{"id":2162,"date":"2010-08-05T09:02:31","date_gmt":"2010-08-05T07:02:31","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=2162"},"modified":"2010-08-05T09:02:29","modified_gmt":"2010-08-05T07:02:29","slug":"lo-incomprensinble-es-que-comprendamos-la-naturaleza-razono-einstein","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/08\/05\/lo-incomprensinble-es-que-comprendamos-la-naturaleza-razono-einstein\/","title":{"rendered":"Lo incomprensinble es que comprendamos la Naturaleza. Razon\u00f3 Einstein"},"content":{"rendered":"

Preludio a la relatividad<\/a>. Las ecuaciones de Lorentz-Fitzgerald<\/span><\/p>\n

En 1.893 el f\u00edsico irland\u00e9s George Francis Fitzgerald emiti\u00f3 una hip\u00f3tesis para explicar los resultados negativos del experimento conocido de Michelson-Morley. Adujo que toda la materia se contrae en la direcci\u00f3n del movimiento, y que esa contracci\u00f3n es directamente proporcional al ritmo (velocidad) del movimiento.<\/p>\n

Seg\u00fan tal interpretaci\u00f3n, el interfer\u00f3metro se quedaba corto en la direcci\u00f3n del “verdadero” movimiento terrestre, y lo hac\u00eda precisamente en una cantidad que compensaba con toda exactitud la diferencia de distancias que deber\u00eda recorrer el rayo luminoso. Por a\u00f1adidura, todos los aparatos medidores imaginables, incluyendo los \u00f3rganos sensoriales humanos, experimentar\u00edan ese mismo fen\u00f3meno.<\/p>\n

Parec\u00eda como si la explicaci\u00f3n de Fitzgerald insinuara que la naturaleza conspiraba con objeto de impedir que el hombre midiera el movimiento absoluto<\/em>, para lo cual introduc\u00eda un efecto que anulaba cualquier diferencia aprovechable para detectar dicho movimiento.<\/p>\n

Este asombroso fen\u00f3meno recibi\u00f3 el nombre de contracci\u00f3n de Fitzgerald<\/em>, y su autor formul\u00f3 una ecuaci\u00f3n para el mismo, que referido a la contracci\u00f3n de un cuerpo m\u00f3vil, fue predicha igualmente y de manera independiente por H. A. Lorentz (1.853 – 1.928) de manera que, finalmente, se quedaron unidos como contracci\u00f3n de Lorentz-Fitzgerald<\/em>.<\/p>\n

A la contracci\u00f3n, Einstein<\/a> le dio un marco te\u00f3rico en la teor\u00eda especial de la relatividad<\/a>. En esta teor\u00eda, un objeto de longitud l0<\/sub><\/em> en reposo en un sistema de referencia parecer\u00e1, para un observador en otro sistema de referencia que se mueve con velocidad relativa v<\/em> con respecto al primero, tener longitud , donde c<\/em> es la velocidad de la luz. La hip\u00f3tesis original atribu\u00eda esta contracci\u00f3n a una contracci\u00f3n real que acompa\u00f1a al movimiento absoluto del cuerpo. La contracci\u00f3n es en cualquier caso despreciable a no ser que v<\/em> sea del mismo orden o cercana a c<\/em>.<\/p>\n

Un objeto que se moviera a 11 Km\/s (la velocidad de escape<\/a> de nuestro planeta) experimentar\u00eda s\u00f3lo una contracci\u00f3n equivalente a 2 partes por cada 1.000 millones en el sentido del vuelo. Pero a velocidades realmente elevadas, tal contracci\u00f3n ser\u00eda sustancial. A unos 150.000 Km\/s (la mitad de la velocidad de la luz) ser\u00eda del 15%; a 262.000 Km\/s (7\/8 de la velocidad de la luz), del 50%. Es decir, que una regla de 30 cm que pasara ante nuestra vista a 262.000 Km\/s nos parecer\u00eda que mide s\u00f3lo 15’24 cm, siempre y cuando conoci\u00e9ramos alguna manera para medir su longitud en pleno vuelo. Y a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 Km\/s en n\u00fameros redondos, su longitud en la direcci\u00f3n del movimiento ser\u00eda cero. Puesto que, presuntamente, no puede existir ninguna longitud inferior a cero, se deduce que la velocidad de la luz en el vac\u00edo es la mayor que puede imaginarse el universo.<\/p>\n

El f\u00edsico holand\u00e9s Henrik Ant\u00f3n Lorentz, como hemos dicho, promovi\u00f3 esta idea pensando en los rayos cat\u00f3dicos (que ocupaban su actividad por aquellas fechas). Se hizo el siguiente razonamiento: si se comprimiera la carga de una part\u00edcula para reducir su volumen, aumentar\u00eda su masa. Por consiguiente, una part\u00edcula voladora, escorzada en la direcci\u00f3n de su desplazamiento por la contracci\u00f3n de Fitzgerald, deber\u00eda crecer en t\u00e9rminos de masa. Lorentz present\u00f3 una ecuaci\u00f3n sobre el acrecentamiento de la masa, que result\u00f3 muy similar a la ecuaci\u00f3n de Fitzgerald sobre el acortamiento. A 149.637 Km\/s la masa de un electr\u00f3n<\/a> aumentar\u00eda en un 15%; a 262.000 Km\/s, en un 100% (es decir, la masa se duplicar\u00eda); y a la velocidad de la luz, su masa ser\u00eda infinita. Una vez m\u00e1s pareci\u00f3 que no podr\u00eda haber ninguna velocidad superior a la de la luz, pues, \u00bfc\u00f3mo podr\u00eda ser una masa mayor que infinita?<\/p>\n

El efecto Fitzgerald sobre longitudes y el efecto Lorentz sobre masas mantuvieron una conexi\u00f3n tan estrecha que aparecieron a menudo agrupadas como las ecuaciones Lorentz-Fitzgerald<\/em>.<\/p>\n

Mientras que la contracci\u00f3n Fitzgerald no pod\u00eda ser objeto de mediciones, el efecto Lorentz sobre masas s\u00ed pod\u00eda serlo, aunque indirectamente. De hecho, el mu\u00f3n<\/a> tom\u00f3 10 veces su masa original cuando fue lanzado, a velocidades relativistas, en el acelerador de part\u00edculas, lo que confirm\u00f3 la ecuaci\u00f3n de Lorentz. Los experimentos posteriores han confirmado las ecuaciones de ambos: a velocidades relativistas, las longitudes se contraen y las masas se incrementan.<\/p>\n

Como es conocido por todos, Einstein<\/a> adopt\u00f3 estos descubrimientos y los incorpor\u00f3 a su teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial, que aunque mucho m\u00e1s amplia, recoge la contracci\u00f3n de Fitzgerald y el aumento de la masa de Lorentz cuando se alcanzan grandes velocidades.<\/p>\n

Algunas veces pienso que los artistas en general, y los poetas en particular, tendr\u00edan que adaptar e incluir en sus esquemas art\u00edsticos y po\u00e9ticos los adelantos cient\u00edficos, para asimilarlos en las diversas expresiones y sentimientos que ser\u00e1n despu\u00e9s puestos al servicio del consumo humano. Estos adelantos cient\u00edficos ser\u00edan as\u00ed coloreados con las pasiones humanas, y transformados, de alguna forma, en la sangre, y por qu\u00e9 no, los sentimientos de la naturaleza humana. Posiblemente, de haberlo hecho, el grado general de conocimiento ser\u00eda mayor.<\/p>\n

S\u00f3lo uno de cada tres puede definir una mol\u00e9cula o nombrar a un solo cient\u00edfico vivo. De veinticinco licenciados escogidos al azar en la ceremonia de graduaci\u00f3n de Harvard, s\u00f3lo dos pudieron explicar por qu\u00e9 hace m\u00e1s calor en verano que en invierno. La respuesta, dicho sea de paso, no es “porque el Sol est\u00e1 m\u00e1s cerca”; no est\u00e1 m\u00e1s cerca. El eje de rotaci\u00f3n de la Tierra est\u00e1 inclinado, as\u00ed que cuando el hemisferio norte se inclina hacia el Sol, los rayos son m\u00e1s perpendiculares a la superficie, y la mitad del globo disfruta del verano. Al otro hemisferio llegan rayos oblicuos: es invierno. Es triste ver c\u00f3mo aquellos graduados de Harvard pod\u00edan ser tan ignorantes. \u00a1Aqu\u00ed los tenemos con faltas de ortograf\u00eda!<\/p>\n

Por supuesto, hay momentos brillantes en los que la gente se sorprende. Hace a\u00f1os, en una l\u00ednea de metro de Manhattan, un hombre mayor se las ve\u00eda y deseaba con un problema de c\u00e1lculo elemental de su libro de texto de la escuela nocturna; no hac\u00eda m\u00e1s que resoplar. Se volvi\u00f3 desesperado hacia el extra\u00f1o que ten\u00eda a su lado, sentado junto a \u00e9l, y le pregunt\u00f3 si sab\u00eda c\u00e1lculo. El extra\u00f1o afirm\u00f3 con la cabeza y se puso a resolverle al hombre el problema. Claro que no todos los d\u00edas un anciano estudia c\u00e1lculo en el metro al lado del f\u00edsico te\u00f3rico ganador del Nobel T. D. Lee.<\/p>\n

Leon Lederman cuenta una an\u00e9cdota parecida a la del tren, pero con final diferente. Sal\u00eda de Chicago en un tren de cercan\u00edas cuando una enfermera subi\u00f3 a \u00e9l a la cabeza de un grupo de pacientes de un hospital psi<\/a>qui\u00e1trico local. Se colocaron a su alrededor y la enfermera se puso a contarlos: “uno, dos tres…”. Se qued\u00f3 mirando a Lederman y pregunt\u00f3 “\u00bfqui\u00e9n es usted?”; “soy Leon Lederman” – respondi\u00f3 – “ganador del premio Nobel y director del Fermilab”. Lo se\u00f1al\u00f3 y sigui\u00f3 tristemente “s\u00ed, cuatro, cinco, seis…”. Son cosas que ocurren a los humanos; \u00a1tan insignificantes y tan grandes! Somos capaces de lo mejor y de lo peor. Ah\u00ed tenemos la historia para ver los ejemplos de ello.<\/p>\n

Pero ahora m\u00e1s en serio, es necesario preocuparse por la incultura cient\u00edfica reinante, entre otras muchas razones porque la ciencia, la t\u00e9cnica y el bienestar p\u00fablico est\u00e1n cada d\u00eda m\u00e1s conectados. Y, adem\u00e1s, es una verdadera pena perderse la concepci\u00f3n del mundo que, en parte, he plasma<\/a>do en estas p\u00e1ginas. Aunque aparezca incompleta, se puede vislumbrar que posee grandiosidad y belleza, y va asom\u00e1ndose ya su simplicidad.<\/p>\n

“El proceso de la ciencia es el descubrimiento a cada paso de un nuevo orden que d\u00e9 unidad a lo que desde hac\u00eda tiempo parec\u00eda desunirlo.<\/p>\n

Es lo que hizo Faraday cuando cerr\u00f3 el v\u00ednculo que uni\u00f3 la electricidad y el magnetismo.<\/p>\n

Es lo que hizo Clerk Maxwell cuando uni\u00f3 aqu\u00e9lla y \u00e9ste con la luz.<\/p>\n

Einstein<\/a> uni\u00f3 el tiempo y el espacio, la masa a la energ\u00eda y relacion\u00f3 las grandes masas cosmol\u00f3gicas con la curvatura y la distorsi\u00f3n del tiempo y el espacio para traernos la gravedad en un teor\u00eda moderna; y dedic\u00f3 los \u00faltimos a\u00f1os de su vida al intento de a\u00f1adir a estas similitudes otra manera nueva y m\u00e1s avanzada, que instaurara un orden nuevo e imaginativo entre las ecuaciones de Maxwell y su propia geometr\u00eda de la gravitaci\u00f3n.<\/p>\n

Cuando Coleridge intentaba definir la belleza, volv\u00eda siempre a un pensamiento profundo: la belleza, dec\u00eda, es la “unidad de la variedad”.<\/p>\n

La ciencia no es otra cosa que la empresa de descubrir la unidad en la variedad\u00a0 desaforada de la naturaleza, o m\u00e1s exactamente, en la variedad de nuestra experiencia que est\u00e1 limitada por nuestra ignorancia.”<\/p><\/blockquote>\n

Hay muchas cosas que no podemos controlar, sin embargo, algo dentro de nosotros, nos env\u00eda mensajes sobre lo que podr\u00eda ser importante para que nos fijemos mejor y continuemos profundizando.<\/p>\n

Para comprender mejor el panorama, hagamos una excursi\u00f3n hasta la astrof\u00edsica; hay que explicar por qu\u00e9 la f\u00edsica de part\u00edculas y la astrof\u00edsica se han fundido no hace muchos a\u00f1os, en un nivel nuevo\u00a0 de intimidad, al que alguien llam\u00f3 la conexi\u00f3n espacio interior\/espacio exterior.<\/p>\n

Mientras los expertos del espacio interior constru\u00edan aceleradores, microscopios cada vez m\u00e1s potentes para ver qu\u00e9 pasaba en el dominio subnuclear, los colegas del espacio exterior sintetizaban los datos que tomaban unos telescopios cada vez m\u00e1s potentes, equipados con nuevas t\u00e9cnicas cuyo objeto era aumentar su sensibilidad y la capacidad de ver detalles finos. Otro gran avance fueron los observatorios establecidos en el espacio, con sus instrumentos para detectar infrarrojos, ultravioletas, rayos X<\/a> y rayos gamma<\/a>; en pocas palabras, toda la extensi\u00f3n del espectro electromagn\u00e9tico, muy buena parte del cual era bloqueado por nuestra atm\u00f3sfera opaca y distorsionadora.<\/p>\n

La s\u00edntesis de la cosmolog\u00eda de los \u00faltimos cien a\u00f1os es el modelo cosmol\u00f3gico est\u00e1ndar<\/em>. Sostiene que el universo empez\u00f3 en forma de un estado caliente, denso, compacto, hace unos 15.000 millones de a\u00f1os. El universo era entonces infinitamente, o casi infinitamente, denso; infinita, o casi infinitamente, caliente. La descripci\u00f3n “infinito” es inc\u00f3moda para los f\u00edsicos; los modificadores son el resultado de la influencia difuminadota de la teor\u00eda cu\u00e1ntica. Por razones que quiz\u00e1 no conozcamos nunca, el universo estall\u00f3, y desde entonces ha estado expandi\u00e9ndose y enfri\u00e1ndose.<\/p>\n

Ahora bien, \u00bfc\u00f3mo se han enterado de eso los cosm\u00f3logos? El modelo de la Gran Explosi\u00f3n (Big Bang<\/a>) naci\u00f3 en los a\u00f1os treinta tras el descubrimiento de que las galaxias (conjuntos de 100.000 millones de estrellas, aproximadamente) se estaban separando entre s\u00ed, descubrimiento hecho por Edwin Hubble<\/a>, que andaba midiendo sus velocidades en 1.929.<\/p>\n

Hubble<\/a> ten\u00eda que recoger de las galaxias lejanas una cantidad de luz que le permitiera resolver las l\u00edneas espectrales y compararlas con las l\u00edneas de los mismos elementos de la Tierra. Cay\u00f3 en la cuenta de que todas las l\u00edneas se desplazaban sistem\u00e1ticamente hacia el rojo. Se sab\u00eda que una fuente de luz que se aparta de un observador hace justo eso. El desplazamiento hacia el rojo<\/em> era, de hecho, una medida de la velocidad relativa de la fuente y del observador.<\/p>\n

M\u00e1s tarde, Hubble<\/a> hall\u00f3 que las galaxias se alejaban de \u00e9l en todas las direcciones; esto era una manifestaci\u00f3n de la expansi\u00f3n del espacio. Como el espacio expande las distancias entre todas las galaxias, la astr\u00f3noma Hedwina Knubble, que observase desde el planeta Penunbrio en Andr\u00f3meda, ver\u00eda el mismo efecto o fen\u00f3meno: las galaxias se apartar\u00eda de ella.<\/p>\n

Cuanto m\u00e1s distante sea el objeto, m\u00e1s deprisa se mueve. Esta es la esencia de la ley de Hubble<\/a>. Su consecuencia es que, si se proyecta la pel\u00edcula hacia atr\u00e1s, las galaxias m\u00e1s lejanas, que se mueven m\u00e1s deprisa, se acercar\u00e1n a los objetos m\u00e1s pr\u00f3ximos, y todo el l\u00edo acabar\u00e1 junt\u00e1ndose y se acumular\u00e1 en un volumen muy, muy peque\u00f1o, como, seg\u00fan se calcula actualmente, ocurr\u00eda hace 15.000 millones de a\u00f1os.<\/p>\n

La m\u00e1s famosa de las met\u00e1foras cient\u00edficas te pide que imagines que eres una criatura bidimensional, un habitante del Plano. Conoces el este y el oeste, el norte y el sur, pero arriba y abajo no existen; sacaos el arriba y debajo de vuestras mentes. Viv\u00eds en la superficie de un globo que se expande. Por toda la superficie hay residencias de observadores, planetas y estrellas que se acumulan en galaxias por toda la esfera; todo bidimensional. Desde cualquier atalaya, todos los objetos se apartan a medida que la superficie se expande sin cesar. La distancia entre dos puntos cualesquiera de este universo crece. Eso es lo que pasa, precisamente, en nuestro mundo tridimensional. La otra virtud de esta met\u00e1fora es que, en nuestro universo, no hay ning\u00fan lugar especial. Todos los sitios o puntos de la superficie sin democr\u00e1ticamente iguales a todos los dem\u00e1s. No hay centro; no hay borde. No hay peligro de caerse del universo. Como nuestra met\u00e1fora del universo en expansi\u00f3n (la superficie del globo) es lo \u00fanico que conocemos, no es que las estrellas se precipiten dentro del espacio. Lo que se expande es que espacio que lleva toda la barah\u00fanda. No es f\u00e1cil visualizar una expansi\u00f3n que ocurre en todo el universo. No hay un exterior, no hay un interior. S\u00f3lo hay este universo, que se expande. \u00bfEn qu\u00e9 se expande? Pensad otra vez en vuestra vida como habitante del Plano, de la superficie del globo: en nuestra met\u00e1fora no existe nada m\u00e1s que la superficie.<\/p>\n

Dos consecuencias adicionales de gran importancia que tiene la teor\u00eda del Big Bang<\/a> acabaron por acallar la oposici\u00f3n, y ahora reina un considerable consenso. Una es la predicci\u00f3n de que la luz de la incandescencia original (presuponiendo que fue muy caliente) todav\u00eda est\u00e1 a nuestro alrededor, en forma de radiaci\u00f3n remanente. Recordad que la luz est\u00e1 constituida por fotones<\/a>, y que la energ\u00eda de los fotones<\/a> est\u00e1 en relaci\u00f3n inversa con la longitud de onda. Una consecuencia de la expansi\u00f3n del universo es que todas las longitudes se expanden. Se predijo, pues, que las longitudes de onda, originalmente infinitesimales, como correspond\u00eda a unos fotones<\/a> de gran energ\u00eda, han crecido hasta pertenecer ahora a la regi\u00f3n de las microondas, en la que las longitudes son unos pocos mil\u00edmetros.<\/p>\n

En 1.965 se descubrieron los rescoldos del Big Bang<\/a>, es decir, la radiaci\u00f3n de fondo de microondas. Esos fotones<\/a> ba\u00f1an el universo entero, y se mueven en todas las direcciones posibles. Los fotones<\/a> que emprendieron viaje hace miles de millones de a\u00f1os cuando el universo era m\u00e1s peque\u00f1o y caliente, fueron descubiertos por una antena de los laboratorios Bell en Nueva Jersey.<\/p>\n

As\u00ed que el descubrimiento hizo imprescindible medir la distribuci\u00f3n de las longitudes de onda, y se hizo. Por medio de la ecuaci\u00f3n de Planck, esta medici\u00f3n de la temperatura media de lo que quiera (el espacio, las estrellas, polvo, un sat\u00e9lite, los pitidos de un sat\u00e9lite que se hubiese colado ocasionalmente) que haya estado ba\u00f1\u00e1ndose en esos fotones<\/a>.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

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