Einstein envió a Annalen der Physik, la principal revista alemana de física, un artículo con un nuevo concepto de la estructura de la luz. En él argüía que la luz puede actuar como si estuviera formada por partículas de energía, discretas e independientes, de forma similar a las partículas de un gas. Unos pocos años antes, el trabajo de Max Planck ya contenía la primera sugerencia de discontinuidad (discretitud) de la energía, pero Einstein fue más allá. Su propuesta revolucionaria parecía contradecir la teoría, universalmente aceptada, de la luz como ondas electromagnéticas suavemente oscilantes. Pero Einstein mostró que los cuantos de luz, como él llamó a las partículas de energía, podían ayudar a explicar fenómenos que estaban siendo estudiados por los físicos experimentales. Por ejemplo, explicó como la luz arranca electrones de los metales.

La Annalen der Physik recibió otro artículo de Einstein. La bien conocida teoría de la energía cinética explicaba el calor como una consecuencia del movimiento continuo de agitación de los átomos; Einstein propuso una forma de someter a la teoría a una nueva y crucial prueba experimental. Él decía que, si en un líquido se suspendían partículas muy pequeñas pero visibles, el bombardeo irregular de éstas por los átomos invisibles del líquido debería producir que las partículas suspendidas efectuaran una danza agitada y al azar. Justamente tal danza aleatoria de partículas microscópicas había sido observada hacía tiempo por biólogos (era llamado el “movimiento Browniano” y era un misterio sin resolver). Ahora Einstein explicaba este movimiento con detalle. Además había reforzado la teoría cinética y había creado una nueva y poderosa herramienta para estudiar el movimiento de los átomos.

Einstein en la oficina de patentes.

Einstein
descubrió los cuantos de luz teniendo en cuenta los expermientos con partículas descubiertas sólo unos años antes.

Vea en la Web, El descubrimiento del electrón.

Tiempo y movimiento: el viejo reloj de la torre y un tranvía en Berna.

Einstein envió a Annalen der Physik un artículo sobre electromagnetismo y movimiento. Desde los tiempos de Galileo y Newton, los físicos sabían que las medidas de procesos mecánicos no podían mostrar diferencias entre un aparato en reposo y uno que se moviera a velocidad constante en línea recta. Los objetos se comportan de la misma forma sobre un barco que se mueve uniformemente que sobre un barco que está en el muelle; es el llamado Principio de Relatividad. Pero de acuerdo con la teoría electromagnética, desarrollada por Maxwell y perfeccionada por Lorentz, la luz no debería obedecer a este principio. Su teoría electromagnética predecía que las medidas de la velocidad de la luz mostrarían los efectos del movimiento. Sin embargo, no se había detectado todavía ningún efecto en ninguno de los ingeniosos y delicados experimentos que los físicos habían ideado: la velocidad de la luz no variaba.

Einstein estaba convencido hacía tiempo de que el Principio de la Relatividad tenía que aplicarse a todos los fenómenos, mecánicos o no. En este trabajo encontró una forma de mostrar que este principio era compatible con la teoría electromagnética. Como Einstein hizo notar más tarde, la reconciliación de estas ideas aparentemente incompatibles “sólo” requería una nueva y más cuidadosa consideración del concepto de tiempo. Su nueva teoría, posteriormente llamada teoría especial de la relatividad, se basaba en un nuevo análisis del espacio y tiempo – un análisis tan claro y revelador que puede ser comprendido por estudiantes principiantes de ciencia.

Einstein publicó una consecuencia notable de la teoría especial de la relatividad: si un cuerpo emite una cierta cantidad de energía, entonces su masa debe disminuir en una cantidad proporcional. Mientras tanto escribía a un amigo “el principio de la relatividad, en conexión con las ecuaciones de Maxwell, exige que la masa sea una medida directa de la energía contenida en los cuerpos; la luz transfiere masa…. Esta idea es divertida y contagiosa pero posiblemente no puedo saber si el buen Dios no se ríe de ella y está tratando de embaucarme.”. Einstein y muchos otros pronto se convencieron de su verdad. La relación se expresa como una ecuación: E=mc².