La semana pasada, un seguidor de Twitter llamó mi atención sobre una noticia en un periódico online, cuyo titular era «La NASA construye la IXS Enterprise». El artículo haría las delicias de Malaprensa por la manifiesta falsedad del titular (la NASA no está construyendo nada, es un diseño teórico), y desataría la ira de los trekkies (en el texto se da a entender que el motor warp en la ficción es creación de las películas de J. J. Abrams, ignorando el casi medio siglo de historia de la saga creada por Gene Roddenberry), pero a lo que a nosotros nos interesa es la mala ciencia. Y ésta aparece en la siguiente frase: «A grandes rasgos, la velocidad warp es mucho más rápida que la velocidad a la que viaja la luz, y equivale a 299.34 kilómetros por segundo.»
¡Ay, ay! ¿299,34 km/s? Supongo que no es necesario recordar que la velocidad de la luz en el vacío es de aproximadamente 300.000 km/s, es decir, un valor tres órdenes de magnitud mayor, y bastante familiar o fácil de contrastar. La cifra exacta es de 299.792.458 m/s, por lo que no alcanzo a entender de dónde ha salido ese 299,34. No parece que se haya tratado de una errata al confundir el punto con la coma decimal.
Lo que sigue no se si se puede calificar como mala ciencia, os implemente como mala explicación. La verdad es que el texto no deja nada claro de qué se está hablando. Intentaré aclararlo un poco.
La problemática de viajar más rápido que la luz es algo a lo que se le lleva dando vueltas desde hace tiempo. Existe la posibilidad teórica de «hacer trampa» al universo, deformando el espacio tiempo a nuestro alrededor, de forma que se comprima delante nuestro y se expanda detrás. Nuestro vehículo estaría dentro de una burbuja warp, en la cual no se supera la velocidad de la luz en ningún momento, pero al haber disminuido la distancia a recorrer, el viaje nos llevaría mucho menos tiempo. A esto se le llama métrica de Alcubierre (por su creador, Miguel Alcubierre), y de momento es un modelo matemático. No está clara su aplicación real, ya que necesitaría cosas «raras» de las que aún no hay evidencia empírica, como materia exótica, o masas negativas.
En este contexto, el ingeniero y físico Harold G. White ha mejorado este concepto, y ha llegado a diseñar y realizar un experimento real, para ver si es posible crear una burbuja warp, aunque a muy pequeña escala: el interferómetro de campo warp de White–Juday. De momento, los resultados han sido inconcluyentes.
¿Os acordáis de los famosos neutrinos de hace unos meses, que parecían viajar más rápido que la luz? Bueno, parece que se han descubierto dos posibles causas que podrían haber alterado el resultado final, aunque aún necesitan confirmarlo. Sin embargo, eso no impide a los medios de comunicación hacer afirmaciones categóricas, básicamente diciendo que todo fue un error por culpa de un cable suelto. Gracias a un tweet de Shora (a la que algunos conoceréis por el blog Med Tempus) he llegado a una entrada de Amazings donde reproducen la versión del ¿informativo? de Antena 3. Vedlo, por favor:
¿Por dónde empezar? Imagino que por el principio. Nada más comenzar, al referirse al neutrino, se dice literalmente:
Lo bautizaron como la partícula de Dios y afirmaron que podía viajar más rápido que la luz.
Bueno, esto es lo que se conoce normalmente como «oír campanas y no saber dónde» o también «mezclar churras con merinas».
Veamos, el apelativo «partícula de Dios» nunca se ha aplicado al neutrino, sino al también famoso (por otro motivo) bosón de Higgs. Estas dos partículas no tienen nada que ver, salvo el hecho de ser partículas elementales. Para empezar, el neutrino es una partícula bien conocida y observada desde hace décadas, mientras que el bosón de Higgs aún no se ha observado (de momento, su existencia es una hipótesis). El neutrino tiene una masa pequeñísima, incluso en el contexto del mundo subatómico. De hecho, durante un tiempo se creyó que no tenía masa, como el fotón. Por el contrario, la masa estimada del bosón de Higgs es enorme, mayor que la de un átomo de hierro. Además, el neutrino es un fermión, es decir, una partícula que forma parte de la materia (como el electrón), mientras que el bosón de Higgs, como su nombre indica, es un bosón, es decir, una partícula mediadora de interacciones (como el fotón). En caso de existir, el bosón de Higgs sería el responsable de la existencia de la masa (concretamente, la masa inercial, es decir, la cualidad de la materia de oponer resistencia a las variaciones de movimiento).
Seguimos. Un poco más adelante se oye la siguiente perla:
Lo dijo Albert Einstein hace 107 años: Nada puede viajar más rápido que la luz, ya que hacerlo significaría ir hacia el pasado, y así lo dejó plasmado en su teoría de la relatividad.
Bueno, el motivo de que nada con masa real mayor que cero (no olvidemos este importante matiz) pueda superar la velocidad de la luz, no tiene nada que ver con viajes en el tiempo. Resulta que al aumentar la velocidad de un cuerpo, su masa parece aumentar también (nuevamente, hay cosas que matizar). Esto implica que para obtener la misma aceleración, necesitamos ejercer una fuerza mayor, y por tanto, necesitamos aportar más energía que antes. A velocidades cercanas a la de la luz, un pequeño incremento de velocidad, necesita una enorme aportación de energía. Si quisiéramos acelerar un objeto hasta alcanzar la velocidad de la luz, necesitaríamos una cantidad infinita de energía.
Lo del tiempo sin duda viene por la famosa dilatación temporal. Para un objeto en movimiento, el tiempo transcurre más despacio que para uno en reposo (aunque nuevamente habría que matizar un poco las cosas). Cuanto mayor es la velocidad, más lentamente transcurre el tiempo, llegando a detenerse al alcanzar la velocidad de la luz. Extrapolando, uno puede llegar a la conclusión de que si viajara más rápido que la luz (que no es posible), el tiempo transcurriría hacia atrás. Lo cierto es que en las ecuaciones de la relatividad especial, si calculamos dicho tiempo nos sale la raíz cuadrada de un número negativo. No es exactamente lo mismo, y de hecho, nadie puede estar seguro ni siquiera de si tiene sentido físico un tiempo imaginario.
Otro detalle destacable, aunque tal algunos consideren que es hilar demassiado fino, es el mostrar un par de veces en el vídeo, la conocidísima fórmula E=mc2. Sí, es la fórmula más conocida de Einstein, y sí, forma parte de la relatividad especial. Pero esa fórmula lo que muestra es la equivalencia entre masa y energía. Masa y energía son aspectos diferentes de una misma cosa, de forma que la masa puede transformarse en energía y viceversa. No es algo que tenga mucho que ver con el que la velocidad de la luz sea un límite insuperable.
Lo que sigue podría considerarse más mala prensa que mala ciencia, pero con permiso de Josu, comentaré varios errores más. Antes de continuar, hay que tener claras algunas cosas del experimento de los neutrinos. El experimento recibe el nombre de OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus), y es una colaboración entre el CERN (en Suiza) y el LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso, en Italia). El experimento consiste básicamente en que el CERN produce un haz de neutrinos que dirige hacia el LNGS, donde es analizado. Para ello, el CERN utiliza el SPS (Super Proton Synchrotron), que es uno de los aceleradores de partículas que tiene el CERN. El fin del experimento no es saber si los neutrinos violan la relatividad, sino estudiar la oscilación de neutrinos, que es un fenómeno mediante el cual los neutrinos cambian. Hay tres tipos de neutrinos, electrónico, muónico y tauónico, y cualquiera de ellos puede transformarse de un tipo a otro, de forma espontánea (es algo que comenté hace tiempo, por otro motivo). Es decir, y para que quede claro, el LHC (el famoso acelerador del CERN que, según algunos, iba a destruir el mundo) no tiene nada que ver con el experimento de los neutrinos.
Una vez aclarado esto, sigamos. Se menciona en dos ocasiones la «euforia» de los científicos con el descubrimiento, e incluso se muestra un vídeo con unos señores aplaudiendo felices. Bien, esto es una falsedad. No hubo tal euforia, y eso es algo muy sencillo de comprobar, revisando las noticias publicadas en su momento. Se habla de sopresa, de descubrimiento inesperado, de escepticismo y necesidad de revisión, e incluso algunos medios se atreven a mencionar que es un hallazgo «incómodo» (de hecho, este último detalle lo comenté en su día). El vídeo de los científicos aplaudiendo no corresponde en absoluto al OPERA (el experimento de los neutrinos, recordad), sino al llamado LHC First Beam, esto es, la primera vez que un haz de partículas circuló por el LHC, el 10 de septiembre de 2008. De hecho, si os fijáis bien, cuando la cámara muestra unas pantallas antes de los aplausos, se puede ver parcialmente el cartel con la leyenda «LHC first beam». Es decir, el video no corresponde en absoluto con lo que se está contando.
Se menciona también que debido al descubimiento, «empezó a hablarse de dar respuesta a los enigmas del universo», y nos ponen el fragmento de unas declaraciones de un hombre que habla en inglés. La traducción que oímos es la siguiente: «En 2012 podremos responder a la definitiva pregunta de Shakespeare sobre ser o no ser». Bien, este caballero es Rolf-Dieter Heuer, director general del CERN, y de lo que está hablando en realidad es del bosón de Higgs, a raiz de un experimento que proporcionaba indicios de su existencia, allá por diciembre de 2011. Esta partícula sí que tiene que ver con «los enigmas del universo», aunque esa forma de expresarse me parece demasiado «mística». Prefiero decir que saber si existe o no de esta partícula nos ayudará a comprender mejor el universo. Pero recordad, estamos hablando del bosón de Higgs. Nada que ver con los neutrinos. Otra vez, se mezclan churras con merinas.
Pero es que, además, la declaración de Heuer está fragmentada y fuera de contexto. Si veis el vídeo original en la web del canal de noticias KRQE, podréis escuchar lo que dice en realidad:
There are some intriguing fluctuations. However, we still need that data of the year 2012 to make a definite answer on the Shakespeare's question of the Higgs boson: To be or not to be.
Hay algunas fluctuaciones interesantes. Sin embargo, todavía necesitamos esos datos del año 2012 para dar una respuesta definitiva a la pregunta de Shakespeare sobre el bosón de Higgs: Ser o no ser.
La cosa cambia mucho ¿verdad?
Seguimos. La noticia abre con las siguientes frases:
Un cable suelto da al traste con el experimento que cuestionaba la teoría de la relatividad de Einstein. El descubrimiento de los científicos que avanzaron que los neutrinos eran más rápidos que la luz, pudo ser consecuencia de una chapuza.
Un poco más adelante, continua con algo parecido.
Los científicos han pasado de euforia a una sonora decepción. Han reconocido que todo fue un error de cálculo. La culpa fue de un cable suelto.
Y cerca del final, escuchamos lo siguiente:
Pues va a ser que no. En este comunicado el Centro de Investigación Nuclear CERN de Ginebra ha reconocido hoy que todo fue un error debido a una mala conexión de un cable de fibra óptica, que ha hecho inútiles todos sus experimentos.
Aparte del hecho de que el tono general es de burla, se está proporcionando información falsa. Si vais a la web del CERN, no encontraréis tal declaración. Ni siquiera si buscáis en la sección de notas de prensa. Eso es porque el CERN no ha dicho nada semejante. El comunicado hay que buscarlo en la web del OPERA, y en ningún momento asegura que hubo un error debido a un cable suelto o a una mala conexión (que son cosas diferentes, por cierto). Lo que dice el comunicado es que han encontrado dos problemas que podrían haber afectado al resultado, y que uno de ellos está relacionado con una conexión de fibra óptica. Fijaos en el condicional, y fijaos en la expresión «está relacionado con una conexión». Todavía no saben realmente qué ha ocurrido, y si el resultado es fiable o no. Aunque todo parece apuntar a algún error, en realidad aún no están seguros (bueno, el personal del OPERA no; parece que el redactor de Antena 3 sí que lo tiene muy claro). Por cierto que en caso de descubrirse el error, eso no invalidaría en absoluto todos los experimentos del CERN o del OPERA. Sólo la medición de la velocidad de los neutrinos.
Finalmente, la frase que cierra el vídeo es igualmente falsa y tendenciosa:
Al final 27 km de túneles, una construcción de 1.700 millones de € y 1.500 millones anuales de presupuesto para 2.000 científicos de 24 países, no han podido superar esto, el cerebro de un genio: Albert Einstein.
Bien, las cifras que exponen (al igual que las imágenes que acompañan) son del LHC. Nuevamente meten a este acelerador en algo que no tiene nada que ver. Para el OPERA se usa, como ya he dicho, el SPS (bastante más pequeño), por lo que el coste del LHC es irrelevante (por cierto, que el dato sobre el presupuesto anual, parecido al coste de construcción, me chirría un poco ¿alguien puede aportar algo luz sobre el asunto?). Además, como ya he dicho, la misión del OPERA no es comprobar si Einstein se había equivocado o no, sino estudiar un fenómeno diferente.
Por otro lado, expresiones como el «cerebro de un genio», dan a entender una idea equivocada sobre cómo se desarrolló la relatividad. Einstein, sin duda era una persona extremadamente inteligente, pero no se levantó un día y se le ocurrió la relatividad, así sin más. A Einstein se le puede aplicar la frase atribuida a Newton «Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes». Los gigantes sobre los que se apoyó Einstein fueron entre otros James Maxwell, en cuyas famosas ecuaciones aparece la velocidad de la luz en el vacío como una constante, Abraham Michelson y Edward Morley, cuyo experimento aportó la evidencia empírica de que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador, y Hendrik Lorentz, cuya transformada matemática nos dice cómo varía el espacio, el tiempo y la masa (relativista) con la velocidad. Con esto no quiero quitarle mérito a Einstein. No creo que nadie pueda dudar de que era un genio. Pero no conviene perder de vista que sin el trabajo anterior de estos otros científicos, no hubiera podido desarrollar la relatividad (ni siquiera se le habría ocurrido hacerlo), y que si no hubiera sido Einstein, tarde o temprano, la habría desarrollado algún otro científico brillante. La ciencia avanza así: ladrillo sobre ladrillo.
Pero lo peor de la frase es el mensaje que transmite: «mirad todo el dinero que se han gastado estos, y no han sido más listos que un sólo hombre». Tal vez yo sea muy retorcido o pesimista, pero esa es la impresión que me ha dado. Y me parece un insulto a los científicos que trabajan en el OPERA (o a los del LHC, ya que la noticia confunde constantemente ambas cosas).
Os imagino a todos enterados de las noticias sobre el experimento que ha detectado neutrinos moviéndose a una velocidad superior a la de la luz. Es uno de esos casos raros en los que una noticia de ciencia acapara bastante atención. Y como suele ocurrir, los medios cometen varios errores al respecto. Hay excepciones, naturalmente, y algunas en algún periódico generalista, lo que no está nada mal. Pero la tónica general ha sido la difusión de información errónea, que se puede resumir en los que voy a mencionar a continuación.
El error más grave (afortunadamente, no es el más extendido), se puede resumir más o menos así: «se han descubierto una nueva partícula, el neutrino, que viaja más rápido que la luz». Y va a ser que no. El neutrino no es una partícula nueva, desconocida hasta ese momento. Si hasta se menciona en una pelí de catástrofes y todo (de forma aberrante, pero esa es otra historia). Esta partícula se observó por primera vez en 1956, aunque fue postulado con anterioridad, en 1930. Es decir, los científicos llevan varias décadas conociendo al neutrino.
Además, como imaginaréis, el viajar más rápido que la luz no es una propiedad intrínseca del neutrino, como parece darse a entender. De hecho, todos los neutrinos observados hasta ahora, se desplazaban más lentamente que la luz. La noticia consiste precisamente en que se han observado unos neutrinos que se han desplazado más rápido.
Un segundo error es el que se suele mostrar de forma sensacionalista, con titulares estilo «Einstein se equivocó», o «La Relatividad se derrumba». En casi todos los medios, se menciona que la Teoría de la Relatividad nos dice que nada puede desplazarse más rápido que la luz, y eso no es del todo exacto. La Relatividad nos dice que la velocidad de la luz en el vacío es una constante absoluta, independiente del observador. Es decir, no importa si estoy parado, o viajo en una nave espacial al 99% de la velocidad de la luz. Si mido la velocidad de propagación de la luz o de una onda de radio, voy a obtener el mismo valor en ambos escenarios. Esto trae como consecuencia unas transformaciones a aplicar cuando pasamos de un sistema de referencia a otro. Así, tenemos los conocidos efectos de la dilatación del tiempo, la contracción del espacio, el aumento de la masa (esto no es del todo exacto, pero dejémoslo así) y la relatividad de la simultaneidad.
Lo que nos impide alcanzar la velocidad de la luz es lo siguente: Para aumentar la velocidad de un objeto cualquiera, hay que ejercer una fuerza. La aceleración que recibe el objeto es el cociente de la fuerza entre la masa. Por tanto, cuanto más masa tenga un objeto, menos aceleración obtienes con una misma fuerza. O al reves, más fuerza necesitas para una aceleración determinada. Según la relatividad, la masa aumenta con la velocidad (insisto que no es del todo exacto, pero a efectos prácticos, es como si así ocurriera), por lo que la fuerza debe ser cada vez mayor si queremos mantener la aceleración. Este crecimiento se hace de forma que a velocidades pequeñas (y comparado con la luz, hasta una velocidad orbital es pequeña), este efecto apenas se nota. Pero a velocidades cercanas a la de la luz, la diferencia es cada vez mayor, de forma que con una fuerza enorme, sólo obtenemos una minúscula aceleración. Matemáticamente, la masa sería infinita a la velocidad de la luz, por lo que nunca podríamos alcanzarla.
¿Quiere decir esto que nada puede viajar a la velocidad de la luz? No, y de hecho, los fotones lo hacen, obviamente. Lo que nos dice la Relatividado es que no podemos acelerar un objeto con masa, hasta la velocidad de la luz. Los fotones no tienen masa, y pueden viajar a dicha velocidad. Es más, no podrían viajar a otra velocidad en el vacío. No podemos frenarlos y acelerarlos. Entonces ¿pueden existir objetos que viajen más rápido que la luz? Pues si en las ecuaciones utilizamos como masa un número imaginario, es decir, una raiz cuadrada de un número negativo, resulta que sí. Es más, en este caso, lo que no podríamos hacer es frenar el objeto hasta alcanzar la velocidad de la luz. Siempre tendría que ir más deprisa. Si una partícula, en el momento de su creación, viajara más rápido que la luz, no habría problemas. Estas hipotéticas partículas incluso tienen un nombre: taquiones
¿Tiene sentido físico una masa imaginaria? Pues no lo sé. Pero lo importante es que la Relatividad no impide que un objeto pueda viajar más rápido que la luz. Lo que establece es una especie de barrera infranqueable entre tres mundos: el de los taquiones, el de los fotones, y el del resto de partículas. Así que no se puede decir que la Relatividad se haya derrumbado, o demostrado errónea, o cosas similares, ya que el fenómeno observado, no parece contradecir la misma.
Hay otro punto que quiero considerar, aunque tal vez alguno piense que es demasiado sutil, y no lo considere un error. Hay titulares que expresan el descubrimiento como un ataque a la física, algo peligroso o transgresor, y cosas así. Vamos, como si el hacer un descubrimiento nuevo fuera un problema. Y no es así en absoluto. El que un experimento contradiga una teoría física, no debe ser motivo de preocupación, sino de excitación. Contrariamente a lo que piensan algunos, la ciencia no es un conjunto de dogmas de fe, que si contradices te arriesgas a ser quemado en la hoguera. Es justo lo contrario. Con cada nuevo descubrimiento, la ciencia avanza. Si se descubre que una teoría no es correcta, se investiga y se amplía. Cada error descubierto es un pequeño paso adelante.
Pero eso sí: cuando aparece un experimento que contradice una teoría bien establecida (y ya hemos visto que no es necesariamente el caso), hay que estar muy seguros, verificarlo, repetirlo varias veces, y confirmar los hechos. Y eso es lo que se está haciendo ahora. Sólo cuando se tenga la certeza de que la velocidad obtenida es correcta, y cuando se haya repetido el experimento varias veces, podremos gritar de alegría por haber detectado los primeros taquiones (o por tener la primera prueba experimental de la existencia de más de 4 dimensiones, como plantean algunos). El tiempo lo dirá.
Hoy va a ser uno de esos días en los voy a comentar un poco de buena ciencia junto con algo de mala ciencia. Y otra vez en un episodio de la serie Stargate SG-1. En el tercer episodio de la décima y última temporada hay un cruce con el spin-offStargate Atlantis, donde los protagonistas viajan a la Galaxia Pegaso (en realidad, se supone que es la Galaxia Enana Irregular de Pegaso o PegDIG) a bordo de una de las naves de las que ya disponen a partir de la octava temporada, para buscar un agujero negro apropiado, cerca del cual colocar un stargate para llamar a otro que previamente han colocado cerca de un superstargate que usan unos enemigos muy poderosos, que... bueno, no entraré en detalles ya que esta no es la parte que quería comentar.
Cuando se acercan al agujero negro, se nos muestra un gran remolino de polvo «cayendo» a algo oscuro que parece un sumidero, y el Dr. McKay (el egocéntrico y brillante científico de la expedición Atlantis) dice que lo que están viendo es un disco de acreción en torno al agujero negro, ya que el agujero en sí no puede verse.
Bien, es cierto que un agujero negro no se puede ver directamente. Por su propia definición, un agujero negro no emite luz ni ningún tipo de radiación electromagnética, ya que la velocidad de escape supera la de la luz. Un concepto asociado al agujero negro es el horizonte de sucesos, que es una esfera imaginaria que rodea el agujero, en cuya superficie la velocidad de escape es exactamente la velocidad de la luz. Así que la detección de agujeros negros debe hacerse de forma indirecta.
Una forma de «ver» un agujero negro, es mediante su disco de acreción, como ocurre en la serie. ¿Y eso qué es? Un disco de acreción es un conjunto de polvo y gas que se «arremolina» alrededor de un cuerpo celeste, generalmente uno bastante masivo (como una estrella). Este material cae en espiral hacia el cuerpo, formando un disco (o un toro) en rotación. Y no hay que olvidar, aunque parezca una tontería repetirlo, que cae hacia el objeto que hay en el centro. Destaco esta parte porque en la serie, el disco de acreción se parece más a un remolino de agua que cae por un sumidero. Es decir, en el plano que nos muestran, parece caer hacia «abajo» desde nuestra perspectiva. Y en el espacio, no tiene sentido hablar de arriba y abajo.
Como imaginaréis, las partes más interiores del disco, al estar sometidas a un campo gravitatorio mayor, se mueven con más rapidez que las que están más alejadas. El disco se comporta como un fluído, y la diferencia de velocidades produce una fricción entre las distintas capas que hace que se caliente. En el caso de cuerpos muy masivos, como enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros, el material se calienta tanto que emite una gran cantidad de radiación, sobre todo rayos X. De hecho, otra forma de detectar un agujero negro es mediante esta emisión de radiación.
Claro que este hecho supone un problema para los tripulantes de una nave que se acerque. Si no está convenientemente blindada, los rayos X que emite el disco de acreción del agujero negro serían letales para sus tripulantes. Bueno, podemos suponer que las naves terrestres de Stargate, que disponen de tecnología asgardiana, y que pueden generar un escudo de fuerza contra disparos enemigos, no deberían tener problemas en ese sentido. Aunque en el episodio no se hace referencia a este peligro, y sólo se menciona la intensidad del campo gravitatorio como riesgo al acercarse demasiado.
Hay una tercera forma de detectar un agujero negro, y es precisamente gracias la gran intensidad de su campo gravitatorio. Como sabéis, según la Relatividad General (de la que hablé hace tiempo) cualquier campo gravitatorio deforma el espacio-tiempo, lo que quiere decir que la luz no se propaga realmente en línea recta, sino que se curva junto con el espacio-tiempo. En nuestra vida cotidiana esta deformación es demasiado pequeña para apreciarla. Pero en las cercanías de un objeto muy masivo, la cosa cambia. Nuestro Sol, por ejemplo, tiene suficiente masa como para deformar el espacio-tiempo de forma visible, hecho que permitió corroborar la Relatividad General durante el eclipse de mayo de 1919 (midiendo la posición de las estrellas que estaban cerca de él en ese momento, y contrastándolas con su posición real, una noche cualquiera).
En el caso de un agujero negro, esta deformación es mucho más notable, provocando un efecto conocido como lente gravitacional. Básicamente, la luz se curva tanto que lo que haya alrededor del agujero (desde nuestra perspectiva visual) lo vemos deformado, como si usáramos una lente. De hecho, podemos llegar a ver cosas que hay detrás del agujero.
Pero esto significa que si el agujero tiene un disco de acreción alrededor, éste debería verse en realidad muy distorsionado, apareciendo ante nuestros ojos como «doblado» en vez de completamente plano, como se nos muestra en la serie. Podéis ver la apariencia que debería tener en unas animaciones que os podéis descargar de la web de la Universidad de Colorado. En el primer video (el más recomendable), el observador se desplaza desde una posición casi perpendicular al disco, hasta otra casi en el mismo plano de éste.
Fijaos que al mencionar la deformación, estoy refiriéndome todo el rato al espacio-tiempo, y no sólo al espacio. Y es que el tiempo también se deforma con la presencia de un campo gravitatorio. El transcurso del tiempo parece ralentizarse cuanto mayor el la intensidad del campo gravitatorio, de forma que para un observador en las cercanías de un agujero negro, el tiempo transcurre más lentamente que para otro observador que esté más alejado. Este detalle sí que se comenta en la serie, y de hecho se utiliza como parte de la trama, cuando se ven obligados a combatir una nave colmena espectro (les engañan con una maniobra de forma que la nave espectro esté más cerca del agujero que los protagonistas, y así éstos disponen de más tiempo de reacción).
Algo de buena ciencia entre la mala ciencia. No está nada mal.
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.
Normalmente cuando hablo aquí de algo, viene motivado por algún tipo de error cometido en algún sitio. Hoy sin embargo, a "petición popular", no voy a poner de manifiesto ningún error, sino completar los dos anteriores envíos, explicando un poco "la otra" relatividad de Einstein: la Relatividad General.
Recapitulemos un poco: La relatividad de Galileo nos proporcionaba una transformación entre sistemas de referencia inerciales, es decir, sistemas de referencia en reposo o con movimiento rectilíneo y uniforme. La Relatividad Especial modificaba este concepto, y utilizaba la transformación de Lorentz para pasar de un sistema a otro. Una de las consecuencias es la famosa dilatación del tiempo con la velocidad.
¿Y qué pasa con los sistemas no inerciales? Bien, imaginemos a un conductor que viaja en coche, y de pronto frena. Si utilizamos el suelo como sistema de referencia, podemos entender fácilmente que el rozamiento de las ruedas y los discos de freno, ejercen una fuerza que se opone al movimiento del coche. Éste decelera, hasta que se para. Observaremos también, que la fuerza del freno se aplica sólo sobre el coche, y no sobre el conductor. Por tanto, el conductor seguirá desplazándose durante un instante a la misma velocidad que antes, hasta que el cinturón de seguridad se tense y ejerza una fuerza sobre el conductor y también le haga decelerar. Así que el freno ejerce fuerza sobre el coche, pero es el cinturón el que ejerce fuerza sobre el conductor para decelerarlo (bueno, también el propio rozamiento entre el asiento y el trasero del conductor).
Supongamos que la fuerza del freno es constante, de forma que la deceleración es constante hasta que se detiene el coche. Si ahora en vez del suelo, utilizamos como sistema de referencia el coche, estaremos cambiando a un sistema de referencia no inercial. En este caso, para que las cosas nos cuadren, y puesto que las leyes de la física son las mismas, se debe añadir al sistema una fuerza sobre cada objeto, de forma que provoque la misma aceleración que la que tiene el sistema de referencia, pero en sentido opuesto. ¿Qué quiere decir esto? Pues que hay que añadir una fuerza aplicada sobre el conductor, que le imprime una aceleración igual a la deceleración del coche, pero hacia delante. En este caso, veríamos que esa fuerza empuja hacia delante al conductor, hasta que es detenido por el cinturón. Es lo que llamamos inercia.
Con los giros ocurre lo mismo. Si el coche gira, desde la carretera observaremos que la fuerza de rozamiento de las ruedas cambia la dirección del coche, y no la del conductor, que es empujado posteriormente por el cinturón o el lateral del coche. Pero desde el coche, lo que observamos es que el conductor es empujado por una fuerza misteriosa, en la dirección contraria del giro. Es la famosa fuerza centrífuga, que aparece únicamente cuando tomamos el coche como sistema de referencia.
Al principio puede parecer un poco confuso. ¿Entonces la fuerza centrífuga no es real? Bueno, sí y no. Eso depende de nuestro sistema de referencia.
Volvamos un momento a los sistemas inerciales (es decir, movimiento rectilíneo y uniforme). En un sistema inercial, no podemos saber realmente si estamos en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme. Imaginemos que viajamos en avión. Una vez alcanzada la altura y velocidad de crucero (es decir, el avión se mueve a velocidad constante), y no tenemos turbulencias, no podríamos decir si estamos en reposo o en movimiento. Bueno, sí, podemos mirar al exterior por una ventanilla y ver moverse las nubes, pero imaginemos que todas las ventanillas están tapadas, o que es de noche. Es totalmente imposible saber si el avión se mueve o está en reposo. Es más, ni siquiera podemos decir en qué dirección se mueve. Supongamos que estamos encerrados en un armario dentro del avión. No podremos decir dónde está el morro y dónde la cola.
Pues bien, al igual que la Relatividad Especial se relaciona con los sistemas inerciales, la Relatividad General surge al considerar sistemas no inerciales, dando un paso más allá e incluyendo a la gravedad. Uno de los pilares fundamentales de la Relatividad General es que si estamos encerrados en una habitación sin ventanas, no podemos saber si estamos en la Tierra o en una nave espacial con una aceleración constante de 9,8 m/s2. O lo que es lo mismo, no podemos saber si estamos cayendo o si estamos en estado de ingravidez. O dicho de otra forma, en un sistema de referencia en caída libre, no existe la gravedad.
He insistido en muchas ocasiones en la diferencia entre caída libre e ingravidez. Un cuerpo en órbita, está realmente en caída libre. Pero a menos que miremos por la ventanilla de nuestra nave espacial y veamos un planeta cerca, no podemos saber si estamos en órbita (caída libre) o en total ingravidez en elgún punto remoto del espacio. Por decirlo de alguna manera, la fuerza gravitatoria es tan real (o no) como la fuerza centrífuga. Depende del sistema de referencia.
A la hora de desarrollar matemáticamente todo esto, trajo como consecuencia lo que posiblemente es el aspecto más conocido de la Relatividad General: la curvatura del espacio-tiempo. En efecto, la mera presencia de una masa, deforma el espacio-tiempo alrededor. El clásico ejemplo que se suele utilizar es el de una superficie elástica y tensa (como una red), sobre la que se coloca un objeto pesado. El objeto se hundirá, deformando y estirando esa superficie. La idea es que la gravedad no es una fuerza por sí misma, sino una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo.
Esto tiene como consecuencia que la clásica geometría euclídea no sirve. ¿Y eso qué es? Bueno, la geometría euclídea es la que nos enseñan en el colegio. En ella, sólo podemos trazar una línea recta paralela a otra, que pase por determinado punto. También en ella, las suma de los ángulos de un triángulo es 180º. Pero existen otros tipos de geometría, como la elíptica y la hiperbólica.
Un ejemplo de geometría elíptica es la Tierra. Si consideramos que nuestro espacio geométrico es únicamente la superficie de la Tierra (es decir, no podemos excavarla para ir de a la cara opuesta atravesando el centro de la tierra), las rectas no son del todo rectas, sino que siguen la curvatura de la Tierra. A estas "rectas no tan rectas", se les llama geodésicas. Parece obvio entonces que en la Tierra no pueden existir geodésicas paralelas, ya que terminarán encontrándose en algún sitio, como los meridianos terrestres, que se cruzan en los polos (ojito, que en esta geometría, los paralelos terrestres no son geodésicas, salvo el ecuador). Además, podemos trazar triángulos cuya suma de ángulos sea superior a 180º. Por ejemplo, si desde el polo norte trazamos dos líneas, una siguiendo el meridiano 0º, y otra el meridiano 90º E, hasta que corten el ecuador, tendremos un triángulo con tres ángulos rectos, es decir, un triángulo cuya suma de ángulos es 270º.
El "opuesto", por llamarlo de alguna manera, de la geometría elíptica es la geometría hiperbólica. En ella se pueden trazar múltiples paralelas a una geodésica, y que pasen todas ellas por el mismo punto. Además, las suma de los ángulos de un triángulo es menor que 180º. La deformación del espacio-tiempo que produce un cuerpo con masa, sigue esta geometría.
Una consecuencia de todo esto, es que la luz no viaja realmente en línea recta, sino que es afectada por la gravedad, y se curva, siguiendo trayectorias geodésicas, y no realmente rectas. Cuando un rayo de luz pasa cerca de un objeto masivo (como una estrella), esta curvatura se puede apreciar. Esto se pudo demostrar durante un eclipse solar total, en el que se observó y midió la posición de las estrellas cercanas al sol, desde nuestra perspectiva (algo imposible de hacer sin un eclipse). Se comprobó que esas posiciones medidas no correspondían con las observadas normalmente. Concretamente, parecían estar más separadas entre sí de lo que realmente están. Eso era debido a que la luz que nos llegaba de ellas, al pasar cerca del sol, se curvaba.
Fijáos que estoy hablando todo el rato del espacio-tiempo, no del espacio. Y es que el tiempo también se deforma en presencia de una masa. Resulta que otra consecuencia de todo este tinglado, es que el tiempo se ralentiza con la gravedad. Es decir, en una nave espacial, en reposo con respecto a la Tierra (para evitar los efectos de dilatación temporal debido a la Relatividad Especial), el tiempo transcurre más rápido por el mero hecho de estar sometido a un campo gravitatorio menor. Esto ha sido confirmado actualmente en satélites, y los relojes de los satélites GPS tienen que ser ajustados periódicamente para compensar este efecto.
La Relatividad General tiene más consecuencias, pero creo que con esto todo el mundo podrá hacerse una idea. Para profundizar más, siempre se podrá consultar la entrada correspondiente en la versión inglesa de wikipedia (que es más completa).
"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.
En mi envío anterior, al intentar explicar un poco las consecuencias de la Teoría de la Relatividad (más concretamente, la llamada Relatividad Especial), cometí un error bastante común cuando se habla de estos temas. Se trata de la variación de la masa con la velocidad. La masa no varía en realidad con la velocidad, al menos lo que se llama masa invariante (o masa en reposo) que básicamente es el concepto que todos tenemos de masa. Varía algo llamado masa relativista, que en realidad no es más que un artificio matemático para poder comprender la relatividad en una primera aproximación, cuando uno está acostumbrado al mundo de la mecánica clásica.
Para explicar bien estos conceptos, no tengo más remedio que utilizar alguna fórmula que otra, pero tranquilos: la mayoría de ellas son las que nos enseñaron en el colegio.
Las famosas Tres Leyes de Newton (y en general, la mecánica clásica) se basan en un concepto más genérico, del que he hablado varias veces: la cantidad de movimiento (o momento lineal). Se trata del producto entre masa y velocidad: P=mv, donde P es la cantidad de movimiento, m la masa y v la velocidad. Ante la ausencia de fuerzas externas (o fuerzas externas cuya suma total entre ellas o resultante, es nula), la cantidad de movimiento es constante.
Es muy intuitivo ver que la Primera Ley de Newton (o ley de la inercia) es una consecuencia directa del principio de conservación de la cantidad de movimiento. Si no hay fuerzas externas, la cantidad de movimiento permanece constante, y puesto que la masa no varía, la velocidad permanece constante también.
Para ver la relación entre este principio y la Segunda Ley, ya hay que utilizar un poquito de matemáticas, pero es también muy fácil. ¿Qué es la fuerza? No, no es lo que le da a un Jedi su poder. Fuerza es todo aquello capaz de modificar la cantidad de movimiento de un cuerpo. O dicho de otra manera, es la variación de la cantidad de movimiento por unidad de tiempo. Si dividimos ambos miembros de la fórmula de la cantidad de movimiento entre el tiempo, tenemos P/t=mv/t. A la izquierda nos queda la cantidad de movimiento dividida entre el tiempo, o sea, la fuerza. Recordando que la aceleración es la velocidad dividida entre el tiempo, a la derecha nos queda la masa por la aceleración. Es decir, F=ma, que es la famosa fórmula de la Segunda Ley de Newton (fuerza es igual a masa por aceleración).
Finalmente, la Tercera Ley de Newton es también bastante fácil de relacionar de forma intuitiva. Si tenemos dos objetos, uno aplica una fuerza sobre otro, y la cantidad de movimiento total debe permanecer constante, tenemos que la variación de cantidad de movimiento de uno debe ser igual y opuesta a la variación de cantidad de movimiento del otro, es decir, que sobre cada uno actuan fuerzas iguales y opuestas.
Pues bien, una vez tenemos esto claro, pasemos a la Relatividad. Todos conocemos la ecuación E=mc2, que relaciona la masa (m) y la energía (E) a través de la velocidad de la luz (c). Pero resulta que esta conocidísima ecuación sólo es válida si el objeto está en reposo. Si se mueve a una velocidad determinada, resulta que la ecuación se convierte en E=γmc2, donde γ es el famoso factor de Lorentz, del que hablé en el envío anterior, que varía con la velocidad, y que sólo tiene importancia a velocidades cercanas a la de la luz (a velocidades pequeñas, es casi 1).
La cantidad de movimiento, también se ve afectada, y resulta que en realidad es P=γmv. La consecuencia más visible es que cuanto más rápido se mueve un cuerpo, más fuerza hay que aplicar para acelerarlo, ya que la fórmula de la fuerza queda convertida en F=γma. A la velocidad de la luz, el factor de Lorentz se hace infinito, por lo que es imposible alcanzar dicha velocidad.
Para ayudar a explicar la relatividad, y ser comprendida por personas acostumbradas a la mecánica clásica (es decir, la mayoría de la gente), se definió el concepto de masa relativista, como el producto entre la masa en reposo (la de toda la vida) por el factor de Lorentz. Es decir, M=γm, donde M es la masa relativista, y m la masa en reposo. De esta manera, si en las fórmulas de la mecánica clásica sustituimos la masa por esta nueva masa relativista, se pueden aplicar incluso a velocidades cercanas a la de la luz. Así, un profano de la relatividad puede entender fácilmente sus efectos pensando que la masa aumenta con la velocidad.
Es fácil ver que utilizando la masa relativista, también nos vale en la famosa E=mc2, a velocidades cercanas a la de la luz.
Durante un tiempo se pensó que la masa relativista era el verdadero concepto de masa, y así ha quedado en numerosos libros de texto y enciclopedias. Parecía algo lógico, ya que si definimos la masa como la resistencia de un cuerpo a variar su velocidad, es decir, como el cociente entre fuerza y aceleración, resulta que aumentaría con la velocidad.
Pero con la Relatividad General y la Teoría Cuántica de Campos, se vio que esto era un error. La masa relativista puede ser útil como artificio para explicar algunos conceptos de la Relativida Especial en términos de mecánica clásica, pero solo eso. La masa en realidad no varía. Si uno viaja en una nave espacial a velocidades cercanas a la de la luz, verá que su masa no varía. Ni la de los objetos de la nave, ni la de la propia nave. Pero para acelerar la nave, parece que la masa es mayor (y dada por el factor de Lorentz).
Además, hay un detalle curioso que se suele pasar por alto. La velocidad, la fuerza, y la cantidad de movimiento son magnitudes vectoriales. Eso quiere decir que si aplicamos una fuerza a una nave espacial que se mueva a velocidades cercanas a la de la luz, en la misma dirección del movimiento, parecerá que la masa es la masa relativista (hay que aplicar una enorme fuerza para provocar una pequeña aceleración). Pero si aplicamos una fuerza perpendicular al movimiento (imaginemos que encendemos unos impulsores laterales), el factor de Lorentz será uno (puesto que la velocidad en esa dirección será cero), y por tanto, percibiremos una masa muy diferente (la masa de toda la vida). Es decir, la masa variaría dependiendo, no sólo de la velocidad, sino de de dirección de la fuerza aplicada. Este pequeño razonamiento descarta definitivamente que la masa relativista pueda ser algún tipo de concepto físico real.
Como curiosidad, mencionar que al aparecer el concepto de masa relativista, a la masa de toda la vida se llamó "masa en reposo". Pero eso planteaba un pequeño problema lingüístico, ya que se podía hablar de la masa en reposo del fotón, cuando en realidad un fotón no puede estar en reposo (siempre viajará a la velocidad de la luz). Así que ahora se utiliza más el término "masa invariante", o simplemente masa.
Os habréis fijado que tengo una enlace en este blog a la tíra cómica La Legión del Espacio, del Sitio de Ciencia Ficción. La tira de esta semana trata sobre Einstein y la relatividad, y muestra una falsa creencia sobre la Teoría de la Relatividad que suele estar bastante extendida: al ir más rápido que la luz, el tiempo transcurre más despacio.
Por supuesto, estamos hablando de una tira de humor, y no hay que buscarle tres pies al gato ni ponernos a buscar fallos científicos. Pero la tira me ha recordado otros contextos, supuestamente más serios, en los que se comete esta confusión. Me viene a la cabeza, por ejemplo, la película El Vuelo del Navegante. No es especialmente conocida, y pasó por los cines sin pena ni gloria, aunque en su día me encantó. Básicamente trata de un niño que misteriosamente se ve transportado a unos 8 años en el futuro. Poco a poco descubrimos que fue abducido por una nave alienígena, que luego vuelve a buscarle porque necesita unos planos que puso en la memoria del niño. La cuestión es que durante el viaje de ida y vuelta al planeta alienígena, el niño sufrió los efectos de la relatividad, de forma que para él sólo pasaron unas horas, mientras en la Tierra transcurrieron 8 años.
En la peli dicen que el planeta en cuestión se encontraba a varios cientos de años luz, por lo que para que el viaje de ida y vuelta sea de 8 años, la nave tendría que haber viajado más rápido que la luz. Cuando uno de los científicos que estudia al niño se da cuenta, exclama que la diferencia temporal se debe la la relatividad.
Pero la Teoría de la Relatividad no nos dice eso. Voy a intentar explicar algunos de los efectos de esta teoría de forma sencilla.
La mecánica clásica newtoniana nos dice que la masa es invariable. Además, las nociones de tiempo y espacio son independientes de la velocidad a la que se mueva el observador. Esto es bastante fácil de comprobar. Si pesamos una piedra, obtendremos el mismo resultado en tierra que a bordo de un tren. Lo mismo ocurre con el tiempo. Si tenemos nuestro reloj de muñeca sincronizado con el de nuestra casa y nos vamos de viaje, a la vuelta seguiran sincronizados (siempre que funcionen bien y no se le hayan terminado las pilas a alguno, claro).
Pero la Teoría de la Relatividad nos dice otra cosa. Resulta que al aumentar la velocidad de un cuerpo, su masa aumenta también, y el tiempo transcurre más despacio. A velocidades bajas comparadas con la velocidad de la luz (o c), la variación de la masa o del transcurso del tiempo es muy pequeña, prácticamente inapreciable, y por eso se cumplen las leyes de la mecánica clasica. Pero a medida que nos movemos a velocidades mayores, cerca de c, los efectos comienzan a apreciarse.
Estas variaciones vienen dadas por el llamado factor de Lorentz. He hecho unos cálculos para hacernos una idea de cómo varía el transcurso del tiempo con la velocidad:
Si viajamos a un 1% de c (unos 3.000 km/s ó 10.800.000 km/h), por cada segundo que transcurra en nuestro vehículo, transcurrirán 1,005 segundos en el exterior.
Si viajamos a un 50% de c, por cada segundo que transcurra en nuestro vehículo, transcurrirán 1,6 segundos en el exterior.
Si viajamos a un 99% de c, por cada segundo que transcurra en nuestro vehículo, transcurrirán 7 segundos en el exterior.
Si viajamos a un 99,99% de c, por cada segundo que transcurra en nuestro vehículo, transcurrirán 71 segundos en el exterior.
Como se puede ver, hay que moverse a una fracción significativa de la velocidad de la luz para que el efecto sea apreciable, y hacerlo muy cerca de c para que además, el efecto sea significativo. Si nos moviésemos a la velocidad de la luz, la el factor de Lorentz nos daría infinito, por lo que podemos suponer que de alguna manera el tiempo se detendría en el interior del vehículo.
La masa aumenta de la misma manera, y eso es un problema. Cuanto más masa tengamos, más fuerza habrá que aplicar para seguir acelerando. A velocidades muy cercanas a c, la masa sería tan grande que necesitaríamos la energía que desprende una supernova para aumentar sólo un poquito la velocidad. Teóricamente, si viajásemos a la velocidad de la luz, la masa sería infinita, por lo que es bastante evidente por qué no se puede lograr. Sólo los fotones pueden viajar a esa velocidad, dado que no tienen masa.
¿Y si pese a todo pudiésemos superar la velocidad de la luz? ¿Qué ocurriría? Pues si utilizamos velocidades superiores a c en el factor de Lorentz, obtenemos la raiz cuadrada de un número negativo, es decir, un número imaginario (que todos recordaremos del colegio si no nos dormimos en clase de matemáticas). ¿Y eso qué significa? Pues realmente no lo sé. Puede que ni siquiera tenga un sentido físico. Pero el hecho de que aparezca un factor negativo (aunque sea dentro de una raíz cuadrada) lo convierte en un tema recurrente en la ciencia ficción, para permitir viajar hacia atrás en el tiempo. Además, sin necesidad de conocer el factor de Lorentz ni lo que es un número imaginario, se puede realizar un razonamiento bastante intuitivo: si cuánto más rápido viajamos el tiempo se ralentiza, y si al llegar a c se detiene, ¿no parece lógico que retroceda si superamos c?
Así que el pensar que el tiempo va más despacio al superar la velocidad de la luz, es una equivocación. El tiempo transcurre más despacio por el mero hecho de movernos, aunque sólo es significativo a velocidades cercanas a la de la luz.
Hay otro efecto que no he comentado, y que es otro problema: el tamaño. La longitud de un objeto (entendiendo como longitud la magnitud espacial en la misma dirección del movimiento) también varía según el factor de Lorentz. En este caso, disminuye con la velocidad, y teóricamente, a la velocidad de la luz, la longitud de nuestro vehículo sería cero.
No es especialmente conocida, y pasó por los cines sin pena ni gloria, aunque en su día me encantó. Básicamente trata de un niño que misteriosamente se ve transportado a unos 8 años en el futuro. Poco a poco descubrimos que fue abducido por una nave alienígena, que luego vuelve a buscarle porque necesita unos planos que puso en la memoria del niño. La cuestión es que durante el viaje de ida y vuelta al planeta alienígena, el niño sufrió los efectos de la relatividad, de forma que para él sólo pasaron unas horas, mientras en la Tierra transcurrieron 8 años.