| Escrito por Alemania,
on 04-03-2007 12:31
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Publicado el : Artículos, ¿El Areópago piensa? |
¿Ha visto usted un agujero negro pero no se atreve a contarlo porque no entiende la solución de Schwartzchild? ¿Cree que todo es relativo, pero no sabe como relativizar esta cuestión? ¿Las supercuerdas le tienen superatado? A nosotros también, la verdad.
Está bien que las cosas empiecen con una explicación. Es incluso necesario si “la cosa” versa sobre dar explicaciones, de manera que empezaré por ahí. Este es el primero de una serie de artículos que van a tratar sobre esas cuestiones de la física que en realidad nadie entiende muy bien.
La intención es explicar algo para que cualquiera lo pueda entender. Y cuando digo cualquiera, me refiero a cualquiera. Si, ya se que eres de letras, ya sé que has llegado hasta aquí poniendo en Google “tetas relativamente grandes”, y también sé que tú, el de más allá, ni siquiera sabe leer castellano, pero aun así insisto. Yo creo que los fundamentos de las teorías complicadas de la física moderna no son seres extraterrestres ni trucos de magia solo aptos para expertos expertísimos. De manera que si algo no queda claro, si algún concepto no tiene sentido o si un párrafo contradice al anterior, abajo del todo debería haber un enlace a la discusión, donde estaré encantado de tratar de explicar alguna cosa de una manera diferente. A ver si acabamos con el mito ese de que solo sabemos que no sabemos nada. Todas las opiniones y comentarios serán bienvenidas, incluso las críticas. Solo se requiere interés.
Así pues, vamos con un pregunta que, pareciendo sencilla, creo que encierra gran parte de lo que la teoría general de la relatividad significa.
Lección 1: Alemania, a ver si me aclaras.
Pregunta: Cuando hablan de la geometría del espacio no entiendo lo que quieren decir. ¿Cual es la geometría del espacio “inicial” que se deforma”. Deformar quiere decir cambiar de forma, luego existe una forma inicial que luego se cambia y se convierte en otra. ¿Cual es esa forma inicial?
Respuesta: La respuesta sencilla a esta pregunta es que la forma inicial del espacio, la que se supone que este tendría en ausencia total de la fuerza de la gravedad es lo que se puede llamar “geometría euclidiana”. El espacio euclidiano es el que tenemos en la cabeza, el que entendemos como normal, con sus tres ejes (o tres dimensiones) perpendiculares dos a dos. En este espacio se representa la posición de una partícula usando tres números que corresponden a las coordenadas x,y,z.(1)
Claro, que el espacio tal y como se suele entender hoy por hoy ya no es solo espacio, es espacio-tiempo. ¿Dónde está el tiempo en la geometría euclidiana? Bueno, dibujar un objeto 4D es tremendamente complicado. Una manera de evitar esta complicación y dibujar algo que se entienda es trabajar solo con una de las tres coordenadas espaciales y entonces podemos dibujar el tiempo como perpendicular a esta coordenada. El dibujo intenta ilustrar lo explicado en estos dos párrafos.
El espacio 3D con una geometría “normal” a la izquierda y una representación de una partícula y su trayectoria a lo largo del espacio-tiempo.
¡Menuda coincidencia! ¿No? Estoy diciendo que la geometría natural del universo, la que este tiene cuando no está deformado es igual a la que para nosotros es “lo normal”. Nuestro cerebro, por lo tanto, es capaz de ver el universo de una manera que nuestros sentidos nunca serán capaces (porque el universo se deforma cuando hay energía en él y la única manera de ver algo es usando luz… que es energía; y, claro, cualquier otra forma de sentir cómo es el universo –oído, olfato, tacto, gusto- también requiere que haya energía o masa y por tanto deformación).
Más de una vez he oído que este tipo de casualidades no existen en ciencia y que donde hay una casualidad debe haber una explicación y, a menudo, una ley fundamental de la naturaleza. En este caso, esa ley es la teoría general de la relatividad.
Veamos:
La explicación sencilla es que los seres humanos habitamos un planeta que es incomprensiblemente grande para nuestro propio tamaño. Para nosotros, la gravedad no es una fuerza que nos atraiga hacia el centro del planeta, es una fuerza que nos atrae hacia abajo. Esto permite a nuestro cerebro olvidarse de intentar entender el mundo que nos rodea como de verdad es (un espacio curvado por la presencia de energía) y concebirlo de una manera mucho más sencilla: como un espacio completamente plano con una fuerza, absolutamente inexplicable, que hace que las cosas caigan al suelo. Lo cierto es que si tuviéramos el tamaño de una montaña o viajáramos a velocidades muy grandes, los efectos de la relatividad general se notarían y otro gallo nos cantaría.
Los simpáticos terrícolas sufren una fuerza de la gravedad prácticamente igual, tanto que cualquier aparato de medida será incapaz de medir la diferencia (cualquier diferencia será debida, sin duda, a los inevitables errores en la medida). Para el monstruo devorador de planetas, la historia es bien diferente y si pretende llegar lejos devorando, más le vale saber un poco de relatividad general.
Einstein hizo uso de un postulado para darle forma a su teoría. Luego le metió unas cuantas ecuaciones que ni él entendía (o eso dicen algunos, desde luego no fue él el que encontró ninguna de las soluciones conocidas hasta hoy) y a finalmente se puso a soltar frases para la posteridad, en una curiosa competición espacio-temporal con Winston Churchill nunca antes vista…
El postulado de Einstein, que en realidad no era suyo, es conocido como el “principio de equivalencia” y se llama así porque lo que dice es que las leyes físicas deben ser iguales (equivalentes) en todos los sistemas de referencia. Hay varias formas de aplicar esta idea, entre las cuales nos encontramos con estos dos:
-Los objetos en caída libre son los que están en verdaderos sistemas inerciales.
-Un sistema sometido a una fuerza de la gravedad de dirección y magnitud constantes es equivalente a otro que sufre una aceleración constante.
La primera frase se puede entender si pensamos en nuestros amiguitos de la ISS y sus paseos espaciales. Los objetos en el espacio no están “aguantados” por la superficie de la Tierra, de manera que, como están atraídos por esta, se encuentran en un estado de caída libre o, dicho de otra manera, están cayendo hacia la Tierra todo el rato, como una pelota lanzada desde un edificio (con la diferencia de que, salvo que algún idiota calcule en millas marinas e introduzca millas terrestres en los ordenadores, la ISS nunca acabará de caer). Pues bueno, en la tele siempre nos dicen que en el espacio los astronautas están en un estado “de gravedad cero”, que suena a que no hay gravedad. Lo cierto es que sí hay gravedad, pero esta no se nota. Caerse no es lo grave, lo grave es encontrarse con el suelo.
La segunda frase es como decir que, si la dirección de la gravedad es la misma en un trozo del espacio (como lo es alrededor nuestro), ese trozo del espacio se podría sustituir por otro sin gravedad pero que se acelera constantemente hacia arriba. Intercambiamos gravedad por un suelo que nos empuja.
Nuestro científico afroamericano demuestra que, mientras las observaciones se limiten al entorno más próximo, los experimentos en el interior de un ascensor en medio de una pradera y de otro propulsado por el espacio dan resultados completamente indistinguibles.
Einstein, por tanto, vino a decir que si estamos hablando de física en escalas humanas y tamaños no mucho más grandes que un edificio, una ciudad o una región, donde la gravedad es más o menos constante en dirección y magnitud, lo mismo podemos hablar de gravedad que de que toda esa región esté metida dentro de un ascensor acelerándose. En ambos casos, las predicciones de las leyes de la física deberían ser exactamente iguales.
Muy bien Alemania. Nos hemos perdido y no entendemos de qué cojones nos estás hablando. Has empezado hace un rato diciendo que había una coincidencia increíble para que a nosotros nos pareciera normal el espacio que, de hecho, es el normal. Y has acabado proponiendo meter a las diferentes realidades nacionales en ascensores…
Sí, sí, ya me he dado cuenta. Recapitulemos un poco. Tenemos por una parte que el espacio inercial, el normal, el que nos encontramos tanto en Marte como en Orión o incluso un poco más allá de Andrómeda, es el que está en “caída libre”. Por otra tenemos que nosotros, que no estamos en caída libre, lo mismo podríamos estar metidos en un ascensor y no nos daríamos cuenta. La pregunta es ¿Qué espacio “veríamos” si no metiéramos la gravedad en él? o ¿Cómo sería el mundo alrededor nuestro si pensáramos que la gravedad no lo modifica, que la gravedad es solo un añadido? La respuesta es sencilla, porque hasta que vino Einstein la física razonaba dando por sentada esa pregunta. El espacio, en ausencia de gravedad, es plano, como he explicado al principio del todo. Hasta 1916 el espacio fue siempre plano y solo a partir de ahí hemos pensado que en realidad el espacio está o puede estar curvado. Pero una cosa es que podamos razonar y otra que nuestro cerebro lo entienda.
En mi opinión y por mi experiencia, ni siquiera la gravedad tiene mucho sentido. Nos acostumbramos a ella, pero cuando viene un profesor de física y nos dice que eso es porque la Tierra nos atrae no le mandamos a la mierda más por respeto a lo que no entendemos que por que estemos de acuerdo. Está bien que 2000 años de ciencia nos hayan acabado dando la razón.
Si no hubiera gravedad, el espacio sería plano. Como nuestro cerebro no puede entender que la gravedad forme parte del espacio, la quita de él (para luego añadirla como una experiencia adquirida a base de hostias y moratons) y ¿qué le queda? Un espacio plano.
Por supuesto, el verdadero espacio en el que vivimos es casi plano y por eso tenemos un cerebro que se ha podido permitir pensar que es plano. Quizás si hubiéramos evolucionado en las proximidades de un enorme agujero negro, o en algún sistema doble con un pulsar alterando nuestro espacio-tiempo, o si fuéramos una raza de devoradores de planetas pensaríamos de otra manera. Pero entonces esta explicación, o su equivalente, sería cosa de 1º de parvulitos.
En la próxima entrega, trataré de explicar qué es eso de la deformación del espacio-tiempo, que eso sí que suena raro-raro.
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(1) En realidad no es una geometría euclidiana, es una geometría cartesiana, pues fue Descartes el que introdujo el sistema de las tres coordenadas. Pero yo entiendo que es Euclides el que define la geometría, aunque el formalismo más cómodo sea el cartesiano. A efectos de este texto, creo que cartesiano y euclidiano son intercambiables. Aunque claro, yo de relatividad todavía, pero de geometría no tengo ni idea. |
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