmula para la Radiación del Cuerpo Negro, origen de la Teoría Cuántica, contenía unos cuantos detalles molestos si no erróneos. De modo simple estos inconvenientes podrían resumirse diciendo que las consecuencias de la fórmula contradecían las hipótesis usadas para deducirla. El propio Planck, consciente de esto, intentaría muchas veces llegar a ella de modo distinto, buscando depurar los razonamientos para evitar esas inconsistencias, sin conseguirlo.

La fórmula de Planck era sin embargo muy sólida. Está absolutamente de acuerdo con los experimentos, y como se encargaron de demostrar Ehrenfest y Poincaré, la introducción de la discretización de la energía (el cuanto) era condición necesaria y suficiente para que esto fuera así, aun partiendo de argumentos clásicos.

No es del todo extraño en la Ciencia que estas cosas ocurran: la conclusión de una línea de razonamiento está bien, pero la deducción es parcialmente incorrecta.

Einstein estaba entre los que hizo notar las contradicciones que presentaba la ley, y se sabe que intentó solucionarlas sin éxito al menos en un par de momentos de los primeros veinte años del siglo XX. Pensaba, con razón, que lo que estaba mal en la deducción era el modo en que se empleaba la estadística, que como se recordará, fue la concesión que tuvo que hacer Planck a la Mecánica Estadística para solucionar el problema. Pero no daba con la solución.

En junio de 1924 Einstein, siendo catedrático en Berlín, recibió una carta de un absolutamente desconocido profesor de Física de la Universidad de Dacca (entonces la India Británica, hoy Bangla Desh), llamado Santyendranath Bose. Extraigo algunos párrafos de ella:

«Respetado Señor: Me atrevo a enviarle el artículo adjunto para su conocimiento y opinión. Estoy ansioso de saber lo que piensa de él. Verá que he tratado de deducir el coeficiente de la ley de Planck independientemente de la electrodinámica clásica…. No sé suficiente alemán para traducir el artículo. Si usted piensa que merece ser publicado le agradecería lo enviara al “Zeitschrift für Physik”. Aunque sea un completo extraño para usted no siento, ninguna duda en realizarle tal petición. Porque todos somos sus discípulos… »

Si se piensa la posición de Einstein en la Física y la vida pública mundial, cabría pensar que una carta de este género iría a parar a la papelera. Pero no fue así. Einstein no sólo estudió el artículo, sino que conforme a los deseos de Bose lo tradujo al alemán y lo remitió para su publicación. Aún más, utilizando (y reconociendo) parte de los razonamientos de Bose enviaría a publicar, ocho días después, su propio artículo, que versa sobre la teoría cuántica de los gases. Bose había dado con la clave que habían perseguido muchas de las mejores mentes del primer cuarto del siglo XX. Aunque harían falta algunos desarrollos posteriores, había nacido la Mecánica Estadística Cuántica instrumento imprescindible para la comprensión y caracterización de las partículas del mundo subatómico.

Lo que hoy se conoce como la estadística de Bose-Einstein es la última de las grandes aportaciones del genio de Ulm a la Física. Bose, de hecho, no tendría ninguna otra aportación importante a lo largo de su vida, y sin embargo, ocupa un lugar de honor entre los grandes de la Física.

La teoría introducida, según hizo notar Einstein, predice que bajo ciertas condiciones, los conjuntos de partículas a bajas temperaturas formarían un nuevo estado de la materia, condensándose esta de una manera que adquiriría propiedades asombrosas. Cuatro años después se pudo aplicar esta teoría a la comprensión de un transición que experimenta el helio al licuarse, que lo hace superconductor (las cargas eléctricas se mueven sin experimentar resistencia). Pero, ¿sería posible construir esos estados nuevos de la materia? Durante muchos años se pensó que no. Era una mera posibilidad teórica interesante para la pedagogía de la cuántica, pero sin visos de ser realizable.

A mediados de los años noventa, sin embargo, trabajando independientemente, Eric Cornell, Carl Weiman y Wolfgang Ketterle, un físico del MIT, crearon la nueva clase de materia predicha denominada condensados de Bose-Einstein (BEC’s), lo que les hizo merecedores del premio Nobel de Física en el 2001.

Estos BEC’s exhiben sus muy peculiares propiedades, entre las que destaca el ser objetos de comportamiento completamente cuántico (materia que se comporta como ondas) con un tamaño macroscópico (unos milímetros). Sus muy prometedoras aplicaciones están aún por desarrollarse.

Figura: Imagen de Satyendra Nath Bose (1894-1974) en un sello de correos de India de 1994. La imagen de este sello de correos se ha utilizado exclusivamente con fines docentes y divulgativos, sin ánimo de lucro.

Categoría: Publicaciones Recomendadas.

LVM.
ACDC. 30Dic2014.