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martes, noviembre 09, 2010

El que ley de gravedad de Newton no sea correcta, no es noticia

Hace pocos días recibí un correo electrónico de uno de vosotros (gracias Carlos), comentándome una noticia aparecida en La Razón, en la cual unos científicos proponían una teoría diferente de gravedad, donde la disminución de la misma no es directamente proporcional al cuadrado de la distancia. El origen de esta idea está en la discrepancia entre determinadas observaciones, y lo que predice la teoría gravitatoria, como por ejemplo la velocidad de rotación de muchas galaxias. A la velocidad a la que rotan, la fuerza centrífuga sería superior a la gravitatoria, y las estrellas deberían dispersarse. Pero no lo hacen. Esta discrepancia se explica suponiendo la existencia de materia no observable directamente, denominada materia oscura. La idea de estos científicos es «¿por qué no suponer que la teoría gravitatoria está equivocada, en vez de que hay elementos no observados?». Y lo cierto es que cada vez que una teoría científica no corresponde con las observaciones, los científicos deben plantearse el mismo dilema: ¿está mal la teoría, o hay algo que no hemos tenido en cuenta?

El problema de la noticia es que sólo habla de la ley de gravitación universal de Newton, y entre otras cosas menciona: «La ley física más famosa de la historia, que parecía ser hasta ahora “intocable”, está en entredicho». Bueno, la verdad es que hace mucho que la ley de gravedad de Newton, no sólo se ha tocado y puesto en entredicho, sino que se ha demostrado que es incorrecta. De eso se encargo hace casi un siglo, un tal Albert Einstein, cuando publicó su teoria general de la relatividad.

Hace mucho, dediqué un post a la relatividad general (fue durante el primer año de vida de este blog). Allí conté los aspectos más conocidos (como la curvatura del espacio-tiempo). Lo que no comenté es que la relatividad general «sustituye» a la ley de gravitación de Newton. Al igual que la relatividad especial surgió al unificar la mecánica clásica y el electromagnetismo (que se contradecían entre sí), la relatividad general surgió al unificar la relatividad especial (y extenderla a sistemas de referencia no inerciales) y la gravedad clásica. Uno de los principios de la ley de gravitación universal, es la acción a distancia, que nos dice que la fuerza con la que interactuan varios cuerpos en un instante dado, depende de la posición relativa de esos cuerpos en ese mismo instante. A priori parece algo muy lógico (la gravedad actua a distancia, sin necesidad de que los cuerpos estén en contacto), pero hay un detalle importante a tener en cuenta: según este principio, la fuerza se transmite de forma instantánea. Sin embargo, una de las consecuencias de la relatividad especial es que ningún tipo de información o interacción puede viajar más rápido que la luz; por tanto la gravedad no puede actuar de forma instantánea, sino que debe propagarse a una velocidad finita, al igual que lo hace la luz.

10 años después de publicar su teoría especial de la relatividad, Einstein publicó en 1915 su teoría general de la misma. Entre otras cosas, resolvió un viejo problema de los astrónomos con el movimiento de Mercurio. En dos ocasiones comenté cómo las discrepancias entre las predicciones de la ley de gravitación de Newton y las observaciones realizadas, llevaron a los astrónomos a pensar que debía haber un planeta no descubierto, más cercano al sol que Mercurio (el mismo razonamiento condujo al descubrimiento de Neptuno). Sin embargo nadie era capaz de observar el dichoso planeta. Y eso es porque no existe. Las predicciones de movimiento de la relatividad general coinciden con las observaciones de Mercurio (y con el resto de planetas), por lo que podemos decir sin temor que la ley de gravitación de Newton es errónea. Si queremos hacer cálculos con la gravedad, debemos emplear las ecuaciones de la relatividad general.

¿Por qué se sigue enseñando entonces la ley de Newton en el colegio, si es incorrecta? Pues porque las matemáticas de la relatividad general son bastante complejas, ya que incluyen cálculo tensorial (el propio Einstein tuvo dificultades para aprenderlas, al desarrollar su teoría). Por el contrario, la fórmula de la ley de gravitación universal es muy sencilla (unas pocas multiplicaciones, una división, y una potencia), y es una aproximación suficientemente buena en la mayoría de los casos. Sólo en situaciones particulares, como la de Mercurio (por su proximidad a un cuerpo tan masivo como nuestro Sol), la diferencia entre la ley de Newton y la relatividad general es significativa.

Por tanto, hace casi un siglo que lo que la noticia califica como «la ley más famosa de la historia», fue más que tocada y puesta en entredicho; fue demostrada incorrecta. La teoría gravitatoria actual es la relatividad general, aunque en muchos casos podamos usar la sencilla ley de Newton como aproximación.

19 comentarios:

  1. Es curioso el regocijo que produce en algunos que tal o cual teoría científica esté errada ¿quizá es cierto sentimiento de revancha hacia las clases de ciencias que en el colegio que no les gustaban? No tienen en cuenta que de uno de los mecanismos fundamentales de la ciencia es justamente probar la falsedad de las teorías científicas.

    Una duda: a parte de lo amarillista del titular, supongo que los periodistas habrán cometido otro error al simplificar la hipótesis de estos científicos, es decir, cuando estos ponen en duda la existencia de la materia oscura sí que habrán tenido en cuenta la relatividad general (supongo yo) por lo que la frase «¿por qué no suponer que la teoría gravitatoria está equivocada, en vez de que hay elementos no observados?» sería inexacta ¿me equivoco?

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  2. Claro, yo imagino que lo que proponen estos científicos es una modificación de la relatividad general. Si no...

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  3. Pues es de imaginarselo, por que la verdad, que la teoría de la graviatción de Newton es "incorrecta", mejor: no lo suficientemente precisa, lo se desde el instituto.
    Pero, si es así, el periodista es algo mas que un ignorante, porque ser periodista no te exime de informarte antes de escribir algo.

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  4. Por lo que he leído en el artículo, no tiene que ver con la Relatividad. A fin de cuentas, no hay muchas estrellas paseando por ahí a la velocidad (casi) de la luz.

    A mí me ha parecido un artículo chulesco, en plan "vamos a reírnos de ese Newton, ahora que podemos." Ya les he puesto un comentario. En cuanto a la hipótesis en sí, no la he leído, pero como todas, habrá que comprobarla, verificarla ... y si le moja la oreja a Newton, pues no pasa nada. Ya lo hizo Einstein hace cien años, y no pasa ná.

    Y que alguien les diga a los periodistas que Newton montó el pollo hace 300 años, no 300.

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  5. !Ejem! Quise decir "hace 300 años, no 30".

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  6. No pude dejar de hacer un comentario, pues la publicación original no es de "LaRazon.es" sino de "El Universal" aquí les dejo el enlace en el cual explica con mayor detalle la teoría y creo que sin llegar al sensacionalismo como en el caso de "LaRazon.es"

    http://www.eluniversal.com.mx/articulos/60869.html?awesm=fbshare.me_AUBo9

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  7. Arturo Quirantes: La Teoría de la Relatividad General no solo tiene que ver con velocidades cercanas a la de la luz, por ejemplo, el Sol no se mueve a velocidades cercanas a la de la luz, y sin embargo, dicha teoría explica fenomenos observados como la precesión del perihelio de Mercurio y las trayectorias curvas de los rayos de luz.

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  8. Arturo, los 30 años deben referirse a la hipótesis de la materia oscura. Aunque es verdad que tal y como está redactado, parece que se refieren a la ley de Newton.

    Y como ya ha mencionado Alberto, la relatividad no tiene sólo que ver con velocidades cercanas a la de la luz. Es más, para cualquier movimiento (incluso a baja velocidad), la teoría correcta a aplicar es la relatividad, aunque al igual que en el caso de la ley de gravitación universal, las leyes de movimiento de Newton son una aproximación suficientemente buena para velocidades bajas.

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  9. Se me olvidaba, he leído el enlace de PXAER497, y parece que lo que estos científicos quieren reformular es la ley clásica de Newton, no la relatividad general. Mmmmmm... No sé, no sé. O sólo es un punto de partida sencillo antes de abordar la relatividad, o esto ya empieza a oler mal.

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  10. Pues sí que es raro... Porque queda bastante claro que hablan de la ley de Newton, pero también comenta como de pasada "La Gravedad Extendida abre nuevas líneas de investigación, como buscar su versión relativista, revisar las consecuencias en torno a la curvatura del espacio y su expansión, y dar respuesta al problema de la energía oscura".

    No parecería muy razonable buscar alternativas a la versión "reducida" de la gravedad, ¿verdad?

    Un saludo!

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  11. Tanto la noticia de LaRazón como la de ElUniversal se refieren a la ley de gravitación de Newton. Mala forma de abordar la problemática de la materia oscura, formulada en base a la relatividad general.

    Y ya que se han saltado el principio general de relatividad, cómo explicarían que la gravedad sea diferente en la vía láctea respecto a otras galaxias (o más concretamente, en el sistema solar respecto al resto de la galaxia), o si la gravedad solo disminuye con la distancia -como también dice el artículo-, cómo explicar que esas otras galaxias se alejen unas de otras... Creo que el universo ya hubiera colapsado sobre sí mismo.

    Me queda la duda de si se trataría de una mala traducción de la versión original (Astronomy & Astrophisics y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)... Pero habría que verificar en la fuente directamente.

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  12. El artículo original se puede ver aquí, pero hay que estar registrado. Al menos sí se puede leer el resumen, y nos indica que efectivamente, estos dos científicos abordan la ley de Newton, aunque conocen la relatividad general.

    Como cosa curiosa, los autores son 4, no dos como publica La Razón.

    Y como cosa curiosa adicional, no son los primeros en proponer algo así. En la misma web hay otro artículo de otros autores y bastante anterior (de 2007), donde proponen modificaciones a la relatividad general como alternativa a la materia oscura.

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  13. Gracias por el enlace, Alf. Yo acabo de descargármelo desde el despacho, y aunque no he entendido buena parte, creo que puedo dar mi opinión por el asunto.

    Lo que básicamente dicen los autores es que la teoría de materia oscura está bien, pero que también puede intentar explicarse variando la ley de Newton de Grativación Universal (GU). Utilizando análisis dimensional, postulan qué forma debería tener una ley de Newton Modificada (que llaman MODS: MOdified Newtonian Dynamics), y luego intentan hallar comprobación experimental.

    Lo primero que debo decir es que en ningún momento se justifica su MODS en relación a consideraciones básicas. Simplemente, toman una ecuación que parece que ajusta. Solamente al final indican que, de ser ciertas, serían un caso particular de una teoría de la Relatividad extendida.

    Luego intentan explicar datos experimentales. Ellos mismos reconocen que su MODS es tan parecido a la GU que, en el Sistema Solar, no podemos distinguirlas, ni siquiera con la precisión de las medidas actuales. Francamente, pretender que Newton pudiese superar en precisión a la NASA es mucha arrogancia por parte de los periodistas de La Razón (que no de los científicos, ojo).

    Después, la verdad, la cosa se pone más difícil. Intentar ajustar la velocidad de rotación de algunas galaxias de nuestro grupo local. El problema es que, aunque según ellos el ajuste es bueno, se trata de un conjunto de medidas con márgenes de error tan grandes que, en mi opinión, no muestran nada a las claras. La correlación entre los datos y la teoría, si la hay, es muy tenue, por no decir estadísticamente inexistente.

    De hecho, todo el artículo tiene unas bases poco sólidas. A fin de cuentas, es la concentración de masa en una galaxia la que nos determina su velocidad; pero no hay forma de llegar allí y medirla, por lo que tenemos que hacer aproximaciones.

    En honor a los astrofísicos mejicanos, no niegan que exista la materia oscura, o bien otras hipótesis. De hecho, introducen su MODS como una explicación alternativa. Creo que son sinceros y honrados, ya que presentan su propia alternativa, intentan basarla experimentalmente, sugieren predicciones ... y nada más. No intentan pontificar ni llamar tontos a los partidarios de las demás hipótesis.

    En última instancia, lo que se plantea es el siguiente dilema: puesto que los datos experimentales no casan bien con la teoría, ¿qué falla de los dos? ¿Hay que modificar la teoría (como sugieren esta gente), o bien hay que modificar las hipótesis de partida de la teoría actual y postular una masa oscura?

    Otra cosa es la chulería con que los de La Razón han tratado el artículo. ¿Qué les pasa, acaso un físico les quitó la novia?

    11 noviembre, 2010 09:29

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  14. @Arturo: Useasé, que lo que no cuadra es la interpretación que ha dado "La Razón" al artículo original, ya que los científicos sólo han hecho su trabajo: cuestionar y proponer alternativas. Vamos, lo que es una de las características del "método científico", ¿no?

    Como me preguntó ayer un compañero de trabajo: "¿Acaso hay algún periodista en todo el planeta que sea capaz de redactar correctamente una noticia relativa a La Ciencia?"

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  15. @Momar: Por lo que he concluido, eso es. La idea de los científicos será válida o no, nos gustará o no, pero la han planteado según el método científico. Son los periodistas los que han metido la gamba.

    Por cierto, que el comentario crítico que he colgado en La Razón nunca ha desaparecido. Sorpresa, sorpresa ...

    "¿Acaso hay algún periodista en todo el planeta que sea capaz de redactar correctamente una noticia relativa a La Ciencia?"

    De momento, los de amazings.es, y poco más. Salu2.

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  16. Puestos a dudar de teorías:

    - El medio interestelar no es como creemos que es, con lo que las estrellas las vemos menos brillantes de lo que son y nos parecen más lejanas.
    - El medio interestelar no se comporta como creemos que se comporta y la luz no se comporta como esperamos.

    Ya se que es mucho dudar, pero es que últimamente el trabajo me hace emanar alegría y felicidad, poniendo en duda hasta... no se. Hasta todo. Quien sabe. A lo mejor ideas que se admiten como verdaderas porque la lógica dice que deberían serlo, no lo son tanto.

    Ala, ya podéis pegar.

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  17. Buenos Días.

    La noticia, a falta de otras palabras, desastrosa y sensacionalista.

    En cuanto a las MODS. Bueno, no es la primera y casi seguramente no sera la ultima. Desde la década del 80, muy buena cosecha (soy del 85 jeje), se plantearon montones y montones de modificaciones a la ley del pobre de Newton. En su mayoría son muy especificas, por lo que terminan desapareciendo sin pena ni gloria, pero de tanto en tanto algún logra llegar a los titulares (como la que hoy nos ocupa).

    Por otro lado la GU desde su nacimiento se supo incompleta (no hubo que esperar la RG para eso), luego de 1690 muchos, incluyendo al amigo Isaac, intentaron explicar de alguna forma mas general el porque de esas hermosas ecuaciones con distintos niveles de aceptación (aunque como es sabido hoy sin éxito alguno).

    No quiero desmerecer la GU con esto pero es mas un grupo de ecuaciones ad-hoc que una teoría científica (o por lo menos lo que hoy entendemos por teoría científica). En su momento supusieron un avance terrible (uno de los mas grandes de toda nuestra historia indudablemente). Pero siempre me dio la impresión de que si hoy en día alguien presentara una teoría semejante (con las carecías que existen el la GU) la clasificarían inmediatamente como seudocientífica (no es un termino peyorativo en lo absoluto).

    Sean consideradas pirañas que este es mi primer comentario.


    Fuera de lugar pero igualmente valido: Alf muchísimas gracias por el trabajo que te tomas en el blog, sabe que aunque sea de mi parte te estoy enormemente agradecido.

    Nahuel

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  18. Yo creo que no importa si a los chicos del instituto se le enseñe una teoría u otra, la física en sí misma trata sobre cómo "ver" la naturaleza de las cosas, y se debe enseñar eso más que fórmulas que los estudiantes aprenden de memoria y olvidan al día siguiente.

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  19. Hacer un analisis de las aportaciones dadas desde Galileo, Isaac Newton, Lorentz, Albert Einstein, etc, es asombroso, lo cual me ha permitido aclarar varias interrogantes que venìa formulandome desde niño, como ¿cual es la velocidad que alcanza la luz que emite el sol a la tierra?, e ir descubriendo en el nivel medio superior como Newton analiza la la gravedad de los cuerpos al caer sobre la tierra, por medio de "la ley de gravitaciòn universal" analizar todos estos componentes aportados por los diferentes "cientìficos" es algo que nos ha permitido lograr cosas maravillosas actualmente en beneficio de la humanidad.

    La teoría permitió establecer la equivalencia entre masa y energía y una nueva definición del espacio-tiempo. De ella se derivaron predicciones y surgieron curiosidades. Como ejemplos, un observador atribuye a un cuerpo en movimiento una longitud más corta que la que tiene el cuerpo en reposo y la duración de los eventos que afecten al cuerpo en movimiento son más largos con respecto al mismo evento medido por un observador en el sistema de referencia del cuerpo en reposo.

    La propuesta de Lorentz de 1899, conocida como la Teoría electrónica de Lorentz, no excluía al éter. En la misma, Lorentz proponía que la interacción eléctrica entre dos cuerpos cargados se realizaba por medio de unos corpúsculos a los que llamaba electrones y que se encontraban adheridos a la masa en cada uno de los cuerpos.

    Un buen ejemplo de estas contracciones y dilataciones fue propuesto por Einstein en su paradoja de los gemelos. Cantidades relativistas.

    El pájaro se mueve con velocidad v respecto al sistema S. Sin embargo, desde el punto de vista del piloto del avión, el pájaro se aleja de él a una velocidad v′ mayor, dada por las fórmulas del texto. Composición de velocidades.

    La composición de velocidades es el cambio en la velocidad de un cuerpo al ser medida en diferentes sistemas de referencia inerciales.

    Hacer referencia a todo esto me doy cuenta que analizar el universo es maravilloso, complejo pero nos permitira conocer otras galaxias quizas en las mismas condiciones que la nuestra, y quizas eso se de cuando hayamo alcanzado la velocidad de la luz, y viajar atravez del tiempo.

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