Como primer artículo en serio tras la introducción, me gustaría apuntar hacia algunas cuestiones que me parecen relevantes antes de continuar con nada más, porque me parecen fundamentales de entender previo a cualquier otro tema que podamos tocar más adelante. El mundo en que vivimos, como decíamos en el artículo anterior, es muy diverso, y desde el mundo subatómico hasta las grandes masas estelares, todo se rige por unas reglas que, aunque aún no hemos descubierto en su totalidad, estamos tras ellas y de una forma u otra terminaremos por desentrañarlas.

Algunas de estas cosas pueden ser percibidas por el sentido común de forma directa y se pueden comprender mejor o peor pero de alguna forma tenemos claras ciertas cuestiones que tampoco pasaremos por alto. Pero hay otras que realmente se escapan a nuestra comprensión, como la teoría M, las supersimetrías, la teoría de supercuerdas o simplemente lo que es un bosón. Quiero comenzar con este artículo unas explicaciones sobre temas que son menos comprendidos por la mayoría, y a pesar de todo, son totalmente fundamentales para comprender como funciona el mundo. Para ello, como es lógico, tenemos que entender la diferencia entre lo que podemos denominar física clásica y física cuántica. Aunque basados en lo mismo, han derivado en dos especialidades diferentes que divergen en algunos casos de forma importante.

La física clásica es aquella que podemos considerar la estándar en un momento dado de la historia científica. Hasta Newton, la física clásica era la que provenía nada menos que de Aristóteles, que era la referencia a seguir hasta la época de la ilustración europea. Los avances en física habían sido importantes desde Galileo (y su famosa prueba de la caída de cuerpos desde la torre de Pisa), pero no fue hasta Newton que se sistematizó la física como tal especialidad científica y alcanzó su cumbre como tal. Sir Isaac fue uno de los más notables científicos de su tiempo y no sólo formuló la gravedad, sino que sus trabajos sobre la luz abrieron nuevas posibilidades y ayudaron a comprender la forma en que esta transcurría y afectaba a los objetos. Además, sus avances matemáticos fueron realmente brillantes y ayudaron a constituir las bases modernas de la matemática.

Al tratar la gravedad, Newton confinó a ésta como una fuerza de atracción entre los cuerpos, pero no pudo explicar más sobre ella. Dejó dada una fórmula que explicaba como actuaba sobre los cuerpos masivos, pero poco más. De hecho, cuando intentó explicar porque la Tierra, por ejemplo, no caía al centro del Sol, simplemente no pudo. Obvió la cuestión y se dedicó a otra cosa. Tal vez, que duda cabe, sea la actitud más inteligente cuando con lo que dispones no puedes llegar a nada más. Newton indicaba que la gravedad atraía a los cuerpos hacia otros por su masa, lo que se representa con la siguiente fórmula:

Dicho de otra manera, que la fuerza que ejerce una partícula cualquiera 1 sobre otra partícula 2 es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias. G es una constante universal gravitatoria y tiene un valor fijo dado, que es aproximadamente 6,674 × 10–11 Nm2/kg2. De esta manera, en un universo perfecto como el que se preconizaba en aquella época, los cuerpos se atraían de manera uniforme y claro, es daba lugar a un pequeño problema: ahora mismo nosotros tendríamos que estar achicharrados porque el Sol debía habernos engullido hace tiempo. Y sin embargo no es así. Más adelante volverá a salir a relucir este tema, pero no deja de resultar curioso que de todas formas el hombre tirase la toalla con una cuestión como esta. Simplemente lo dejó pasar.

Esto siguió en estas hasta que a finales del siglo XIX surgió una cuestión preocupante, y es que se había descubierto que la luz viajaba a la misma velocidad para cualquier observador imparcial que colocásemos delante. Esto no cuadraba con lo que se entendía por entonces, ya que en el Éter (una sustancia invisible que lo llenaba todo y a través de la cual viajaban los fotones lumínicos) debía producir velocidades diferentes para observadores diferentes. Era lógico. Si alguien viaja a una velocidad, no puede percibir igual las cosas, ni siquiera la luz, que otro que va a distinta velocidad. Sin embargo, con la luz no pasa. Siempre viaja a la misma velocidad, aproximadamente unos 298.000 Km/s. Ya da igual que se el vacío, en el aire, en el agua… Siempre es la misma velocidad, y eso desconcertaba a los físicos de entonces. Un joven suizo de origen alemán, Albert Einstein, concretó en 1905 que eso se debía a lo que él llamó “Relatividad”, y que vamos a intentar comprender con atención a continuación.

La famosa paradoja del reloj nos ayudará a comprender qué ocurre. Imaginemos que en una nave espacial colocamos un reloj y en la Tierra dejamos otro idéntico, marcando exactamente la misma hora en ambos casos. La nave espacial parte de la tierra y viaja a velocidades cercanas a la de la luz (no se puede viajar a la velocidad de la luz, o al menos es una limitación específica de la relatividad que al menos en teoría es insuperable). Cuando un observador mire el reloj de la nave y comunique el resultado a su compañero en la Tierra, se verá que ambos relojes marcan horas diferentes. De hecho, el reloj de la nave irá un poco retrasado con respecto al de la Tierra. Esto es lo que ocurre en otra famosa paradoja, la de los gemelos astronautas. El gemelo que viaja en la nave a velocidades cercanas a la de la luz volverá a la Tierra siendo más joven que su gemelo terraqueo, que será un anciano. Esto es debido a que, a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se ralentiza, pero no para el observador que viaja a esa velocidad, que le parecerá que el reloj sigue funcionando normalmente. ¿En qué nos ayuda esto a comprender la teoría especial de la relatividad? El principio de la relatividad indica que no existen sistemas inerciales absolutos (dicho de otra manera, da igual en que situación o posición nos encontremos o se encuentre un elemento en la naturaleza, su sistema inercial dependerá exclusivamente del elemento). Si a esto añadimos que la luz viaja siempre a la misma velocidad, invariablemente, sea cual sea el sistema inercial en el que nos encontremos, pues podemos entender que cualquier objeto que viaje a velocidades cercanas a la de la luz será constante dentro de su sistema inercial. Dado que dos observadores se encuentran en lugares diferentes, en el mismo tiempo concreto, no pueden justificar que la observación la hayan realizado en el momento exacto ambos a la vez.

La consecuencia más inevitable de este principio es que el tiempo deja de ser absoluto. Desde Newton se pensaba que el tiempo era el mismo en cualquier parte del universo, pero si dos observadores simultáneos no pueden comprobar su tiempo de manera inequívoca, sus tiempos relativos serán diferentes (un sujeto se haya inmóvil, como indicábamos, en la Tierra, y otro moviéndose a velocidades relativistas, a velocidades cercanas a las de la luz). Esto tiene otras consecuencias más exóticas aún, como la contracción de la longitud, pero que no trataremos aquí. Y además, nos encontramos con la ecuación más famosa de la historia: E = MC2, que significa que existe una equivalencia entre la masa (la cantidad de materia) y la energía, de manera que podemos convertir materia en energía si la aceleramos a la velocidad de la luz al cuadrado, y a la inversa, convertiremos energía en matería si realizamos la operación contraria. Esto tiene varias consecuencias, como que por ejemplo la enegía también produce ondas de campo gravitatorias, lo que es importante para entender como interactuan gravitatoriamente los objetos.

Todo esto, lógicamente, revolucionó la forma de entender la física. De momentos absolutos pasamos a momentos relativos, y creamos una inseguridad que las ecuaciones de Lorentz-Pointcaré-Einstein ayudaban a convertir en determinación de nuevo. Sin embargo, Einstein se dejó un punto sin tocar en su teoría y era la gravedad. Entre 1915 y 1916 escribió una serie de artículos donde generalizaba la teoría especial, añadiendo los conceptos de aceleración gravitacional, covarianza y la noción de curvatura del espacio-tiempo. La covarianza simplemente significa que para cualquier sistema de referencia (un observador), las leyes y ecuaciones son siempre las mismas sea cual sea la situación en la que se encuentre en un momento dado. Este es el punto principal por el cual Einstein quiso generalizar la teoría especial. Además, por el principio de equivalencia, no importa que un cuerpo se encuentre en un sistema de referencia inercial o no, ya que esos sistemas son básicamente iguales (debido a la covarianza). Un sistema inercial es aquel que o está detenido o se mueve a velocidad constante, y uno no inercial es uno que está acelerado. La aceleración es debida siempre a una fuerza, y da igual que tipo de fuerza sea, ya que ambos sistemas serán equivalentes en cualquier caso. Y claro, esto significa algo que podemos entender muy bien: en la Tierra, aunque un cuerpo se encuentre en reposo, en realidad es no inercial, porque está siendo atraído por la fuerza de gravedad (9,8 m/s2), con lo que se dan contradicciones importantes con la física clásica absoluta de Newton, en la que esto es justo al revés. Imaginemos una nave espacial cayendo en picado hacia la Tierra… ¿Es inercial o no? Según Newton, no, porque lleva una velocidad dada de caída, pero según el principio de equivalencia, si es inercial, porque está siendo afectado por la gravedad, que “tira” de la nave hacía la Tierra.

Pero lo que más popular se ha hecho acerca de la teoría general es sin duda la curvatura del espacio-tiempo. Hasta Einstein, sólo se consideraban tres dimensiones, las que podemos apreciar a simple vista con nuestros sentidos. Einstein incluyó una cuarta dimensión, el tiempo, y aquí la liamos. Ocurre que cuando un fotón viaja hacia la Tierra, siendo un sistema inercial, aparentemente este no se siente afectado por la fuerza de gravedad. Sin embargo, un astrónomo, observando ese fotón, la impresión es justo la contraria, se convierte en no inercial, ya que el astrónomo siente que el fotón está siendo atraído por la gravedad de la Tierra. Sin embargo, la energia del fotón, que debería aumentar por efecto de la aceleración de la gravedad (siempre que aplicamos una fuerza a un cuerpo o una onda, aumentamos su energía), debería aumentar a su vez su energia conservada (es decir, la que mantiene en un momento dado), pero no es así. La única forma de explicar esto es que el tiempo se ralentiza por efecto de la aceleración gravitatoria. El tiempo, en vez de ser lineal, se curva. Existe un famoso experimento que se realizó durante un eclipse solar total en 1919, cuando pudo comprobarse que el campo gravitatorio del Sol curvaba la luz de estrellas que se encontraban tras él, pudiendo verse esas estrellas a pesar de que, en la práctica, el Sol estaba tapando esas estrellas. Esa fue la demostración más conocida de la teoría general, aunque ha habido muchas y muy diversas, como el experimento de 1959 en Harvard en el que se procedió a emitir radiación desde el suelo y pudo comprobarse como los fotones tuvieron un corrimiento al rojo (se desviaron, dicho de otra forma), por efecto del campo gravitatorio terrestre.

La curvatura del espacio-tiempo, aunque sea de forma algo inadecuada o inapropiada, según se mire, se ha descrito como una lona de goma en la que depositamos un objeto cualquiera. La curvatura de ese objeto sobre la lona representa su campo gravitatorio. Cuanto más masivo (y denso) sea el objeto, más campo gravitatorio tendrá, y más se hundirá en la lona. Aunque no es una visión exacta, para el público en general vale porque viene a representar de forma visual la forma que adquiere el Universo debido a la influencia de los cuerpos masivos en su interior. Si a esta imagen le dotamos (en nuestra imaginación) de una forma 3D, la visión es mucho más cercana a la realidad. De esto se deriva que todos los objetos que se acerquen al objeto masivo serán atraídos por su campo gravitatorio, y puede que vuelvan a escapar de esa acción gravitatoria dependiendo de su propia aceleración. Sin embargo, nos encontramos con un problema ya conocido de difícil solución, y es la razón por la que los cuerpos no terminan cayendo unos sobre otros. Actualmente se considera que existe una materia (o energía, tanto da) oscura que impide que los cuerpos caigan unos sobre otros. A esto dedicaremos más atención, pero ahora mismo quedémonos con las ideas que hemos ido viendo, porque en el siguiente artículo nos dedicaremos a lo que se supone que más odió Einstein en vida: la física cuántica. Más que nada porque le destrozó algunos mitos que no quiso romper.

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  1. Leyendo en detalle lo que escribiste, parece que todo es correcto, pero viendo mas a detalle, los cuerpos que son atraidos por un campo gravitatorio por ejemplo tierra, algunos son engullidos totalmente ejemplo meteoros que han aterrizado siempre en la tierra a lo largo de toda su historia, y si vemos al satelite de la tierra la luna la respuesta es que nunca ha sido engullida por la tierra, la respuesta en este caso es simple, la tierra tambien lleva una velocidad en el espacio y va arrastrando a la luna en el espacio-tiempo-hoyo concavo que forma su masa, pero nunca llega al extremo ya el equilibrio delicado que une a estos dos objetos por toda la eternidad, se en que la luna cajetea el hoyo concavo en un giro sin fin. Como si hecharas un pelotita en plato con un angulo de inclinacion tal que la pelotita nunca se salga pero tampoco se vaya al centro del plato.

  2. Ahora, si nos vamos a la mecanica cuantica, la atraccion, jalon que sienten los cuerpos entre si es debido a las particulas gavitron que se intercambian mutuamente de y entre ambos cuerpos. Como recordaras los gavitrones no tienen carga electrica.
    Esto creo que es mas complejo de lo que nosotros simples mortales podemos comprender, ya que como podemos entender que? billones y billones de particulas gavitron se intercambian de orbitas y generan otras particulas y estas a su vez hacen girar a la luna, o la tierra alrrededor del Sol en curvas elipticas casi armonicas?, creo que algo, como dice -stephen Hawking- sobrenatural, o divino esta atras de todo esto.
    No se si alguien pudiera alla afuera hacer algun comentario, no se, a lo mejor para refutar mi comentario o que tenga otra respuesta o conozca otra respuesta o imagine otra explicacion o quiera conocer mas.

  1. 1 Archivos Secretos II: El Cosmos « Espíritu y Vida: la Revolución Interior

    […] km/s aproximadamente al cuadrado, conseguiremos que esa materia se convierta en energía. En mi antiguo blog tengo una página sobre el tema que tal vez os pueda interesar, aunque su contenido es puramente intelectual, pero […]




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