CIENCIA
La relatividad, un siglo después de su descubrimiento
HUBERT KRIVINE
Domingo 15 de noviembre de 2015
Lo que más admiro en vuestro arte (dice Albert Einstein a Chaplin) es su universalidad. No decís ni una palabra y, sin embargo, todo el mundo os entiende. Es cierto, replica Chaplin. Pero vuestra gloria es mayor aún: el mundo entero os admira, mientras que nadie os entiende.
La relatividad especial tiene ahora 110 años y la de la relatividad general, un siglo; también este diálogo atribuido a Einstein y Chaplin ha envejecido un poco: hoy la teoría de la relatividad (especial) se enseña a todos los estudiantes de ciencia, lo que llega a abarcar a algunos miles de millones de personas en el mundo.
A semejanza de la mecánica cuántica, la relatividad ha sido concebida con el objetivo de explicar algunas paradojas teóricas o experimentales a las que estaba confrontada la ciencia “clásica”. No para fabricar laser o bombas. Resulta llamativo observar que la respuesta a estas preocupaciones, que no implicaban más que a una pequeña franja de físicos, en menos de cincuenta años, iba a afectar a toda la humanidad. Miles de millones de personas se sirven –es verdad que sin ser conscientes de ello- de la teoría de la relatividad general: los utilizadores de GPS en su teléfono móvil.
La relatividad especial enseña cuatro cosas relacionadas, fáciles de exponer (pero no necesariamente de comprender), que se indican en el cuadro del final del artículo.
En cuanto a la relatividad general, es difícil de exponer y todavía más de entender. La costumbre para vulgarizar es decir que ella describe un espacio-tiempo que está deformado por la presencia de masas. ¿Es ello comprensible?/1.
Un cronista “cultural” de televisión ha osado contar sobre la A2 que “El objetivo de la relatividad general no era sólo la construcción de la bomba atómica/2”. En otras palabras, que Einstein ¡no era sólo un asesino! Nada más estúpido: en 1915 se estaba a mil leguas de la idea de una bomba semejante, pero sobre todo la teoría de la relatividad es simplemente (con la mecánica cuántica) la base de toda la física moderna. ¡Su objetivo era sólo ayudar a entender el mundo!
Esta comprensión no está ni finalizada, ni probablemente sea finalizable. Se sabe, por observaciones astronómicas, que el universo está en expansión, es decir que ha emergido hace largo tiempo (más de 13 mil millones de años) de un origen de dimensión microscópica: el Big Bang. Ello se sabe volviendo hacia atrás mediante las ecuaciones de relatividad que rigen su evolución. Pero cuando se vuelve demasiado hacia atrás se llega a un universo de tal forma contraído y caliente que es necesario, para describirlo correctamente, disponer de una teoría cuántica de la gravedad. De la que no se dispone en la actualidad.
Sigue habiendo dos enigmas: a) Los movimientos de las estrellas en los brazos de las galaxias no son explicables por las leyes de la gravedad, incluso relativistas, más que si se supone la presencia de una enorme cantidad de materia no vista. Esta materia “negra”, desconocida, representaría al menos el 80% de la materia del universo; y b) La expansión del universo iría acelerándose y ello solo se podría explicar por la existencia igualmente hipotética de una energía “negra” que representaría el 90 % de la energía total del universo. En resumen, ¡más del 90 % de la energía y la masa nos serían completamente desconocidas!
Querríamos sacar dos conclusiones de esta presentación de la relatividad.
1- La relatividad no es contradictoria con la física habitual (la de Newton, que se enseña en la escuela). Solo la hace aparecer como un caso particular, válido (e incluso completamente suficiente) con las velocidades, distancias y masas usuales. Aunque se ignora, sus aplicaciones están presentes en todos los lugares. Además, ha permitido una reflexión completamente nueva sobre el tiempo y el espacio.
2- Nunca Einstein habría podido financiar sus investigaciones con los métodos de hoy, es decir con proyectos a corto plazo, que finalicen con resultados previsibles de patentes.
Repitámoslo: no ha habido nunca progreso importante en la teoría, incluso en matemáticas, que no haya tenido gran repercusión en la sociedad. ¡Nos corresponde vigilar que esas repercusiones sean benéficas!
Cuadro
1-La velocidad de la luz es una constante absoluta de aproximadamente 300.000 km/s independiente de la velocidad del observador. Es paradójico, ya que si nos desplazamos en AVE a 300 km/h y se envía una señal luminosa hacia delante, se espera que se desplace a la velocidad de c+300 km/h en relación con el paisaje. No ocurre eso: la medida de la velocidad de la luz da siempre el mismo valor c, esté la fuente inmóvil o en movimiento. Tranquilicémonos: las velocidades débiles (pequeñas en relación con la de la luz) se agregan bien: si marchas a 5km/h en ese AVE, harás, como te sugiere tu intuición, 305 km/h en relación con el paisaje (¡aunque en teoría, habría en rigor que restar de ese resultado 5/100 de mil millonésimo km/h).
2-La famosa relación E=mc2. Expresa que toda masa posee un contenido energético, llamado energía de masa. Lo que quiere decir, por ejemplo, ¡que la desaparición de 1mg de materia crea una energía colosal de 20 millones de kilocalorías! De hecho toda producción de energía corresponde a una pérdida de materia y, recíprocamente, toda pérdida de materia corresponde a un desprendimiento de energía. Pero para energías “razonables”, las de la vida cotidiana, esa pérdida es insignificante y nunca se había medido: ¡para una kilocaloría valdría menos que un mil millonésimo de microgramo! Se podía pues creer que en las reacciones químicas, “nada se pierde, nada se crea”. Por el contrario, en las reacciones nucleares (fisión o fusión) las pérdidas de masa ya no son insignificantes y la energía liberada se convierte en colosal. Lo acredita el calor del Sol (o el de las bombas atómicas).
3-La inercia de un cuerpo no es idéntica a su masa, ella aumenta con su velocidad. Este punto es sutil. La inercia de un cuerpo caracteriza su resistencia a la puesta en movimiento. Su masa interviene en la ley de gravedad, en virtud de la cual las masas se atraen. Sucede que, a pequeñas velocidades, las dos magnitudes son idénticas. Pero cuando la velocidad de un móvil aumenta, su masa no cambia pero su inercia aumenta, de forma que cada vez es más difícil acelerarle. Como la inercia se convierte en infinita cuando la velocidad se aproxima a la velocidad de la luz, ésta resulta un límite insuperable. La velocidad de la luz solo puede ser alcanzada por cuerpos de masa nula: los fotones, que son los “granos” de luz que se propagan con ella.
3-Vivimos con la intuición de que el tiempo es universal: se desarrolla para todo el mundo de la misma forma, tanto en reposo como en movimiento. De hecho, ahí también, eso nos cierto más que cuando las velocidades en juego son pequeñas ante las de la luz. No hay tiempo absoluto: su medida depende de la velocidad del observador. Al límite, un fotón que se aleja de un reloj fijo a la velocidad de la luz no podría “ver” moverse a las agujas puesto que siempre le llega la misma señal. En cuanto a ustedes, alejándoos a velocidad más reducida, les veréis girar, pero más lentamente. Por supuesto, esa desaceleración es imperceptible a las velocidades usuales y por ello no había sido observada nunca. Ahora ha sido puesto ampliamente en evidencia, por ejemplo en los aviones que transportan relojes atómicos/3.
13/11/2015
http://alencontre.org/debats/la-relativite-un-siecle-apres-sa-decouverte.html
Notas:
1/ Ver por ejemplo sobre el Net, el artículo bastante pedagógico: “La relativité générale et la courbe de l’espace-temps”.
2/ Acreditando así para millones de telespectadores la idea de que la ciencia es responsable de arrojar la bomba sobre Hiroshima, ¡como si el descubrimiento del bacilo de la peste por Yersin fuese responsable de la guerra bacteriológica!
3/ Relojes de precisión inusitada: ¡error de menos de un segundo en 160 millones de años!
La relatividad especial tiene ahora 110 años y la de la relatividad general, un siglo; también este diálogo atribuido a Einstein y Chaplin ha envejecido un poco: hoy la teoría de la relatividad (especial) se enseña a todos los estudiantes de ciencia, lo que llega a abarcar a algunos miles de millones de personas en el mundo.
A semejanza de la mecánica cuántica, la relatividad ha sido concebida con el objetivo de explicar algunas paradojas teóricas o experimentales a las que estaba confrontada la ciencia “clásica”. No para fabricar laser o bombas. Resulta llamativo observar que la respuesta a estas preocupaciones, que no implicaban más que a una pequeña franja de físicos, en menos de cincuenta años, iba a afectar a toda la humanidad. Miles de millones de personas se sirven –es verdad que sin ser conscientes de ello- de la teoría de la relatividad general: los utilizadores de GPS en su teléfono móvil.
La relatividad especial enseña cuatro cosas relacionadas, fáciles de exponer (pero no necesariamente de comprender), que se indican en el cuadro del final del artículo.
En cuanto a la relatividad general, es difícil de exponer y todavía más de entender. La costumbre para vulgarizar es decir que ella describe un espacio-tiempo que está deformado por la presencia de masas. ¿Es ello comprensible?/1.
Un cronista “cultural” de televisión ha osado contar sobre la A2 que “El objetivo de la relatividad general no era sólo la construcción de la bomba atómica/2”. En otras palabras, que Einstein ¡no era sólo un asesino! Nada más estúpido: en 1915 se estaba a mil leguas de la idea de una bomba semejante, pero sobre todo la teoría de la relatividad es simplemente (con la mecánica cuántica) la base de toda la física moderna. ¡Su objetivo era sólo ayudar a entender el mundo!
Esta comprensión no está ni finalizada, ni probablemente sea finalizable. Se sabe, por observaciones astronómicas, que el universo está en expansión, es decir que ha emergido hace largo tiempo (más de 13 mil millones de años) de un origen de dimensión microscópica: el Big Bang. Ello se sabe volviendo hacia atrás mediante las ecuaciones de relatividad que rigen su evolución. Pero cuando se vuelve demasiado hacia atrás se llega a un universo de tal forma contraído y caliente que es necesario, para describirlo correctamente, disponer de una teoría cuántica de la gravedad. De la que no se dispone en la actualidad.
Sigue habiendo dos enigmas: a) Los movimientos de las estrellas en los brazos de las galaxias no son explicables por las leyes de la gravedad, incluso relativistas, más que si se supone la presencia de una enorme cantidad de materia no vista. Esta materia “negra”, desconocida, representaría al menos el 80% de la materia del universo; y b) La expansión del universo iría acelerándose y ello solo se podría explicar por la existencia igualmente hipotética de una energía “negra” que representaría el 90 % de la energía total del universo. En resumen, ¡más del 90 % de la energía y la masa nos serían completamente desconocidas!
Querríamos sacar dos conclusiones de esta presentación de la relatividad.
1- La relatividad no es contradictoria con la física habitual (la de Newton, que se enseña en la escuela). Solo la hace aparecer como un caso particular, válido (e incluso completamente suficiente) con las velocidades, distancias y masas usuales. Aunque se ignora, sus aplicaciones están presentes en todos los lugares. Además, ha permitido una reflexión completamente nueva sobre el tiempo y el espacio.
2- Nunca Einstein habría podido financiar sus investigaciones con los métodos de hoy, es decir con proyectos a corto plazo, que finalicen con resultados previsibles de patentes.
Repitámoslo: no ha habido nunca progreso importante en la teoría, incluso en matemáticas, que no haya tenido gran repercusión en la sociedad. ¡Nos corresponde vigilar que esas repercusiones sean benéficas!
Cuadro
1-La velocidad de la luz es una constante absoluta de aproximadamente 300.000 km/s independiente de la velocidad del observador. Es paradójico, ya que si nos desplazamos en AVE a 300 km/h y se envía una señal luminosa hacia delante, se espera que se desplace a la velocidad de c+300 km/h en relación con el paisaje. No ocurre eso: la medida de la velocidad de la luz da siempre el mismo valor c, esté la fuente inmóvil o en movimiento. Tranquilicémonos: las velocidades débiles (pequeñas en relación con la de la luz) se agregan bien: si marchas a 5km/h en ese AVE, harás, como te sugiere tu intuición, 305 km/h en relación con el paisaje (¡aunque en teoría, habría en rigor que restar de ese resultado 5/100 de mil millonésimo km/h).
2-La famosa relación E=mc2. Expresa que toda masa posee un contenido energético, llamado energía de masa. Lo que quiere decir, por ejemplo, ¡que la desaparición de 1mg de materia crea una energía colosal de 20 millones de kilocalorías! De hecho toda producción de energía corresponde a una pérdida de materia y, recíprocamente, toda pérdida de materia corresponde a un desprendimiento de energía. Pero para energías “razonables”, las de la vida cotidiana, esa pérdida es insignificante y nunca se había medido: ¡para una kilocaloría valdría menos que un mil millonésimo de microgramo! Se podía pues creer que en las reacciones químicas, “nada se pierde, nada se crea”. Por el contrario, en las reacciones nucleares (fisión o fusión) las pérdidas de masa ya no son insignificantes y la energía liberada se convierte en colosal. Lo acredita el calor del Sol (o el de las bombas atómicas).
3-La inercia de un cuerpo no es idéntica a su masa, ella aumenta con su velocidad. Este punto es sutil. La inercia de un cuerpo caracteriza su resistencia a la puesta en movimiento. Su masa interviene en la ley de gravedad, en virtud de la cual las masas se atraen. Sucede que, a pequeñas velocidades, las dos magnitudes son idénticas. Pero cuando la velocidad de un móvil aumenta, su masa no cambia pero su inercia aumenta, de forma que cada vez es más difícil acelerarle. Como la inercia se convierte en infinita cuando la velocidad se aproxima a la velocidad de la luz, ésta resulta un límite insuperable. La velocidad de la luz solo puede ser alcanzada por cuerpos de masa nula: los fotones, que son los “granos” de luz que se propagan con ella.
3-Vivimos con la intuición de que el tiempo es universal: se desarrolla para todo el mundo de la misma forma, tanto en reposo como en movimiento. De hecho, ahí también, eso nos cierto más que cuando las velocidades en juego son pequeñas ante las de la luz. No hay tiempo absoluto: su medida depende de la velocidad del observador. Al límite, un fotón que se aleja de un reloj fijo a la velocidad de la luz no podría “ver” moverse a las agujas puesto que siempre le llega la misma señal. En cuanto a ustedes, alejándoos a velocidad más reducida, les veréis girar, pero más lentamente. Por supuesto, esa desaceleración es imperceptible a las velocidades usuales y por ello no había sido observada nunca. Ahora ha sido puesto ampliamente en evidencia, por ejemplo en los aviones que transportan relojes atómicos/3.
13/11/2015
http://alencontre.org/debats/la-relativite-un-siecle-apres-sa-decouverte.html
Notas:
1/ Ver por ejemplo sobre el Net, el artículo bastante pedagógico: “La relativité générale et la courbe de l’espace-temps”.
2/ Acreditando así para millones de telespectadores la idea de que la ciencia es responsable de arrojar la bomba sobre Hiroshima, ¡como si el descubrimiento del bacilo de la peste por Yersin fuese responsable de la guerra bacteriológica!
3/ Relojes de precisión inusitada: ¡error de menos de un segundo en 160 millones de años!
