{"id":1165,"date":"2009-10-16T07:32:15","date_gmt":"2009-10-16T05:32:15","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1165"},"modified":"2009-10-16T12:49:44","modified_gmt":"2009-10-16T10:49:44","slug":"otros-aspectos-de-la-rel","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/10\/16\/otros-aspectos-de-la-rel\/","title":{"rendered":"Otros aspectos de la Relatividad"},"content":{"rendered":"

En alguna ocasi\u00f3n (como contrapunto) he puesto el ejemplo del principio de relatividad<\/a> contrario a lo que acabo de explicar: el ni\u00f1o que viaja con su padre en un tren que marcha a la velocidad de 80 Km\/h. Ambos est\u00e1n asomados por la ventanilla del tren. El ni\u00f1o, en el momento de pasar junto a la estaci\u00f3n (en la que el jefe de estaci\u00f3n parado en el and\u00e9n, observa el paso del tren), arroja un pelota por la ventanilla que sale disparada de su mano, en la misma direcci\u00f3n de la marcha del tren, a 20 Km\/h. Ahora, tanto el padre del ni\u00f1o como el jefe de estaci\u00f3n, tienen un aparato que mide la velocidad de la pelota. El resultado es dispar: el jefe de estaci\u00f3n ve que su aparato estima la velocidad de la pelota en 100 Km\/h, mientras que el padre del ni\u00f1o la sit\u00faa en 20 km\/h. La explicaci\u00f3n es sencilla. El aparato del jefe de estaci\u00f3n, parado e inm\u00f3vil en sus manos al medir la velocidad de la pelota obtiene el resultado de la suma de la velocidad del tren (80 Km\/h) y de la velocidad de impulso del lanzamiento (20 Km\/h), pero el padre del ni\u00f1o, montado en el tren que marcha a 80 Km\/h, est\u00e1 en movimiento, y su aparato tambi\u00e9n, con lo cual s\u00f3lo puede medir la velocidad de lanzamiento (20 Km\/h). As\u00ed que las dos mediciones del mismo fen\u00f3meno nos ha dado un resultado muy diferente, todo vez que depende del observador y de que est\u00e9 en reposo o en movimiento.<\/p>\n

Sin embargo, la velocidad de la luz es invariante, y si pudi\u00e9ramos suponer que el ni\u00f1o lanzaba un rayo de luz en lugar de una pelota, tanto el jefe de estaci\u00f3n como el padre del ni\u00f1o habr\u00edan medido la misma velocidad. La luz corre siempre lo mismo, independientemente de que su fuente est\u00e9 parada o en movimiento, o de que el observador que la\u00a0 mida est\u00e9 en reposo o en movimiento. Sin embargo, el fen\u00f3meno de ralentizaci\u00f3n del tiempo, cuando se viaja a velocidades relativistas, es otra historia.<\/p>\n

La imagen espaciotemporal fue introducida por primera vez por Hermann Minkowski<\/a> (1.864 – 1.909), que era un matem\u00e1tico extraordinariamente bueno y original. Casualmente \u00e9l fue tambi\u00e9n uno de los profesores de Einstein<\/a> en el ETH, Instituto Federal de Tecnolog\u00eda de Zurich, a finales de la \u00faltima d\u00e9cada del siglo XIX.<\/p>\n

<\/p>\n

De hecho, la idea misma del espacio-tiempo es de Minkowski<\/a>, que ya en 1.908 escrib\u00eda: “En lo sucesivo, el espacio por s\u00ed solo y el tiempo por s\u00ed solo est\u00e1n condenados a desvanecerse en meras sombras, y s\u00f3lo un tipo de uni\u00f3n entre ambos conservar\u00e1 una realidad independiente<\/em>“. Se deduce de estas palabras que Minkowski<\/a>, cuando conoci\u00f3 la teor\u00eda de la relatividad<\/a> de Einstein<\/a> sac\u00f3 sus propias consecuencias, y a pesar de las maravillosas intuiciones f\u00edsicas de su alumno y de las excelentes contribuciones de Lorente y Poincar\u00e9, fue \u00e9l (Minkowski<\/a>) el que aport\u00f3 un punto de vista fundamental y revolucionario, el espacio-tiempo<\/em>, la geometr\u00eda subyacente en la teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial.<\/p>\n

Sumergirse en este tema, sin que nos demos cuenta, nos puede llevar a plantearnos complejos tales como que la geometr\u00eda de Minkowski<\/a> tiene grupos de simetr\u00eda tan grandes como el que tiene el espacio-tiempo G de la f\u00edsica galileana, y no s\u00f3lo est\u00e1n todos los puntos M (Minkowski<\/a>) en pie de igualdad, sino que todas las velocidades posibles (direcciones de g\u00e9nero tiempo que apuntan al futuro) est\u00e1n tambi\u00e9n en pie de igualdad entre s\u00ed.<\/p>\n

Para evitar meterme en un callej\u00f3n sin salida (para m\u00ed), dejar\u00e9 aqu\u00ed el comentario que, sin que pueda impedirlo, cada vez, por s\u00ed solo (parece tener vida propia) se pone m\u00e1s complejo hasta sobrepasar mis limitados conocimientos.<\/p>\n

Sobre el modelo est\u00e1ndar de la f\u00edsica de part\u00edculas. Los or\u00edgenes de la moderna f\u00edsica de part\u00edculas.<\/span><\/strong><\/p>\n

La ecuaci\u00f3n de Dirac para el electr\u00f3n<\/a> supuso un momento crucial para la f\u00edsica en muchos aspectos. En 1.928, cuando Dirac propuso su ecuaci\u00f3n, las \u00fanicas part\u00edculas conocidas para la ciencia eran los electrones<\/a>, los protones<\/a> y los fotones<\/a>. Las ecuaciones de Maxwell libres describen el fot\u00f3n<\/a> (como fue previsto por Einstein<\/a> en 1.905) en un primer trabajo cuyas ideas fueron desarrolladas por Einstein<\/a>, Bose y otros, hasta que en 1.927 Jordan y Pauli proporcionaron un esquema matem\u00e1tico global para describir los fotones<\/a> libres de acuerdo con la teor\u00eda de Maxwell para el campo libre cuantizado.<\/p>\n

Adem\u00e1s, tanto el prot\u00f3n<\/a> como el electr\u00f3n<\/a>, parec\u00edan estar muy bien descritos por las ecuaciones de Dirac. La interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica, que describe la influencia de los fotones<\/a> sobre los electrones<\/a> y los protones<\/a>, estaba excepcionalmente tratada mediante la receta de Dirac, a saber, mediante la idea gauge<\/a> (tal como fue introducida b\u00e1sicamente por Weyl en 1.918), y el propio Dirac ya hab\u00eda empezado a construir el 1.927 una formulaci\u00f3n de una teor\u00eda completa de los electrones<\/a> (o protones<\/a>) en interacci\u00f3n con protones<\/a>.<\/p>\n

As\u00ed pues, todas las herramientas b\u00e1sicas parec\u00edan estar m\u00e1s o menos a punto para la descripci\u00f3n de todas las part\u00edculas conocidas de la naturaleza, junto con sus m\u00e1s destacadas interacciones.<\/p>\n

Los f\u00edsicos de la \u00e9poca no eran tan ilusos como para pensar que todo aquello les pudiera llevar pronto a una “teor\u00eda del todo”. Eran conscientes de que, ni las fuerzas necesarias para mantener unidos los n\u00facleos (las que ahora llamamos nuclear fuerte<\/em>) ni los mecanismos responsables de la desintegraci\u00f3n radiactiva (ahora fuerza nuclear d\u00e9bil<\/a><\/em>) podr\u00edan acomodarse sin importantes avances adicionales.<\/p>\n

All\u00ed algo no estaba bien, ya que si los electrones<\/a> y los protones<\/a> estilo Dirac, que s\u00f3lo interaccionaban electromagn\u00e9ticamente, fueran los \u00fanicos ingredientes de los \u00e1tomos, incluyendo sus n\u00facleos, entonces todos los n\u00facleos ordinarios (excepto el simple prot\u00f3n<\/a> que constituye el n\u00facleo de hidr\u00f3geno) se desintegrar\u00edan al instante debido a la repulsi\u00f3n electrost\u00e1tica de las cargas positivas predominantes.<\/p>\n

\u00a1Ten\u00eda que estar actuando alguna otra cosa desconocida, algo que explicara una fuerte influencia atractiva dentro del n\u00facleo! En 1.932, Chadwick descubri\u00f3 el neutr\u00f3n<\/a>, y se comprendi\u00f3 por fin que el modelo prot\u00f3n<\/a>\/electr\u00f3n<\/a> para el n\u00facleo, que hab\u00eda sido popular hasta entonces, deb\u00eda ser reemplazado por otro en el que los protones<\/a> y los neutrones<\/a> estar\u00edan presentes, y donde una fuerte interacci\u00f3n prot\u00f3n<\/a>-neutr\u00f3n<\/a> mantendr\u00eda el n\u00facleo unido.<\/p>\n

Pero esta fuerza fuerte no era lo \u00fanico que faltaba en el conocimiento de la \u00e9poca.<\/p>\n

La radiactividad<\/a> del uranio se conoc\u00eda desde las observaciones de Henri Becquerel en 1.896, y se presentaba como el resultado de otra interacci\u00f3n (la fuerza d\u00e9bil) diferente de la fuerte y de la electromagn\u00e9tica. Incluso un neutr\u00f3n<\/a>, si se deja libre, sufrir\u00eda una desintegraci\u00f3n radiactiva en un periodo de unos quince minutos.<\/p>\n

Uno de los misteriosos productos de la radiactividad<\/a> era el evasivo neutrino<\/a>, propuesto como hip\u00f3tesis provisional por Pauli en 1.929, aunque no fue obserado directamente hasta 1.956.<\/p>\n

Ahora, las cosas se conocen mejor y se dispone de una imagen m\u00e1s completa conocida como modelo est\u00e1ndar de la f\u00edsica de part\u00edculas<\/em>. Este modelo parece acoger casi todo el comportamiento observado concerniente al vasto conjunto de part\u00edculas que hoy conocemos. Al fot\u00f3n<\/a>, el electr\u00f3n<\/a>, el prot\u00f3n<\/a>, el positr\u00f3n y el neutr\u00f3n<\/a>, se han a\u00f1adido el mu\u00f3n<\/a> y los diversos neutrinos<\/a>, los piones<\/a> (predichos por Yukawa en 1.934), los kaones<\/a>, los lambda<\/a>s, los sigma<\/a>s y la celebradamente predicha por Gell-Mann, la omega<\/a> menos.<\/p>\n

El antiprot\u00f3n<\/a> fue directamente observado en 1.955, y el antineutr\u00f3n<\/a> en 1.956. hay nuevos tipos de entidades conocidas como los quarks<\/a>, gluones<\/a>, bosones<\/a> W+<\/sup>, W–<\/sup> y Z0<\/sup>; hay vastas hordas de part\u00edculas cuya existencia es tan fugaz que no han sido nunca directamente observadas, por lo que suelen llamar “resonancias”.<\/p>\n

El formalismo de la teor\u00eda moderna exige as\u00ed mismo entidades transitorias llamadas part\u00edculas “virtuales”, y tambi\u00e9n cantidades conocidas como “fantasmas” que est\u00e1n a\u00fan m\u00e1s lejos de poder ser observadas en directo. Existe un n\u00famero desmesurado de part\u00edculas propuestas (a\u00fan no observadas) que son predichas por ciertos modelos te\u00f3ricos, aunque no son en absoluto consecuencias del andamiaje general de la f\u00edsica de part\u00edculas aceptada: a saber, bosones<\/a> X, axiones, fotinos, gluinos, monopolos magn\u00e9ticos, dilatones, etc.<\/p>\n

Est\u00e1 tambi\u00e9n la misteriosa part\u00edcula de Higgs<\/a> (a\u00fan no observada) cuya existencia, de una u otra forma, es esencial para la f\u00edsica de part\u00edculas actual, donde la part\u00edcula de Higgs<\/a> se considera responsable de la masa de todas las part\u00edculas.<\/p>\n

No he mencionado aqu\u00ed el gravit\u00f3n<\/a>, la hipot\u00e9tica part\u00edcula mediadora de la gravitaci\u00f3n, toda vez que la gravedad no est\u00e1 inmersa en el modelo est\u00e1ndar de la f\u00edsica, sino que est\u00e1 descrita por la relatividad<\/a> general de Einstein<\/a>.<\/p>\n

Es bien sabido que la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica (el universo de las part\u00edculas subat\u00f3micas) y la relatividad<\/a> general (el universo de los grandes objetos cosmol\u00f3gicos), de momento no han sido unidas; se rechazan mutuamente con una ferocidad asombrosa.<\/p>\n

Parece que la teor\u00eda de cuerdas no s\u00f3lo no rechaza estas dos teor\u00edas antag\u00f3nicas, sino que en sus m\u00e1s altas dimensiones las acoge de manera natural, y ambas se complementan para formar un todo en el que tienen cabida el universo de las part\u00edculas, de la gravedad, de las fuerzas fundamentales y de la materia.<\/p>\n

Es bonito pensar que un d\u00eda en el futuro se contar\u00e1 con ese modelo completo que, sin estridencias, d\u00e9 cabida a todo y nos lo pueda explicar todo.<\/p>\n

Esto es todo lo que ha dado de s\u00ed mis pensamientos de estos de d\u00edas de febrero de 2.007 en mis ratos libres. Como ver\u00e9is, no se sigue ning\u00fan patr\u00f3n fijo ni una idea preconcebida. He plasma<\/a>do cualquier tema o idea que, en cada momento, me pas\u00f3 por la cabeza.<\/p>\n

Espero como siempre, que algunos de los comentarios os agraden, y dada la diversidad de los temas, es probable que as\u00ed sea.<\/p>\n

Dentro de los temas tratados, comento sobre los varios diluvios de los que la Humanidad dej\u00f3 leyendas, y me parece una se\u00f1al de que pudieran no ser los \u00faltimos. Si nuestro comportamiento sigue siendo tan irresponsable, puede que el pr\u00f3ximo diluvio est\u00e9 cerca.<\/p>\n

Dedico estas p\u00e1ginas a mis amigos de amigos de la Asociaci\u00f3n Cultural Amigos de F\u00edsica 137 e\/hc que, humildemente presido, y, recientemente, ha sido nombrada de manera oficial como Asociaci\u00f3n Colaboradora del Nodo Espa\u00f1ol AIA-IYA2009 A\u00f1o Internacional de la Astronom\u00eda.<\/p>\n

emilio silvera.<\/p>\n

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