Hace
unos cuantos años, la teoría de la relatividad era algo que se decía
"es muy complicado, muy pocos lo entienden...". Hoy resulta que todo el
mundo la conoce, opina y sabe sobre ella,en la cola de la verdulería,
mientras se barre la vereda o en cualquier película de cine o TV se
menciona, como cosa de todos los días. Pero realmente, quien sabe qué
es, para qué sirve, como se aplica, porqué existe?. Me atrevo a decir
que muy, pero muy pocos, los demás hablan "de oídas", y lo peor de
todos, que muchos d esos que hablan "de oídas" son maestros, profesores y
hasta investigadores que no terminaron de entenderla y están tratando
de explicarla a otros!. Vamos a ver si podemos derrumbar ese mito, que
al final es menos complejo de lo que parece: La verdadera complejidad la
crea la gente que no la entiende y le "inventa y agrega misterios".
Porqué aparece la teoría de la relatividad?
Que todo movimiento es relativo, no es nada nuevo, lo enunció ya Galileo
Galilei hace más de 4 siglos, y nadie lo pone en duda: Camino a 3
kilómetros por hora, sobre el pasillo de un tren que se mueve respecto a
la tierra a 60 km/hora, y la tierra gira en su órbita a... etc, etc....
Eso no puede crear dudas, ni es la base de ningún secreto. El mismo
Galileo mide por primera vez la velocidad del sonido e intenta medir la
de la luz: Con el sonido lo logra, con la luz y sus métodos primitivos,
no. Pero el mismo, en su gran perspicacia, deja constancia que "tiene
que ser muy alta, pero no puede ser infinita". Pasan los años y los
siglos, y los intentos de medir la velocidad de la luz tienen éxitos y
fracasos, de nuevo, saben que no es infinita, pero es tan alta que no
pueden medir su velocidad con mediana precisión siquiera.
Hasta que el el año 1887 dos científicos:
Michelson
y Morley, fabrican (o inventan, como quieran), un aparato que permite
medir la velocidad de la luz con buena precisión.
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El "éter"
(sustancia misteriosa que llena todo el espacio
y está fijo a él, algo así como el aire a la tierra) |
Y
son gente muy pero muy cuidadosa: Plantean lo mismo que dijimos antes
sobre la persona que camina sobre el tren: Y llegan sin dudarlo a la
conclusión que como la tierra se mueve respecto al sol, y el sol
respecto al universo, la velocidad de la luz debe ser distinta cuando la
velocidad de la tierra se suma a la de la luz a que cuando se resta.
Entonces, como gente muy precavida, deciden hacer 4 mediciones, con tres
meses de separación: de esa forma suponen obtener cuatro resultados,
con 4 adiciones vectoriales distintas de las velocidades, y allí con un
simple cálculo trigonométrico, sacar la verdadera velocidad de la luz.
A la segunda medición, comenzaron las preocupaciones: el mismo valor de
la primera!. Hacen todas las mediciones, y las repiten hasta el
cansancio: Siempre la velocidad de la luz es la misma!. La lógica dice
"imposible"!!. Las explicaciones son cada una más absurda que la otra:
-La tierra, como se suponía desde la antiguedad, es el centro del
universo, entonces no hay velocidad para sumar o restar.
-El "éter" (sustancia misteriosa que llena todo el espacio y está fijo a
él, algo así como el aire a la tierra), Sería "arrastrado" por la
Tierra. Eso explica la velocidad, pero crea mil inconvenientes nuevos:
Porqué el éter si es arrastrado no frena la tierra por rozamiento?.
Además, haciendo algunos números,el éter, sustancia casi intangible,
debería ser más rígido que el vidrio o el acero para permitir esa
velocidad a la luz!. También absurdo.
Para que los números "cierren", Lorentz , destacado físico de la época,
hizo una ecuación (la transformación de Lorentz), donde aplica su
"formulita" a la distancia que se comprime y al tiempo que se alarga y
hace que los números de Michelson y Morley coincidan. Pero es solamente
un "artilugio matemático".
La situación de la física de esos primeros años del siglo XX era
sencillamente desesperada!. Por siglo se intentó medir la velocidad de
la luz. Ahora que se logró, nadie era capaz de explicar esos resultados
con mediana lógica!
Y Entonces acá aparece Einstein en escena y hace algunos planteos, que
serán revolucionarios pero que también suenan un tanto absurdos:
-Si no podemos medir ni ver al éter de ninguna forma, podemos suponer
que NO EXISTE! (*)
-Como las mediciones de la velocidad de la luz dieron el mismo resultado
en cualquier dirección, suponemos que la velocidad de la luz en el
vacío ES UNA CONSTANTE UNIVERSAL que llamaremos "C".
-Si el éter no existe, podemos dar por sentadas y reales las
transformaciones del tiempo y el espacio planteadas por Lorentz en su
ecuación: O sea que al acercarnos a la velocidad de la luz, las
distancias se acortan y los tiempos se alargan.
-Y una pequeña pero importante suposición: La cantidad de movimiento
(producto de la masa por la velocidad), se mantiene pese a la
transformación de Lorentz. Podría haberse elegido también que se
mantuviese la energía cinética, pero con el mantenimiento de la cantidad
de movimiento, las ecuaciones resultaban más simples, y se partió de la
base de que "Lo más simple tiene que ser lo correcto". Dios nos libre
que se hayan equivocado, porque tenemos que volver a 1904 y rehacer
todos los cálculos!.
Hasta acá todo perfecto: Se logra explicar en forma elegante y sencilla
porqué
Michelson y Morley obtuvieron
ese resultado para la velocidad de la luz.
Pero aquí aparecen algunos problemas, como en todo en esta vida, y el
intento de solucionarlos, lleva a la edificación de la pirámide inversa
más grande de la historia: Sobre el intento de explicar los extraños
resultados de un experimento para medir la velocidad de la luz,
experimento del tamaño de un grano de mostaza, se cimentará toda una
teoría que será la pirámide más grande que se pueda imaginar:
-La luz se suponía que viajaba como "una vibración del éter". Si no
existe más el éter, como viaja la luz?. El ingenio humano nos dice
entonces "Si no hay éter que vibre, la luz tienes que ser partículas": Y
ahí nacen los FOTONES: Partículas que llevan la luz!.Pero queda otro
pequeño problema: Se puede comprobar que la luz viaja como partícula.
Exito!, pero también se puede comprobar, y realmente lo hace, que la luz
viaja como "onda vibrante". De qué es la vibración?. Las respuestas a
eso son especulación hasta hoy en día
y se siguen y siguen haciendo experimentos para demostrar que la luz
viaja de una u otra forma: Pero esta a esta luz cabezadura le sigue
gustando viajar de las dos formas!
-Si son válidas las expresiones de Lorentz, que al acercarse a la
velocidad de la luz el tiempo se ralentiza y las distancias se alargan,
nos queda por sacar una sola conclusión: El tiempo y el espacio están
íntimamente relacionados, ya que el tamaño de uno es inversamente
proporcional
al tamaño del otro!: Conclusión, de haber tenido un tiempo y un espacio
separados, ahora una fórmula nos dice que tenemos un "Espaciotiempo":
El tiempo y el espacio son, en definitiva, distintas expresiones de la
misma cosa!.
-Si la luz ya no es una onda, si no que es una partícula, cuando la luz
se absorbe por alguna materia, esa materia está recibiendo un "agregado
de algo": Se le agrega energía!. Como conclusión a esto, y partiendo de
la premisa que "nada se crea ni se destruye, si no que todo se
transforma", cuando un fotón desaparece absorbido por una masa de
materia, no queda más remedio que el nivel de energía de esa materia
aumente, y de qué forma?. Por supuesto, aumentando su masa!. A qué
conclusión nos lleva esto?: Materia y energía tienen que ser
forzosamente distintas expresiones de la misma cosa!. De aquí surge la
famosa fórmula E = m C2: es lo que se llama un "postulado": se propone,
carece de toda demostración, pero al menos posee la virtud de haber
sido comprobada en la práctica su validez. Este es realmente un gran
punto a favor: No sabemos exactamente como sale, pero si sabemos por
experimentación que es real!.
Hasta aquí estamos con lo que se conoce como la "Teoria de la
relatividad restringida": Es restringida, porque analiza cuerpos
moviéndose a velocidad constante solamente. Esta teoría luego se amplía a
lo que se llama "Teoría de la relatividad general", que incluye los
cuerpos en proceso de aceleración y por lo tanto la gravedad. Para que
no se le haga al lector tan largo y pesado, queda para el siguiente
capítulo.
Hasta acá podemos sacar una serie de conclusiones:
-Como habrán podido leer, no es nada tan "misterioso y extraño": Lo
hacen misterioso y extraño todos los que hablan del tema conociendo muy
poco!
-Fue redactada para solucionar un problema particular, el de la
velocidad de la luz constante, y luego se empezó a aplicar en todos los
órdenes: aquí es donde aparecen problemas, ya que en esas aplicaciones
se confía ciegamente en la "extrapolación matemática", que sería algo
así como decir "ayer llovió, hoy llueve, así que mañana saldré con
paraguas", y resulta que mañana es un día de Sol!.
La gran mayoría de los físicos se olvida, y la gente muchas veces no lo
sabe, que las matemáticas son una HERRAMIENTA DE TRABAJO:Al hombre
primitivo para contar sus ovejas, al verdulero le sirven para calcular
el monto de su venta, al astrónomo para calcular la órbita de un cometa,
al banquero para saber el interés de una deuda, pero resulta que
muchos físicos se olvidan de eso y la usan como "Oráculo de predicción":
Nada más errado!. Que la relatividad funciona perfectamente bien para
lo que mencionamos, no hay dudas, pero a partir de esa ecuación tratar
de deducir que pasa si viajamos a la velocidad de la luz, es una gran
tontería: Un buen matemático les dirá que hay funciones que no son
continuas, o que son "seccionalmente continuas", o sea que sirven dentro
de determinado rango, y aquí muchas veces se trata de aplicarlas fuera
de él. Desgraciadamente así ocurrió con la relatividad. Se la aplicó
matemáticamente fuera de su rango de validez y se empezaron a sacar
conclusiones extrañas, pero esto será tema para otro nuevo capítulo:
"Los errores provocados por el mal uso de las matemáticas"..................................................
NOTAS(*) Pero hoy en dia se plantea la existencia del "vacío cuántico", o la
"espuma cuántica", que al fin y al cabo sería más o menos lo mismo que
el éter!
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