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



El espacio inmenso (telescopio Hubble)

  Conocida la naturaleza puramente ondulatoria del sonido y también de la luz, así como la velocidad de ambos fenómenos, que en el caso de la luz quedó establecida hacia 1800 y también su finitud, se planteaba un problema en la comunidad científica que ya sabía de la existencia del vacío en el espacio exterior y de la necesidad de un medio para que las ondas sonoras (y las de cualquier naturaleza) se transmitieran, cosa que no ocurría con la luz, que era capaz de viajar por el vacío total del espacio exterior. Esta idea era confirmada por experimentos clásicos como la campana de vacío que aislaba una fuente sonora y el radiómetro de Crookes, una especie de molino con aspas negras por una cara y reflectantes por la otra, introducido en una ampolla de cristal al vacío, que giraba al exponerla a la luz por la incidencia de los rayos lumínicos, capaces de actuar sobre las aspas del molino y hacerlas girar.

 Teniendo en cuenta que la luz del Sol llega a la Tierra diáriamente atravesando el vacío espacial, con total ausencia de aire o medio conocido, debía haber algún ente físico capaz de transmitir las ondas lumínicas por el espacio para no admitir la incómoda e inquietante idea de la propagación en la nada, como nadie admite la falta de una/as pocas piezas que encajen en el puzzle que con tanto trabajo hemos formado.

  La polémica estaba servida: había que solucionar el problema con una explicación  y esa hipótesis de trabajo fue el Éter lumínico o simplemente Éter; un modelo adaptado a las exigencias  que simplificaba la cuestión, que llenaba el vacío del universo y bañaba toda sustancia en mayor o menor medida y permitía la transmisión de la luz a 300.000 Km/seg. Antes de proseguir diré que en los tiempos actuales tenemos nuestro Éter particular en la Materia oscura, que explicaría la expansión del universo, en contra de la teoría del Big Crunch y otros fenómenos aún no explicados por la ciencia.

 La existencia del éter fue acogida con júbilo por la comunidad científica de la época como una valiosa herramienta que explicaba el fenómeno lumínico, pero había que demostrar su veracidad porque la ciencia culmina en la demostración de sus hipótesis. En 1864 Maxwell publicó los resultados de una investigación matemática que había emprendido acerca de las vibraciones eléctricas, que generaban ondas que podían propagarse en el espacio, calculando la velocidad de propagación de las mismas y llegando a la conclusión de que la velocidad era la misma que la de la luz. Maxwell dedujo con ello que la luz no era sino un tipo de onda eléctrica, que hoy llamaríamos ondas electromagnéticas, confirmadas en su existencia por Hertz en 1887 que las reprodujo en su laboratorio. Este hecho constituyó una confirmación adicional a la existencia de éter.

 Maxwell, con su descubrimiento, que incluía la naturaleza electromagnética de las ondas lumínicas, hizo más perentoria la existencia del éter por necesitarse un medio que transmitiera esos fenómenos de tal naturaleza en el vacío, pues no resultaba lógica la inexistencia de un medio de transmisión para las ondas electromagnéticas, y el éter era la solución al problema y su descubrimiento el gran reto de la ciencia de la época. Si el éter existía debería impregnar todo el espacio y era razonable suponer que fuese lo único fijo e inmovil de todo el universo: La Tierra gira sobre su eje (24 horas en completar una revolución  ó 15º/h, constituyendo los husos horarios en - o + desde el meridiano 0º según sea longitud oeste o este) y también describiendo una órbita elíptica alrededor del Sol (30 Km/seg); el resto de los planetas del sistema solar también se mueven con respecto al Sol en una órbita distinta a la de la Tierra, y probablemente el Sol se mueve con respecto a la Vía Láctea y todos los seres de la Tierra nos movemos con un movimiento relativo (si viajamos en avión-navegación en tres dimensiones-desde Europa  a América  tardaremos más que en el viaje de vuelta porque la Tierra gira de este a oeste). Una vez establecida la hipótesis de la existencia del éter como ente en reposo absoluto en un universo en el que todo se mueve, había que probar su realidad de manera indirecta y teniendo en cuenta nuestro movimiento con respecto a él. Algo así como probar la existencia del aire, inmóvil en una habitación cerrada y sin corrientes, desplazando un abanico abierto con nuestro brazo y notando la resistencia que opone el aire invisible: Los físicos debían probar la existencia del éter percibiendo el movimiento del éter o viento del éter en el desplazamiento de la Tierra a través de él.

 Uno de los experimentos que se utilizaron para comprobar la existencia del viento del éter fue también un método que utilizaba el telescopio para visualizar una estrella lejana, cuando la Tierra, en su movimiento alrededor del Sol, de 30 Km/seg, se acercaba al punto de observación y el cuerpo celeste enviaba su luz a través del éter a 300.000 Km/seg (recordemos el efecto DOPPLER-FIZEAU, descrito en la primera entrega).                                                                                                                       

 

 El observador lograría enfocar en el ocular de su telescopio la estrella objeto de la observación, moviéndose él y su instrumento solidariamente con la Tierra a través del éter inmóvil hacia la derecha de este. Seis meses después, cuando la Tierra en su órbita alrededor del Sol se alejara de la estrella, desplazándose hacia la izquierda con respecto al éter, debería suceder un desenfoque de la estrella en el telescopio, pero tal efecto nunca sucedió tras innumerables intentos por comprobarlo.



AGUSTÍN JEAN FRESNEL.

 Había que explicar el fracaso de tal experimento y fue Agustín Jean Fresnel el primero que trató de buscar una teoría razonable en 1818, suponiendo que el éter era más espeso en los cuerpos materiales que en el vacío del espacio exterior; así configurada la hipótesis, el desplazamiento del telescopio a través del éter arrastraría parte de este consigo según la velocidad de desplazamiento del instrumento en una fracción de la misma. Esta fracción fue conocida como COEFICIENTE DE ARRASTRE DE FRESNEL; no solucionó el problema porque,como en el caso anterior, si la Tierra se despaza hacia la estrella o en sentido contrario, el éter debería permanecer inmóvil y no "arrastrarse" para tener un punto de referencia absoluto. Algo así como el "palo del que cuelga una zanahoria, sujetado por el jinete de un caballo que lo utiliza como señuelo para que el animal camine, desplazándose ambos-jinete y zanahoria-a la velocidad que alcanza el caballo.

 Al no poderse probar la existencia del éter después de la deducción puramente teórica de Fresnel, nuestro ya conocido FIZEAU  decidió en 1859 medir la variación de la velocidad de la luz en un medio denso y en movimiento, calculando dicha velocidad al lanzar un rayo luminoso a través de una corriente de agua cuando la luz viajaba en el sentido del movimiento de la corriente y contracorriente. Halló una diferencia de velocidad, que asumió como el arrastre del éter por el agua, que coincidía con el Coeficiente de Arrastre de Fresnel pero seguía sin probar su existencia; solamente probaba que, de existir el éter, se comportaría según la predicción de Fresnel. Sin abandonar la existencia del éter, había que diseñar un experimento que probara definitivamente su realidad, tan necesaria para explicar la propagación de las ondas electromagnéticas a través del vacío.

 Supongamos que queremos probar la influencia del viento en la velocidad de un vehículo y diseñamos un experimento sirviéndonos de dos coches idénticos que parten de un mismo punto, a la velocidad costante de 100 Km/h pero en direcciones distintas (el coche A hacia el norte y el B hacia el este por sendas carreteras idénticas para recorrer ambos 50 Km) soportando un viento constante del este de 10 Km/h. Los vehículos inician su marcha desde el mismo punto y nosotros esperamos su regreso en el punto de partida midiendo el tiempo. Con ausencia total de viento ambos llegarían al punto de partida al cabo de una hora, tras recorrer los 100 Km de ida y vuelta; pero con el viento del este soplando, el coche B alcanzaría los 90 Km/h en la ida y 110 Km/h en la vuelta, mientras que el coche A (que se dirige al norte) sería arrastrado en su trayectoria rectilinea por el viento de costado tanto en la ida como en la vuelta, debiéndo corregir constantemente su dirección y no alcanzando por ello los 100 Km/h. al hacer el cálculo de la media hallaríamos que el coche A llega antes que el B y, si cambiaran sus rutas, llegaría antes el B y no el A. Lo mismo ocurriría si el viento soplara del oeste, como es evidente.

Este mismo razonamiento fue utilizado por Albert Michelson (véase la primera entrega) y Edward Morley en su famoso experimento, llevado a cabo en la década de 1880-1890, que trataba de comprobar la existencia del viento del éter. Michelson dedicó su labor científica al estudio de la luz "porque es muy diverdido", según sus palabras, y Morley era químico de profesión. Ambos basaron su estrategia en la propiedad de las ondas de producir interferencia, que básicamente son de dos tipos:

Interferencia constructiva: cuando dos ondas coinciden en sus crestas y sus valles la mezcla de ambas se refuerza en el resultado final, percibiéndose una onda resultante de mayor intensidad.

Interferencia destructiva: el caso contrario. Los valles y las crestas se oponen y, en el caso de la luz, se anulan produciendo oscuridad, o silencio, en el caso de las ondas sonoras.

  En el término medio está la interferencia parcial, que no anula ni refuerza pero modifica la onda resultante: el efecto vibrato de los órganos de tubos se obtenía haciendo sonar a la vez dos tubos cuya frecuencia difrería en unos ciclos por segundo.

 No es extraño que el aparato diseñado por ellos para comprobar el viento del éter, instalado en el sótano de la Universidad de la Reserva Occidental (Cleveland-Ohio) se llamara interferómetro, pues utilizaba la interferencia de dos ondas lumínicas para demostrar la existencia de dicho viento, si existía.



Esquema del interferómetro de Michelson-Morley.

El instrumento utilizado por ambos investigadores se componía de una fuente de luz (haz incidente del esquema) que enviaba un rayo a un espejo semiazogado (el desdoblador M), formando un ángulo de 45º y que divide el rayo en dos: el rojo, que impacta y se refleja en el espejo 1, y el negro que se reflejará en el espejo 2, volviendo ambos rayos a reflejarse en el espejo central para ser recogidos en el visor T. Tengamos en cuenta que el interferómetro se desplaza solidario con el movimiento de la Tierra  y que ambos rayos tienen una trayectoria que forma un ángulo de 90º, como el ejemplo de los coches. M&M realizaron el experimento girando su aparato 90º (intercambiando las trayectorias de los haces lumínicos) y en distintas épocas del año, durante 10 años, y no encontraron diferencia (digamos interferencia, para ser más exactos) entre ambos rayos, pues los dos haces llegaban al mismo tiempo y eso descartaba el "viento del éter". Después de este experimento se han hecho más por otros investigadores con el mismo resultado: no se demostró el viento del éter y, por tanto, su existencia seguía siendo una ficción. Hubo después algunos intentos de explicar el fracaso del experimento de M&M, incluso invocando la teoría geocéntrica, sobradamente desmontada por Nicolás copérnico y anteriormente por Aristarco de Samos, pero no nos vamos a extender más en el tema.
 Después del fracaso de los experimentos que pretendían demostrar la existencia del éter, principalmente el de Michelson y Morley, y de las explicaciones posteriores (en algunos casos contradictorias) para desentrañar el misterio, la comunidad científica seguía necesitando esa entidad misteriosa para comprender la propagación de las ondas electromagnéticas, incluída la luz, aún después de la publicación de la TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD en 1905. En las primeras décadas del siglo XX, los manuales de radio y telegrafía sin hilos seguían hablando del éter como medio de propagación de las ondas:
 "ÉTER.- Sustancia que se admite interpenetra todo el Universo. Se le supone perfectamente elástico, propiedad que le permite ser el vehículo de propagación de las vibraciones luminosas, caloríficas, electromagnéticas, etc."
 (Agustín Riu: GUIA PRÁCTICA DE RADIO. Definición de éter de la página 13 de la 3ª edición de 1930).

 En todo este mar de confusión y de fracaso surgió una auténtica revolución del pensamiento científico que, con una explicación relativamente sencilla, hizo que las piezas del puzzle encajaran resolviendo el problema del éter y formulando predicciones sorprendentes que culminarían con la era atómica y la mecánica cuántica, aportando una mayor comprensión del universo.
 El artífice de esta revolución fue Albert Einstein con su Teoría de la Relatividad Especial (1905) y General (1916).

 La Teoría especial (o restringida) trata de objetos o sistemas que se mueven unos con respecto de otros con velocidad constante (aceleración nula) u objetos o sistemas inmóviles (velocidad cero) y fue la primera en postularse porque resulta más fácil describir el movimiento constante o no acelerado. La Teoría General contempla objetos o sistemas que se mueven unos respecto de otros con velocidades crecientes o decrecientes (sistemas u objetos acelerados positivamente o negativamente, en la terminología física).

 Pero de todo ello seguiremos hablando más detalladamente.

 

VUELTA A CASA.

 Volver a casa después de una ausencia breve es volver a la normalidad, a la rutina del día a día, cargados de cansancio físico pero con el psíquico más relajado, tras haber vestido harapos-ropa vieja-y haberte calentado con la leña que has cortado a golpe de hacha. Un ciervo te contempla a menos de un kilómetro y lo miras como parte del paisaje; las arañas invaden tu casa en su lucha contra las moscas, tiñendo de plata los rincones, y la puerta, cerrada a cal y canto para que los gatos no te coman lo que dejas en la cocina, te recuerda que esa es tu casa, tu segunda morada en la que puedes andar caminos sin soñarlos, disfrutándolos siempre y sufriéndolos a veces.

 Después... Un sueño reparador, con osito y todo.

VIVIR.



El mar Mediterraneo en Mallorca. Por Jano.

  Lo más interesante de vivir es la vida misma, que nos sitúa en un lugar determinado, en un tiempo determinado y con unos naipes repartidos al azar para comenzar la partida con mayor o menor fortuna, en una partida de cartas que no sabemos cómo va a acabar ni cuando acabará; lo único que sabemos es que acabará.

 Mientras tanto, esperamos en la estación de tren que nos toca tratando de pasar el rato lo mejor posible, trabajando y contemplando el mundo que nos rodea y disfrutando de él cuanto podemos, pisando fuerte con nuestras botas de soldado para explorar el territorio que nos ha asignado la vida por sorteo, con algunas escapadas a otros terrenos de esta esfera azul llamada Tierra.



Atardecer en una playa de Asturias.

 Al final, todos llegamos al mar, a cualquier mar, cuando nos llega la hora de embarcar en ese tren que habremos de tomar algún día, con un destino incierto.




Playa de Matala (Creta-Grecia). Al fondo, la necropolis romana con sus cuevas-tumbas, excavadas en la roca.

 

INDIGNADO... CON BLOGGER.

 Qué sensación de impotencia produce el no poder trabajar en un medio que no funciona bien, que te borra comentarios y te hace la comunicación difícil, sino imposible, hagas lo que hagas. Es el caso de Blogger, que últimamente nos está poniendo las cosas muy cuesta arriba con sus veleidades informáticas irresolubles, parece ser, por el momento. He seguido todas las recetas de cocina informática para tratar de solucionar los problemas que surgen de este invento con éxito parcial: ahora sí, ahora no, configurando y rabilando en el software que no comprendo con un arreglo parcial del problema, sacrificando el buen funcionamiento de otras aplicaciones del ordenador que ahora se me escapan de las manos para seguir con el mismo problema.
 Me parece muy bien que los cerebritos de Google, que iniciaron su invento para mejorar el acceso a la información y a la cultura de las masas del mundo, se hayan convertido en multimillonarios-se lo merecen-, tambíén que se enfrenten al régimen totalitario chino tratando de llevar la información a ese país que se niega a los ciudadanos-loable-, pero no me parece bien que, en su lucha con Microsoft, traten de imponer su tecnología como lo están haciendo, con su táctica sibilina de obligarte a   cambiar tu navegador de siempre e imponerte sus "galletitas" cada vez que tocas el ratón para entrar en cualquier sitio. A este paso montaré una confitería...
    En definitiva: o lo arreglan y se dejan de puritanismos calvinistas O:

¡QUE OS DEN!

¡HELP!

Queridos amigos y seguidores de este blog:
   Hace dos días que el invento no me funciona: Introduzco la clave y no aparece mi @ en la cabecera del blog; intento colgar un post en otros blogs de los que soy ferviente seguidor y aparezco como anónimo tras introducir mi identificación una y otra vez, sin conseguir publicar; he recurido a la ayuda de Google y he seguido las instrucciones dadas por correo electrónico, cambiando la clave, sin éxito y, curiósamente, cuando elijo "entrar" en la cabecera de mi caótico me remite al escritorio sin necesidad de introducir los datos de rigor. No sé qué hacer, porque las nuevas tecnologías me superan ahora que ya no soy joven. En mi infancia y adolescencia construía y reparaba aparatos electrónicos elaborando a mano los circuítos impresos y soldando las piezas yo mismo, pero ahora soy un inútil total sin gota de paciéncia.

  
 ¿Can you help my, please?

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





Albert Einstein. Quizá el científico más popular de la historia de la ciencia.

Inicio hoy una de las mayores osadías que han pasado por mi mente: hablar de física y concretamente de una teoría que todo el mundo conoce pero que pocos entienden con mediana corrección. Tengo la formación científica que tengo, que no incluye la física y las matemáticas, y soy persona de entendimiento mediocre pero de gran pasión y curiosidad, porque:

       Maravillarnos, mientras erramos a través de este mundo de múltiples misterios, es cumplir el propósito de nuestra creación y nuestro destino. Y aquel, que no se maraville, o a quien nunca hayan conmovido los misterios, debería ser enterrado en la más húmeda tierra, pues ese está muerto y nunca vivió.

(James A. Coleman, jefe del departamento (que fue) de física del American College -Sprinfgfield-Massachusetts).

   Por todo ello pido perdón de antemano por los errores que cometeré y agradezco, también por adelantado, las correcciones que deberían hacer los posibles lectores de esta entrada.

La historia comienza con DEMÓCRITO DE ABDERA (460-370 a.c.) , el filósofo "presocrático" que con su pensamiento y sin ningún instrumento concibió la teoría atómica, que habría de ser confirmada siglos más tarde, siendo fundadores él y su maestro Leucipo de la ESCUELA ATOMISTA. Se le considera presocrático por su temática acerca de la naturaleza (que comparte con los verdaderos presocráticos o filósofos de la naturaleza, cuando realmente fue contemporáneo de Sócrates).
 Demócrito consideraba que los cambios en la naturaleza no se debían a que las cosas realmente cambiaran; dichos cambios eran producidos por la composición de la materia, que él consideraba compuesta por elementos muy pequeños que llamó átomos (indivisible), y que se caracterizaban por tres propiedades fundamentales:
 Ser ETERNOS, pues nada puede surgir de la nada.
 Ser INALTERABLES, combinándose con otros átomos para formar cuerpos que, cuando se destruyen estos, se separan sin sufrir cambios.
 Ser INDIVISIBLES, pues no se pueden reducir a elementos más pequeños. Esta última propiedad habría de ser desmentida por la física moderna con el descubrimiento de las partículas subatómicas, que convierten al átomo en una especie de matrioska rusa, formada por muñecos de tamaño decreciente que encajan unos en otros.
Demócrito no consideraba ningún tipo de fuerza o espíritu que interviniera en los procesos naturales ya que "en la naturaleza todo ocurre mecánicamente y sólo existen átomos y vacío", estando la conciencia y el alma formados también por átomos por lo que no se puede hablar de la inmortalidad del alma (con ello, es uno de los precursores del materialismo). Parece ser que fue su discípulo Epicuro el que consideró otra de las propiedades atómicas: EL PESO.

 Albert Einstein tuvo un comportamiento similar al concebir su teoría a base de experimentos mentales que no podían ser probados en la época (en 1905 publicó su TEORÍA ESPECIAL) por la falta de medios técnicos, confirmándose posteriormente muchas de las consecuencias de su teoría, que cambiaría la concepción del universo. Aquel niño con cierto retraso madurativo (comenzó a hablar a los tres años) y aquel adolescente díscolo y siempre desafiante ante la autoridad, pero esencialmente pacífico, habría de decir años más tarde:
  Me  gustaría saber cómo creó Dios este mundo. No me interesa este o aquel fenómeno. El espectro de este o aquel elemento. Lo que quiero conocer son Sus  pensamientos, el resto son detalles.
 Y más tarde añadiría:
  Una vez que se ha reconocido la validez de este modo de pensamiento, los resultados finales parecen casi sencillos; todo estudiante inteligente puede comprenderlos sin mucha dificultad. Pero los años de búsqueda en la oscuridad de una verdad que uno intuye pero no puede expresar, el intenso deseo y las alternancias de confianza en sí mismo y de duda, hasta que uno llega a la comprensión, sólo los conoce quien los ha experimentado por sí mismo.
 Del mismo modo que los antecesores de Einstein; Galileo, Copérnico...y principalmente Newton, hicieron avanzar la física con la teoría heliocéntrica y la descripción, por parte de Newton, de la gravitación y la inercia que abarcaba una Tierra en movimiento, la relatividad de Einstein permitió a la física abordar las velocidades inimaginables, las distancias increíbles, las energías infinitas y, fundamentalmente, el universo infinito más allá de nuestro sistema solar. Todos recordamos la física clásica que estudiamos en la enseñanza secundaria, basada principalmente en la inflexible concepción de Newton del espacio y el tiempo, en cuyo marco tenían lugar todos los sucesos y todo se podía medir sin ambigüedad: "El espacio absoluto, por su propia naturaleza, sin relación con nada externo, permanece siempre igual e inmutable"...."El tiempo absoluto, verdadero e inmutable, por sí y por su propia naturaleza, fluye uniformemente sin relación con nada externo" habría de escribir Newton en sus PRINCIPIA (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica).
 Einstein se vio obligado a abandonar los conceptos de Newton del espacio y el tiempo y en su Teoría Especial reveló que "el ritmo al que fluye el tiempo y la longitud de las distancias medidas a través del espacio varían según las velocidades relativas de aquellos que las miden"; es decir,  que cuando se viaja a velocidades grandes el tiempo se dilata y el espacio se encoge en una magnitud sólo perceptible a velocidades cercanas a la de la luz. En la teoría general se describe el espacio como curvo y de esa curvatura derivarían los fenómenos que la dinámica de Newton había atribuído a la fuerza de la gravedad.

 La Teoría de la Relatividad tiene su origen en el extraño comportamiento de la luz como fenómeno físico, y más concretamente en una de sus propiedades: la velocidad. A lo largo de la historia ha habido muchos intentos para medir la velocidad de la luz, con resultado de fracaso estrepitoso por la magnitud de la misma, que hoy sabemos que es de unos 300.000 Km/seg. También la velocidad del sonido fue objeto de medición a lo largo de la historia con mejores resultados, al ser ésta más asequible.

Marín Mersenne (1588-1648)

 Una de las primeras mediciones de la velocidad del sonido se la debemos al francés MARIN MERSENNE, filósofo, matemático (véase números primos de Mersenne), teórico de la música (L´armonie Universelle, publicada en 1627) y religioso (ingresó en la Orden de Los Mínimos, fundada en 1436 por San Francisco de Paula, y fue ordenado sacerdote en París en 1612) . Estudió con los jesuitas de la Flèche coincidiendo con Pascal, que era 8 años menor que él, y también en el Collége Royale du France y en la Sorbona.
 El método de Mersenne para medir la velocidad del sonido fue sencillo pero eficaz, aunque no disponía de un cronómetro de precisión para medir el tiempo. Un método que todos hemos utilizado y utilizamos para calcular la distancia a la que se halla una tormenta midiendo el tiempo transcurrido desde que vemos el relámpago hasta que oímos el trueno, sabiendo que el sonido viaja a unos 364 m/seg:


 Situó un cañón a varios kilómetros de él (distancia medida previamente) en un terreno con buena visibilidad, que debería disparar un ayudante. Sirviéndose de un péndulo cuyo periodo era conocido, midió las oscilaciones transcurridas desde el fogonazo hasta que oyó la explosión y calculó el tiempo transcurrido para después dividir la distancia conocida por el tiempo calculado (V= e/t), obteniendo una velocidad de 1100 Km/h que no difiere mucho de la aceptada actualmente (1200 Km/h). Para aquella época era una velocidad muy grande teniendo en cuenta que una persona, a paso ligero y por llano, desarrolla unos 6 Km/h y un buen caballo de carreras diez veces más. Hoy día nuestros aviones supersónicos pueden viajar a velocidades varias veces superiores a la del sonido.

                                                                    

Henri Victor Regnault (1810-1878)

Una medida más exacta la obtendría HENRI VICTOR REGNAULT (1810-1878), un químico francés nacido en Aquisgrán que sobresalió en el estudio de los gases y de los compuestos orgánicos, que llegó a establecer la velocidad del sonido en 1200 Km/h con tan sólo un error de un 3% de la velocidad estimada actualmente por métodos más sofisticados.

 Con todo ello, el sonido es un fenómeno físico más asequible que la luz. Su velocidad es muchísimamente más lenta, necesita de un medio para transmitirse y su naturaleza es puramente ondulatoria; mientras que la luz es rapidísima (la mayor velocidad que permiten las leyes del universo, como demostraría La Relatividad), se transmite en el vacío y su naturaleza es una dualidad entre partícula y onda.

 Con estas características tan peculiares no es  de extrañar que los científicos que abordaron su estudio en el pasado y los que lo abordan en el presente acumulen dudas y fracasos ante un fenómeno tan complejo, que trae en jaque a los físicos.

  Ya en la edad media se planteó la polémica acerca de la finitud o infinitud de la velocidad de la luz, tomando parte en ella personajes de la importancia de Descartes (1596-1650), que defendía su infinitud, y Galileo (1564-1642), que afirmó que no lo era. Precisamente a Galileo se debe uno de los experimentos más conocidos para medir la velocidad de la luz, Bien planteado pero condenado al fracaso por la pobreza de los medios de la época y la complejidad del fenómeno que se pretendía medir.

Galileo Galilei (1564-1642)

En una noche oscura de luna nueva un colaborador de Galileo, provisto de una linterna, se apostó en la cima de una colina mientras que Galileo se situó a varios kilómetros (distancia medida perviamente) con otra linterna, cubriendo ambos la fuente de luz. Llegado el momento, Galileo descubrió su farol y su ayudante hizo lo mismo al percibir la luz en la colina, mientras Galileo medía el tiempo que tardaba en recorrer el camino de ida y vuelta ¡con un reloj de la época! para después calcular la velocidad. Cada vez que realizaba una nueva medida obtenía resultados diferentes y muy dispares con lo que concluyó que su experimento había sido un fracaso.
 Evidentemente a la inexactitud de la medida del tiempo, con un reloj tan primitivo, se le suma la enorme velocidad del fenómeno lumínico y el tiempo de reacción de ambos desde la percepción del rayo de luz hasta que destapan su linterna. Si asumimos que el tiempo de reaccion de cada uno es un segundo, en ese tiempo la luz podría recorrer ¡14 veces la circunferencia de la Tierra!

 Unos años más tarde del fallido intento de Galileo y, por esas paradojas de la vida, el danés OLAF RÖEMER encontró casualmente un método astronómico para medir la velocidad de la luz perfectamente realizable en la época, basado en uno de los descubrimientos astronómicos de Galileo y que utilizaba un instrumento, el telescopio, que no había sido inventado por éste pero sí perfeccionado por él. En 1610, sirviéndose de un telescopio construido por él, Galileo descubrió las primeras cuatro lunas del planeta Júpiter, que orbitaban alrededor del planeta con un periodo constante.



El método de Roemer.



 En 1675 Roemer midió el periodo de las lunas de Júpiter en distintos meses obteniendo resultados diferentes (véase la imagen superior: la Tierra en posiciones diferentes alrededor del Sol y la primera luna de Júpiter eclipsada por el planeta). Roemer calculó el periodo de la primera luna cuando la Tierra se hallaba en la posición A del esquema y halló un valor de 42 horas y media (téngase en cuenta que Júpiter también gira alrededor del Sol pero con un periodo muy superior al de la Tierra y por ello podemos despreciar tal movimiento). Como se sabía que el periodo de la primera luna (y el de las demás) es constante se podrían predecir los eclipses de esa primera luna con exactitud, sucediéndose cada 42 horas y media, cosa que no ocurrió porque, a medida que la Tierra en su rotación alrededor del Sol se alejaba de Júpiter, Roemer comprobó que los eclipses ocurrían cada vez más tarde, y cuando la Tierra ocupaba la posición B pasados seis meses, el eclipse se produjo con un atraso estimado de 16 minutos aproximadamente.
 Roemer llegó a la conclusión de que tal retraso sólo podría atribuirse al tiempo que tardaba la luz, proveniente de la luna de Júpiter, en recorrer la distancia adicional entre los extremos del diámetro de la órbita terrestre, teniendo en cuenta que en la época el diámetro de la Tierra se estimaba en 277 millones de kilómetros frente a los 300 millones que estimamos hoy. Con todo ello Roemer estimó un valor para la velocidad de la luz demasiado bajo pero notable para aquellos tiempos, marcando un hito histórico.
           Un pequeño descanso para reponer fuerzas e ir a buscar unas palomitas y una centramina:



  Seguimos.

James Bradley (1693-1762)

 JAMES BRADLEY, astrónomo real de la corona inglesa y miembro de la Royal Society (que ha recibido el Premio Príncipe de Asturias de comunicación y humanidades 2011 por ser la sociedad científica más antigua) desde el 6 de noviembre de 1718 y famoso por el descubrimiento del fenómeno de aberración de la luz, empleó un método astronómico distinto al de Roemer que, aunque no fue muy preciso, afirmó la creencia de Galileo, cada vez más difundida en la comunidad científica, de que la velocidad de la luz era finita. Además, su experimento condujo directamente  a la teoría de la relatividad, entre otros que habrían de sucederse.

 Para su medida Bradley utilizó la estrella Gamma de la constelación del Dragón dirigiendo hacia ella su telescopio, primitivo y con escaso rendimiento lumínico, y comprobando que seis meses después la estrella parecía hallarse en una dirección distinta; fenómeno que denominó aberración.

Bradley dirigió su telescopio hacia la estrella gamma del Dragón y recogió su luz en el objetivo del instrumento para recorrer en linea recta el tubo hasta el ocular (de OB a OC). Debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol (unos 30 Km por segundo) Bradley debía girar su telescopio periódicamente para seguir enfocando la estrella (V-T del esquema superior), pero a los 6 meses comprobó que la estrella aparecía en una dirección diferente (para hacerse una idea, se puede contemplar a través de un espejo el esquema superior) y que la variación era de unos 40 segundos de arco, correspondiendo al ángulo de desviación con respecto  a la vertical (la dirección real de la estrella) unos 20 segundos de arco. Conocido el ángulo de desviación se podía formar un triángulo como el del esquema y calcular la velocidad de la luz multiplicando la velocidad orbital de la Tierra por la razón OBT/OCT.

Armand Hippolyte Fizeau.

Después de los métodos astronómicos de Roemer y Bradley, el francés ARMAND HIPPOLYTE FIZEAU volvió a intentar medir la velocidad de la luz por un método terrestre al igual que Galileo, es decir, medir el tiempo que tarda un rayo de luz en recorrer una distancia relativamente pequeña entre dos puntos de la Tiera. El experimento lo realizó en 1849 sirviéndose de un interferómetro que un año más tarde perfeccionaría León Foucault.

 El aparato que utilizó Fizeau se componía de una rueda dentada que gira impulsada por un sistema de pesas y poleas (en la época del experimento no había motores eléctricos), una vela como fuente lumínica y un espejo situado a 8 Km de distancia que reflejaría la luz emitida por la vela, después de pasar por los dientes de la rueda, para finalmente impactar sobre el ojo del experimentador. Un artifício similar al obturador de los antiguos proyectores cinematográficos y al estroboscopio que medía la velocidad en los antiguos platos giradiscos de los primeros equipos HIFI.



 Con el aparato,Fizeau comenzó su experimento con la rueda parada recibiendo el rayo de luz después de recorrer 16 Km. Al aumentar la velocidad los haces lumínicos se iban acortando cada vez más y, tras calcular el intervalo de tiempo según la velocidad conocida de la rueda y también el número de dientes de la misma, dividió la distancia recorrida (16 Km.) por el intervalo hallado y obtuvo un valor de 313.200 Km/seg, un 5% más de la velocidad que hoy se considera como correcta (300.000 Km/seg).

 A Fizeau también se le debe el Efecto Doppler-Fizeau, fácilmente comprobable por todos en una carrera de fórmula 1, cuando se nos acerca el bólido de Fernando Alonso, lo tenemos  delante y nos pasa a 300 Km/h: ÑIIIIIIIIIIIIIIIIIAAAAAAAAAOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO.

 El efecto Doppler-Fizeau, muy utilizado en medicina para medir  flujos en cardiología y cirugía vascular principalmente (eco-Doppler de troncos supra aórticos, eco-Doppler y eco Doppler color...) se basa en la propiedad de las ondas según la cual, al ser emitidas por una fuente de sonido/ultrasonido en movimiento con respecto a un oyente que permanece fijo, éste percibirá el sonido tanto mas agudo, al acercarse a él la fuente sonora, cuanto más velocidad desarrolle ella; cuando esté frente al oyente, éste percibirá el sonido con una frecuencia y longitud de onda igual a la que emite la fuente y, cuando se aleje de él la fuente sonora, tendrá una frecuencia menor y por tanto será más grave (véase esquema superior). El "truco" consiste en que a la velocidad del sonido se le suma o se le resta la velocidad de la fuente sonora según se acerque o se aleje del receptor. Este efecto tendría gran importancia en el desarrollo de la teoría de la relatividad general que inquietó a Einstein al investigar las implicaciones cosmológicas que dicha teoría tenía, al concebir el universo como un todo no estático, sino como un sistema en expansión o contracción; una idea revolucionaria para la época.

 Pero la medición más exacta y más famosa de la velocidad de la luz, perfeccionando el método del espejo rotatorio ideado por foucault y utilizado por este en 1850, a su vez perfeccionamiento del método de la rueda dentada de Fizeau, se lo debemos a MICHESON Y MORLEY.

Michelson.

Michelson fue el primer norteamericano en recibir el Premio Nobel de física en 1907 y su experimento no sólo midió la velocidad de la luz sino también en puso en solfa la existencia del Éter, al comprobar que el "arrastre" de ese fluído no existía, pues se obtenía la misma velocidad para la luz en todas las direcciones en las que se dirigía el rayo. En el experimento de Michelson se utilizaron varios espejos giratorios de 8, 12 y 16 caras que, como en el experimento de Fizeau, servían para fragmentar los rayos lumínicos, y un espejo reflectante situado a 35 Km de distancia sobre el monte San Antonio de California servía para reflejar la luz de la fuente situada en el monte Wilson. Como anécdota diré que la distancia entre ambos espejos fue medida por el U.S. Coastal & Geodetic Survey (Servicio de Levantamientos Costeros y Geodésicos de USA) con un error estimado de menos de 5 cm: Un logro para la época.
 Michelson repitió el experimento varias veces con gran minuciosidad y gracias a él hoy sabemos que la velocidad de la luz es de 300.000 Km/seg; velocidad que recorre la circunferencia de la Tierra en apenas un séptimo de segundo, los 149  millones de Km que nos separan del Sol en 8 minutos y que para viajar a la estrella más próxima a la Tierra, después del Sol, con la increible velocidad del rayo lumínico, tardaríamos 4 años luz, pues Alfa del Centauro está a unos 38 billones de Km de nosotros ¡como para hacer una visita en avión!
 La luz es una onda electromagnética, como las ondas de radio, los rayos ultravioleta e infrarrojos, que viajan a distinta velocidad según el medio. La luz en el vacío viaja más rápido que en la atmósfera, pero la diferencia es despreciable a efectos prácticos, y en el agua es de 3/4 partes que la conseguida en el vacío, mientras que a través del vidrio es de 2/3 .
 Terminamos por hoy, despues del cataclismo de Blogger que me ha fulminado gran parte de mi post, con alegria:

 Un nuevo mundo que se descubre día a día.

JORNADA DE REFLEXIÓN.

 Jornada de reflexión para una campaña de voto que ocurrirá mañana, una jornada más de reflexión con un cambio sustancial: esta vez la reflexión será para los políticos, que por primera vez en toda la historia de la democracia de este país, tan castigado por dictaduras, monarquías absolutistas y repúblicas sangrientas que incorporan el color morado a nuestra bandera de los cardenales producidos por "las hostias que habrán de llevar" todos los españoles, se enfrentan a la verdad. Una verdad incómoda que llevan años ignorando en su supina ignorancia y con su inmensa arrogancia, que tanto les caracteriza, aislados del resto de los ciudadanos en esa isla llamada el "síndrome de la Moncloa" que parece no tener cura. Pues bien, ya tenéis al pueblo en lucha pacífica, pero firme, para recordaros vuestra condición de servidores públicos  y no de sátrapas privilegiados que habéis sido hasta ahora; y vuestros mítines han sido callados por el clamor popular de muchas gentes que ya no tienen miedo porque ya no tienen nada, salvo deudas e inseguridad en el futuro, por no decir en el presente, y han manifestado su descontento en los países de acogida, que sí han sabido aprovechar el potencial humano que vosotros habéis  despreciado desde vuestras poltronas.
  Reflexión profunda es lo que os hace falta hoy y mucho más mañana, con el recuento de votos y la deriva de una buena parte de la ciudadanía levantada en armas-las de la razón que les asiste-para recordaros los abusos que habéis cometido hasta ahora, sin aparente arrepentimiento.  Espero que esta jornada de reflexión, si aún sois humanos, os haga recapacitar y cambiar vuestras actitudes erróneas, que son muchas, y volváis a la realidad que no os pertenece desde hace mucho tiempo, contemplando el panorama de una ciudadanía que tiene que enfrentarse a diario con una realidad hostil que vosotros habéis contribuido a crear.

 En mi jornada de reflexión de hoy mis personajes favoritos son los que están en la calle, tratando de cambiar las cosas de forma pacífica, con la ilusión de un mañana en el que todos podamos sentirnos partícipes reales en la marcha del mundo. Las papeletas, a día de hoy, no sirven ni para limpiarse el culo, son muy ásperas y nuestras posaderas están muy castigadas por vuestras patadas y vuestros golpes bajos.

 El maestro Beethoven dedicó su segunda sinfonía, La Heróica, a Napoleón pero, después de saber que su ídolo se había autoproclamado emperador, tachó la dedicatoria en la partitura manuscrita.

MIS QUERIDOS INSURRECTOS: ADELANTE