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miércoles, septiembre 28, 2005

No todo es relativo

"Todo es relativo". Esta es una frase que se suele atribuir a Einstein, debido a que fue el creador de las teorías conocidas como Relatividad Especial y Relatividad General. Y sin embargo, Einstein nunca dijo tal cosa. Es más, nunca podría haber dicho tal cosa, pues la Relatividad se basa precisamente en lo contrario: la velocidad de la luz en el vacío es absoluta.

¿Y por qué se llama así? Para entenderlo hay que remontarse bastante atrás en el tiempo, hasta la época de Galileo. Él fue el primero en postular un principio de relatividad, al que se le llama Relatividad de Galileo. Según este principio, se puede escoger cualquier sistema de referencia que se mueva de forma rectilínea y a velocidad constante, y suponer que esá en reposo, sin que las leyes físicas varíen, aplicando la llamada transformación de Galileo. A un sistema de referencia así se le denomina inercial.

¿Qué quiere decir esto? Supongamos que vamos en un tren, en línea recta y con velocidad constante (un buen tren, que no traquetee). A la hora de hacer cualquier observación o experimento (por ejemplo, lanzar un objeto en una dirección y ver qué ocurre), podemos establecer como sistema de referencia el tren. En este sistema, nosotros estaríamos en reposo, al igual que los asientos, las ventanillas, y el resto del tren. Los árboles, la tierra, caminos, carreteras, en resumen, todo el exterior, estaría en movimiento con respecto a nuestro sistema de referencia. Pero podemos escoger como referencia, un punto en la tierra. En este sistema, nosotros, los asientos, el tren, seríamos los que nos movemos, mientras que la tierra y los árboles, están en reposo. Según este principio de relatividad de Galileo, no importa qué referencia escojamos. Cualquier observación, cálculo o experimento físico, tendrá el mismo resultado.

Una aplicación práctica de este principio son los túneles de viento empleados para probar la aerodinámica de un vehículo. No importa si no hace viento y movemos el vehículo a 100 km/h, o si tenemos el vehículo en reposo y le dirigimos un chorro de aire a 100 km/h. El resultado es el mismo (y es mucho más cómodo y seguro tener el vehículo quieto).

Y es que este principio se basa en algo que todos conocemos de forma más o menos intuitiva. La velocidad es relativa. No podemos definir la velocidad de un cuerpo de forma absoluta, sino que siempre necesitamos un punto de referencia para hacerlo. En nuestra vida cotidiana, ese punto de referencia suele ser la Tierra, pero recordemos que nuestro planeta no está quieto, sino que gira sobre sí mismo y se mueve alrededor del Sol. Además, el Sol tampoco está quieto, sino que se mueve alrededor del centro de nuestra galaxia. Y nuestra Vía Láctea también se mueve a su vez.

Sin embargo, cuando se comenzó a comprender la naturaleza del electromagnetismo, y se crearon las famosas ecuaciones de Maxwell, se vio que este principio no se cumplía. Las ondas electromagnéticas parecían viajar a la misma velocidad, independientemente de la velocidad del observador. Si la relatividad de Galileo fuera correcta, un observador mediría una velocidad diferente de las ondas electromagnéticas, dependiendo de su propia velocidad, al igual que ocurre cuando vamos en coche. Si por ejemplo, viajamos a 90 km/h y un coche nos adelanta a 120 km/h, el otro coche se mueve a 30 km/h con respecto a nosotros. Pero con las ondas electromagnéticas no sucedía así. En el ejemplo del coche, imaginamos que aunque el otro coche viaje a 120 km/h (respecto a la carretera) y nosotros a 90 km/h, midiéramos su velocidad en 120 km/h con respecto a nosotros.

Lorentz fue uno de los primeros en postular que la velocidad de la luz era absoluta, y por tanto, el tiempo y el espacio se "deforman" con la velocidad del observador, creando su famosa transformación de Lorentz, que ya he comentado en los dos envíos anteriores. Pero necesitaba recurrir a la existencia de algo llamado éter: una sustancia estacionaria que llenaba todo el espacio, y en el que se propagaban las ondas electromagnéticas.

Experimentos posteriores demostraron que no podía existir algo como el éter, y Einstein reformuló esa teoría para adecuarla a este hecho.

Originalmente, la teoría que formuló Einstein se llamaba "Teoría de los Invariantes", pues postulaba más o menos lo mismo que la relatividad de Galileo: que las leyes de la física son invariantes en diferentes sistemas de referencia inerciales. La única diferencia importante, es que no se utiliza la transformación de Galileo para pasar de un sistema de referencia a otro, sino la transformación de Lorentz. Parece ser que el nombre de Teoría de la Relatividad fue propuesto por Planck, para resaltar el hecho de que las leyes de la física permanecían invariantes, para observadores moviendose relativamente entre sí. También se puede pensar que el termino relatividad se refiere a que el tiempo y el espacio son relativos (dependen de nuestra velocidad).

Así pues, la Teoría de la Relatividad, lo que dice precisamente es que "no todo es relativo". La velocidad de la luz en el vacío es absoluta.

26 comentarios:

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  2. Buen artículo. Cuidado con la ortografía: escoger se escribe con "g" (en el tercer párrafo).

    Saludos desde México.

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    1. listillo el mejicano según él , en vez de escojamos se deberia decir escogamos ó escogo

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    2. "Escoger" se escribe con "g", aunque "escojamos" o "escojo" se escriba con "j".

      Según la RAE:

      escoger

      Conjugación de "escoger"

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  4. Sí, ya me dí cuenta al poco de publicar el envío, y lo he corregido.

    ¿Cómo era aquello que nos enseñaban en el cole? "Todos los verbos acabados en -ger y en -gir se escriben con "g", excepto tejer y crujir" (dígase con musiquilla). Lo repetiré 100 veces :-)

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  5. Por cierto, dos comentarios SPAM en menos de 5 minutos :-(

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  6. Muy buen post, siempre salto cuando alguien dice esa frase citando a Einstein. Por cierto, y ya que estamos de erratillas, se te ha escapado un Plank en vez de Planck (en el hipervínculo).
    Saludetes,

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  7. Pues sí. Sería mejor llamarla teoría de la invariancia. Por lo menos así no tendríamos que luchar contra esa majadería constante de que Einstein inauguró el relativismo intelectual...

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  8. Interesante y ademas facil de entender, lo que es muy de agradecer.

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  9. Alf, algunos agradeceríamos enormemente que contaras algo sobre la Relatividad General, quiero decir, como tú sabes hacerlo ;) (aunque viendo tus últimos artículos algo me dice que algo así tenías previsto). He empezado leyendo la entrada correspondiente de la wikipedia y cuando he leido aquello de
    "(...)los muchos intentos de probar, a lo largo de los siglos, el quinto postulado de Euclides, que dice que las líneas paralelas permanecen siempre equidistantes, y que culminaron con la constatación por Bolyai y Gauss de que este axioma no es necesariamente cierto."
    se me han quitado las ganas de seguir leyendo. ¿Un axioma que no es cierto?. ¿Cómo es ello posible?. Para mí que es malaciencia. He dejado un comentario en la discusión, no me siento capacitado para modificar el artículo.

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    1. Mi nombre es Walter (es mi nombre verdadero), y digo que, amigo, gracias, por permitirme comentar, por eso quiero decirle a Serlio29 septiembre, 2005 08:42 que no debemos confiar en la wikipedia. Esa encilopedia ha sido denunciada como una enciclopedia cincretista. Mezcla la verdad con la mentira. Se lo ha probado hasta la saciedad. Si la usamos, lo debemos hacer con muchísimo cuidado. Con todo resdpeto, perdónenme que yo suguiera que, mejor vamos a la Enciclpedia Britannica, Lexus, Larouse, Salvat. Muchas gracias.

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  11. Vaya despiste con lo de Planck. Yo teniendo cuidado de escribir bien Lorentz, y se me escapa el otro nombre. Bueno, ya está corregido.

    Lo de un axioma que no es cierto... hombre, puede ocurrir que algo que se considere axioma, luego se descubra más adelante que puede no ser cierto. En ese caso, por definición, dejaría de ser axioma, aunque tal vez por motivos históricos se le siga llamando así.

    Eso me recuerda al caso de Plutón. Hay muchos astrónomos que no lo consideran realmente un planeta, y con el descubrimiento de 2003 UB313, un objeto transneptúnico más grande que Plutón, parece que definitivamente va a perder su categoría de planeta. Sin embargo, seguro que durante los siglos venideros, se le seguirá llamando planeta Plutón, aunque oficialmente haya dejado de serlo.

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  12. Se te ha escapado un spam, el comentario del 29 de septiembre a las 09:56.

    Quizá deberías habilitar lo de "Mostrar verificación de la palabra para comentarios", en la sección de comentarios dentro de opciones. Así sería más difícil que te cuelen spam.

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  13. Hola alf. Tal como lo cuentas parece como si Einstein hubiera hecho una mera adaptación de las teorías de otros.

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  14. En la ciencia, siempre es necesario basarse en descubrimientos o teorías de otros, para elaborar una nueva. Son raros los casos en los que uno saca una teoría revolucionaria de la nada.

    El caso de Newton es un buen ejemplo. Lo de la manzana es una leyenda. Newton tuvo que basarse necesariamente en los estudios de Galileo sobre la aceleración de los cuerpos al caer, y en las leyes de Kepler sobre el movimiento de planetas, para poder deducir su Ley de Gravitación.

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  15. Según el profesor Francisco Jose Yndurain, de la U.A. de Madrid, Einstein hizo lo que no se atrevió Lorentz: considerar la constancia de la luz como un axioma.
    La constancia de la velocidad de la luz ya estaba presente implicitamente en las ecuaciones de Maxwell. Lorentz y Poincaré llegaron a la conclusión de la contracción del espacio y de la dilatación del tiempo, pero no atrevieron a dar el paso decisivo y el famoso eter no aparecia por ningun lado.
    Con el paso dado por Einstein se llega facilmente a las transformadas de Lorentz y "a la fórmula estrella de la física de todos los tiempos:
    e = mc2".
    Más detalles en el resumen, realizado por Tio Petros (mejor dicho, Jesús M. Landart), de las conferencias que sobre Einstein se realizaron en San Sebastian:
    "Einstein, annus mirabilis", http://tiopetrus.blogia.com/

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  16. alf, totalmente de acuerdo. Pero según como lo cuentas, parece que no descubrió nada. Que sólo escribió lo mismo pero cambiando un adjetivo por acá y un adverbio por allá.

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  17. Vaya, no era mi intención quitarle méritos a Einstein. Sólo quería resaltar que no sacó su teoría de la nada, como suele pensar la gente.

    El comentario de Daryl explica muy bien el matiz, y el blog que menciona, lo explica mucho más.

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  18. Por hacer una pregunta, ¿en qué ha quedado lo de la confirmación experimental de velocidades ultralumínicas, que salió hasta en los telediarios hace unos años?

    (Esto se limita a preguntar en qué ha quedado la cosa si alguien lo sabe, no es una protesta contra la invarianza de la velocidad de la luz)

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  19. Mmm... no se si te refieres a una noticia que comenté hace poco, que decía que se había superado la velocidad de la luz, lo cual no era del todo cierto.

    Lo cuento en http://malaciencia.blogspot.com/2005/09/superar-la-velocidad-de-la-luz.html

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  20. La luz se curva en presencia de campos gravitatorios, pero ¿estás seguro de que su velocidad varía? Hasta donde yo sé, sólo varía en función del medio donde se propaga (aire, agua, cristal, etc). Por eso se suele hablar de la velocidad de la luz en el vacío.

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  21. la expresion en realidad esta incompleta. correctamente seria "todo es relativo, pero necesitamos una referencia" y esa referencia es la luz. por eso se llama teoria de los invariantes. lo cierto es q muchas de las paradojas de la relatividad, en lo q concierne a moviles, se deben a este hecho.

    Os pondre un ejemplo.

    vamos a medir habitaciones. para ello utilizaremos una regla de cobre. obviamente diremos q la medida de la habitacion sera lo q la regla nos indique. vamos alla;

    en 3 de enero medimos y la habitacion mide 12 m de largo.

    sin embargo el 9 de agosto debemos volver a medir, y mide 10m...

    la conclusion es: la habitacion se ha encogido en unos meses. paradoja?

    no... la dilatacion afecto a nuestro sitema de medida. algo asi pasa con la relatividad
    en cuanto a Einstein, sin quitarle su merito, si. se baso muchisimo en trabajos anteriores y lo q hizo fue juntarlo todo. pero... los años hacen maravillas en la historia. Einstein recibio el premio nobel por sus trabajos sobre el efecto fotoelectrico, no sobre la relatividad. eso no quiere decir q einstein fuera un patan, cualquiera no comprende la relatividad, muchos ni si quiera porq debemos abandonar la mecanica clasica...

    no has hablado mucho sobre poincare. se q eso se mereceria otro articulo aparte, pero habia q mencionarlo ;)

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  22. Hola, se que este artículo es de hace más de 10 años, pero si estás leyendo esto, por favor respóndeme.Estoy muy interesada en este tema, agradecería mucho que me explicaras cómo miden la velocidad de la luz, cuando se menciona que la velocidad de la luz se mide igual independientemente de a qué velocidad vaya el observador. ¿Ustedes saben como se ha llegado a esa conclusión? ¿cómo lo miden? Gracias

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    1. La historia de cómo se llegó a la conclusión de que la velocidad de la luz es independiente del observador es muy interesante, y puedes leer un resumen en el tamiz (y si quieres, te recomiendo que te leas toda la serie de relatividad sin fórmulas, que está muy bien explicado). El experimento crucial, el de Michelson y Morley, no se hizo midiendo la velocidad de la luz directamente, y comparándola, sino de forma indirecta, midiendo discrepancias entre distintos haces.

      Si te interesa más cómo se mide (o se intentó medir en el pasado) la velocidad de la luz, puedes mirar la Wikipedia, aunque si te defiendes bien en inglés, te recomiendo esa versión, ya que es mucho más completa.

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