jueves, 29 de septiembre de 2011

LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD: UNA VISIÓN EXTRAÑA DEL UNIVERSO (III)


Salvador Daaallliiií: La persistencia de la memoria.  


En anteriores capítulos hemos analizado el extraño comportamiento de la luz y las distintas hipótesis que a lo largo de la historia han desarollado los científicos con respecto a este fenómeno, tratando de determinar inicialmente la finitud o infinitud de su velocidad y también su naturaleza, para continuar estableciendo la magnitud de su propagación en el vacío (300.000 Km/seg) , tras considerar la hipotética propagación de la misma a través de un medio, el éter, a diferencia del sonido, que no se transmite en el vacío y cuya velocidad es mucho más lenta que la de la luz. Todo ello se debe al hecho de que la Teoría de la Relatividad tuvo su comienzo en el extraño comportamiento de la luz, tras la confirmación de la isotropía de la misma (la velocidad de la luz es independiente del movimiento del foco emisor) después del experimento de Michelson-Morley, realizado en 1887. Al considerar el problema fallido de la detección del éter, Einstein elaboró los POSTULADOS FUNDAMENTALES DE LA TEORÍA  ESPECIAL, pilares en los que descansa el resto de la teoría.
 En el PRIMER POSTULADO Einstein no niega la existencia del éter ni la afirma, simplemente se limita a decir que el éter no puede ser detectado, después de los muchos experimentos fallidos para probar su existencia. Pongamos un ejemplo:
 Estamos en la terminal T4 del aeropuerto de Barajas y debemos desplazarnos hasta el otro extremo de la terminal para embarcar. Tomamos una de las largas cintas transportadoras, rápidas y de velocidad constante, y al subirnos notamos el tirón inicial hasta acomodarnos sobre la misma, momento en que no tendremos sensación de movimiento por ir mirando hacia el suelo. Iniciamos la marcha sobre la cinta, mirando al suelo, y percibiremos nuestro desplazamiento sobre ella a paso normal; si miramos ahora al exterior de la cinta veremos lo rápido que nos desplazamos con respecto a lo que está fuera de la cinta (que permanece inmóvil o, en el caso de personas que caminan, nos parecerá que vamos corriendo con respecto a esas personas). Estamos ahora en el interior de nuestro coche, parados en un semáforo y con el freno pisado, en una calle con una ligera pendiente. Por el carril de nuestra izquierda aparece otro coche que frena y después, lentamente,  el conductor deja que su vehículo se deslice mientras nosotros contemplamos ese movimiento sin fijarnos en nada más que el coche que tenemos junto al nuestro: por un momento tendremos la duda de si es nuestro coche, el del vecino o ambos (a distinta velocidad, eso sí) el que se desplaza; duda que despejaremos al mirar por el parabrisas y ver que nosotros permanecemos inmóviles con relación al semáforo. En ambos ejemplos hemos despejado la duda al establecer un punto de referencia "inmóvil o fijo" aunque nosotros nos desplacemos sobre el espacio terrestre y el semáforo se mueva solidario con la Tierra, de la misma manera que lo hace el edificio de la T4.



 Pero...¿qué ocurriría si viajáramos desde la Tierra al vacío interestelar en una nave espacial hasta perder la visión de nuestro planeta, en compañía de la nada y sin ningún punto de referencia? Sabría  la velocidad a la que he abandonado la Tierra, mi punto de referencia, a la velocidad que viajo mientras haya atmósfera, y después nada más; no podré deducir mi velocidad ni mi posición, y ni siquiera saber si estoy inmóvil, avanzo o retrocedo (no tengo punto de referencia). Repentinamente, un asteroide me adelanta y compruebo su velocidad con el rádar que llevo instalado en mi nave: 2586 Km/h, pero esto solo indica la velocidad relativa del cuerpo celeste con relación a mi nave pero no su velocidad "real", porque ambas velocidades (la mía y la del asteroide) carecen de sentido y ni siquiera sabemos si uno de los dos está inmóvil o llevan sentidos de movimiento distintos: ¿Quién adelanta a quién?
 Eintein se planteó estas cuestiones y dedujo por ello que todo movimiento es relativo, de ahí el nombre de su teoría. El movimiento absoluto (como lo concebía Newton) no existe; solo existe el movimiento con relación a algo que suponemos "fijo" y en el Universo todo está en movimiento relativo: la Tierra y el sistema solar, la Vía Láctea y todas las constelaciones y galaxias que lo componen, la expansión del Universo después del Big-Bang. Con este planteamiento el éter pasaría a un segundo plano y se podría prescindir de él perfectamente, por ser lo único con movimiento absoluto del Universo (lo único que permanece inmóvil en el Universo) y porque el único movimiento detectable es el relativo a algo. Ya Isaac Newton señaló en su día que "es imposible precisar si un buque se mueve o no sobre el agua, mediante ningún experimento realizado dentro de la nave", y como la Tierra es nuestra nave, nunca podremos descubrir el movimiento de esta a través del éter con ningún experimento realizado en la Tierra. A pesar de todo, Newton, con su lógica obsesión por medir todos los fenómenos físicos, y con su concepto mundano (compartido por nosotros, los hombres corrientes que nos movemos en las coordenadas terrestres de lo macroscópico) concibió el movimiento relativo, pero seguía pensando en un espacio y un tiempo independientes y absolutos que se podían medir sin ambigüedad.


  El SEGUNDO POSTULADO de la teoría especial afirma que "la velocidad  de la luz es siempre constante para un observador, sea cual sea la velocidad a la que se mueve dicho observador". Una afirmación inquietante que desafía el sentido común y la física de Newton, que funciona a la perfección en nuestro mundo cotidiano. Pongamos un ejemplo casero:
 Estamos parados frente a una pared y lanzamos una pelota a una velocidad de 40 Km/h. La pelota impactará sobre la pared a la misma velocidad (despreciando la pérdida causada por el rozamiento del aire); ahora lanzamos la pelota a la misma velocidad y desde la misma distancia, pero subidos en una bicicleta que va a 15 Km/h: el impacto de la pelota contra la pared será de 55 Km/h (40 Km/h de la pelota + 15 Km/h de la bicicleta, que se acerca a la pared). Si nos alejamos de la pared en la bicicleta con la misma velocidad y un compañero lanza la pelota a la misma velocidad (40 Km/h), el impacto se hará a 25 Km/h por  la misma razón. Pero...¿Qué pasaría si tres observadores de la luz de una estrella lejana, provistos de aparatos para medir la velocidad lumínica, viajaran a distintas velocidades con referencia a la estrella y en el vacío?
 El observador A permanece inmóvil con respecto a la estrella, el B se acerca a ella con una velocidad de 100.000 Km/h y el C se aleja a la misma velocidad de la estrella que el B. En un momento dado se comunican sus medidas tomadas con los mismos instrumentos ¡300.000 Km/seg habrían medido los tres!
 Esta paradoja física fue confirmada en el experimento de Michelson y Morley, del que ya hemos hablado en anteriores ocasiones, cuando se trataba de probar la existencia del éter.
 Para no aburrir más a los posibles lectores, nos queda por comentar las consecuencias de esta teoría especial  y sus dos postulados, publicada en los Annalen der Physic en 1905, que establecería la equivalencia entre masa y energía (demostrada en laboratorio en 1932 y que daría lugar a la comprensión de los fenómenos de fisión y fusión  nuclear (bomba atómica y fenómeno de la energía solar respectivamente); al aumento de la masa con la velocidad (Fundamento de los aceleradores de partículas, tan de actualidad por los experimentos del CERN) y también el fenómeno de la dilatación del tiempo.



 Les espero pacientemente: la relatividad del espacio-tiempo no tiene prisa.


 Miestras esperamos a los acontecimientos que nos ha de deparar la investigación del acelerador de partículas del CERN, con sus neutrinos tramposos, que viajan a más velocidad que la de la luz por tomar atajos en otra dimensión, les dejo con la "alegría de ánimo" que nos propone Bach:

 Seguiremos desvelando el misterio del Universo.

6 comentarios:

  1. Esperaba con interés su tercera parte y no me ha defraudado. Riguroso y didáctico a la vez
    Un saludo.
    ¿Que me dice usted de las noticias sobre la velocidad de los neutrinos y su impacto sobre la teoría de Einstein?

    ResponderEliminar
  2. ¡A Las Güenas Tardes, que nos den Dios y el Diablo Asmodeo, Amigo Jano!
    ¡Menudas Cosas Nus Saca su Merced, a Nusutros los De Letras!
    ¡Si Ya me lo Dicía mi Probe Paere QEPD, Ten Muncho Cuidiaico con los Tíos esos de las "Cuentas Raras", Porque Son Piores que los REcaudadores de Rentos y Piúlas Molecipales y a la Que Te Dejas Te Enrrollan como una Persiana de Juncos!
    ¿Pos Sabéis que os Digo Amigo Jano? Que Yo Tamién Tengo Una Tioría de Luniverso Universal, que Llamo Teoría de la Bandurria Universal y que es Mu Sencillica pa Tóas las Entendederas...
    ¡Si Algún Día Queréis Entrar en Quisicosas, Pos No Tenís Mas que Dicirlo!
    Sus la Expondré Mú Gustoso y ¡Tan Amigos!
    Y Abora Un Viejísimo Chiste que Seguro Connocerá Su Merced...
    -Se sube a Un Tren en Alemania, un ovenzuelo Petulante y Gomoso y Se sienta Frente a un Señor Maduro que Lee Tranquilamente Su Periódico, Sin meterse Con Nadie...
    Como el Gilipuertas del Jovenzuelo se Aburre Intenta Trabar Conversación con elSeñor Aquel y Cuando el Otro le Entra al Trapo Dialogante el Joven le Pregunta
    -¿Y A qué se Dedica Usted, Caballero?
    -¿Yo? Soy Filósofo...
    ¡Nunca lo Dijera! Al Instante, el Cretináceo Cargante, Demuestra su Ineducación Exclamando
    -¿Filósofía?¡Pero si Eso es Un Cuento Para Bobos! ¡La Filosofía No Sirve Para Nada Práctico, Señor Mío!Mi Consejo es que Se Dedique Usted a las Matemáticas! Que Esa Si es Una Ciencia "Útil y Muy Práctica"!Conoce Usted la Teoría de la Relatividad que Se ha Publicado Hace poco? ¡Es la Revolución De la Ciencia! ¡Permítame que Se la Explique A grandes Rasgos, Para Ilustrarle Caballero!
    Y tras Un Par de Horas de Tediosísima Exposición y Casi TRes Cabezadas del Pobr "Oyente" el Tren llega a una Estación,-la del Plomazo-, que se Despide Muy Contento de Su Suficiencia y Superioridad...
    -Ha Sido Muy Grato Conversar Con Usted Cabalero. Yo Me llamo Hans Schmidt y Soy Mastemático y Usted?
    -Ya le Dije Que Era Filósofo. Y sí Muy Interesante lo Que Me ha Contado...Me llamo Albert Einstein...

    Un Cordiasl Saludo
    un Brindis Por el Conocimiento
    y
    ¡¡RIAU RIAU!!

    ResponderEliminar
  3. Amigo Gulliver:
    Me alegra mucho que le haya gustado la entrada de este plomazo que ni es filósofo, ni matemático, ni físico ni se llama Hans Schmidt.
    Del asunto de los neutrinos sé tanto como cualquier profano en la materia, pero parece ser (y según palabras de un físico del CERN) que no desmiente la teoría de Einstein, por la vía excepcional tomada por las partículas, aunque no prueba la posibilidad de los viajes en el tiempo.
    Un saludo y mi agradecimiento por su presencia.

    ResponderEliminar
  4. Mi apreciado Old:
    Me encantaría conocer su "teoría de la bandurria universal" y me encanta "entrar en quisicosas", más aún con personajes tan atípicos como vuesa merced.
    Créame si le digo que estas entradas de la Teoría de la Relatividad son una osadía por mi parte, como ya confesé en la primera entrega, pero me sirven para repasar y profundizar en cosas que ya tengo algo olvidadas y considero interesantes de saber y compartir.
    Un saludo para vuesa merced y su alter ego, el Diablo Asmodeo, en espera de su teoría.

    ResponderEliminar
  5. Interesante post.
    Con respecto a lo que comenta Gulliver respecto a los de los neutrinos si se confirma, el descubrimiento podría invalidar una parte clave de la teoría de la relatividad que Albert Einstein enunció en 1905, que asegura que nada en el universo puede viajar más rápido que la luz.

    El experimento del CERN no tenía como objetivo medir la velocidad sino estudiar lo que se conocen como oscilaciones de los neutrinos. La hipótesis de que fueran más rápidos que la luz no se había contemplado.

    Para los cuerpos que viajan a velocidades cercanas a la de la luz hizo falta la teoría de la relatividad, y ahora para estos cuerpos que se desplazan aún más rápido, quizás haga falta una nueva teoría. Apertura a lo nuevo y razón flexible, eso es lo que permite conocer.

    Saludos.

    ResponderEliminar
  6. Estimado Jano:
    Me están gustando tus artículos sobre la relatividad. Hecho en falta el nº 4. ¿No lo sé hallar o es que ya no está?

    ResponderEliminar