Las dos preguntas con las que hacer pensar a la gente que cree saber relatividad a partir de libros de divulgación.

Hace ya 106 años desde que Einstein publicó la Teoría Especial de la Relatividad y 96 desde que publicó la Teoría de la Relatividad General, y aunque cada vez ambas son más conocidas entre la gente con estudios son muchos los que creen, ingenuamente, que las han entendido por completo cuando ni siquiera quienes trabajan con ellas lo hacen (bueno, con la especial quizá sí).

Que la gente crea que entiende lo que no entiende no es nada insólito, a todos nos pasa frecuentemente. Me gustaría poder decir que a unos más que otros pero no creo poder asegurar que haya grandes diferencias entre unas personas y otras. Simplemente hay personas a las que es más difícil hacerles ver que no entienden algo tan bien como creen, pero eso no quita que formen parte de este colectivo.

Y de entre todas las cosas de las que la gente habla sin saber mucho creo que la Teoría de la Relatividad toma especial importancia. Yo mismo he osado creer que la entendía en su momento sin tener prácticamente idea, al menos en comparación con lo que sé ahora y con lo que sé que sigo sin saber.

La culpa de esto creo que principalmente la tienen los libros de divulgación que, si bien dan ideas importantes, en ningún momento hacen hincapié en todas las lagunas que van dejando a lo largo de su explicación y hacen que parezca que ciertos tramos de la teoría son libremente interpretables.

El objetivo de esta entrada, pues, es que aquéllos que sepan cosas de oídas sin entrar a ver el asunto a fondo sean conscientes de todas las cosas que no se explican en la divulgación corriente, y que son de vital importancia para evitar decir burradas posteriormente por ahí. Escribo esta entada porque me gustaría que alguien me hubiese dicho estas cosas a mí en su momento, y no como una forma de desprecio a la gente a la que va dirigida. Así pues, si os sirve de algo, espero que la disfrutéis.

Primera categoría: los que hablan por hablar.

Dentro de toda la gente que habla sin saber bien las cosas los peores son los que simplemente saben que la teoría existe y que la hizo Einstein. Es corriente escuchar a gente decir “La Teoría de la Relatividad es eso de que todo es relativo”. En primer lugar, esa frase no es de Einstein, y en segundo lugar, la Teoría de la Relatividad precisamente lo que dice es que hay una cosa absoluta en el universo y es la velocidad de la luz, que es idéntica para todos los que la observan. Quienes dicen esta frase están igual de ignorantes que alguien que no sepa nada sobre el tema, y por tanto ya nada más se les puede decir.

Segunda categoría: los que pretenden llegar al infinito y más allá viajando a velocidades próximas a la de la luz.

Aquí podríamos incluir a los que han leído sobre las transformaciones de Lorentz, que aunque ya han sido explicadas en este blog no estará de más reexplicarlas en esta entrada muy brevemente. Sólo así podré explicar posteriormente por qué la explicación está mal.

Todos los libros de divulgación sobre el tema presentan la Teoría Especial con un ejemplo así o parecido:

  • Tenemos un hombre “quieto”. H1.
  • Tenemos otro hombre dentro de un vehículo moviéndose delante de él. H2.
  • H2 lanza un rayo de luz dentro de su coche.
  • H2 ve que la velocidad de la luz es la de siempre.
  • H1 mide la misma velocidad de la luz, pese a que tendría que sumarle la del movimiento del coche.
  • Para que esto sea posible, el tiempo de H2 se ha dilatado y las distancias que mide H2 son más pequeñas, sólo así se justifica que ambos midan la misma velocidad para el rayo de luz.

A partir de aquí se deduce que los cuerpos que se mueven más rápido viven más tiempo y las distancias que recorren son más cortas. Automáticamente, se plantea la posibilidad de ser inmortal viajando a velocidades lo suficientemente grandes como para que el efecto sea notorio (próximas a la de la luz). Y a partir de aquí, llegamos a lo importante, hay quienes consideran que viajando a una velocidad lo suficientemente grande se puede recorrer todo el universo sin morir.

Sin embargo, con estos conocimientos, que los lectores de divulgación sin duda consideran (hemos considerado) suficientes hay muchas cosas que no podemos explicar, como por ejemplo: si tenemos un barranco, y a un lado hay un jinete con una lanza y al otro un dragón, y el jinete se aproxima a él próximo a la velocidad de la luz, la distancia del barranco para el jinete pasa a ser más pequeña que la lanza, por lo que podrá golpear al dragón. Entonces, para el jinete la lanza atraviesa el barranco entero, pero para el dragón no. ¿Quién tiene razón?

PRIMERA PREGUNTA: ¿QUÉ SUCEDE EN EL EJEMPLO DE LOS 2 HOMBRES SI ES H1 QUIEN LANZA EL RAYO DE LUZ, Y NO H2?

Si en la explicación de nuestros dos hombres H1 lanza el rayo de luz, es H1 quien tiene que dilatar su tiempo y contraer sus distancias para que H2 mida la misma velocidad que él. No hay ninguna diferencia entre H1 y H2. ¡No podemos tener ningún criterio para decir que uno de los dos va a vivir más que el otro porque si nos planteamos el problema al revés se desmonta toda la explicación!

La explicación de esto es que la Teoría Especial de la Relatividad es incompleta y no se puede deducir de ella todos los ejemplos que los divulgadores acostumbran a poner porque rompen solos. Hace falta algo más.

Si tenemos dos cuerpos con velocidad “v” relativa entre ellos, ninguno tiene “una preferencia temporal”. No podemos decir absolutamente nada sobre quién vivirá más o menos. Lo único que podemos hacer es decir que las cosas que se muevan con H1 serán apreciadas distorsionadas por H2 y viceversa. Esta teoría sólo nos dice cómo ve cada uno las cosas que se mueven con el otro, pero tales distorsiones son sólo apreciaciones, para nada realistas en el caso que nos ocupa.

Para que las distorsiones sean ciertas, es necesario que uno de los dos “frene” y pase a moverse junto al otro. Ahora bien, si la velocidad relativa entre ambos disminuye, ¿cómo sabemos cuál está frenando? La respuesta es que el que pierda energía potencial. Es aquí donde aparece la Teoría General de la Relatividad. Las distorsiones espacio-temporales no son un juego de velocidades sino de fuerzas, y las aceleraciones y energías que tienen asociadas las mismas.

En la paradoja de los gemelos en la que uno se va 25 años de viaje espacial próximo a la velocidad de la luz y vuelve a La Tierra, descubriendo que su hermano ha envejecido mucho más tiempo, no es la velocidad lo que hizo que el hermano astronauta envejeciese menos, sino el hecho de que él fue quien perdió energía potencial para reunirse con él. (La energía potencial gravitatoria disminuye cuanto más cerca estamos al núcleo de La Tierra, por eso las cosas caen hacia él). Si el hermano astronauta nunca hubiese vuelto a La Tierra, los dos habrían muerto “a la vez”, suponiendo que alguien pudiese cronometrarles a la vez sin estar con ninguno de ellos (cosa imposible). Hasta el momento del aterrizaje, ambos verían que el otro parecería envejecer más rápido, pero no porque fuese así, sino por efectos de la velocidad de la luz.

Asimismo, en nuestro problema del dragón, al frenar el caballero y perder su energía potencial, la apreciación del dragón sería la correcta y por tanto salvaría su vida.

Resumiendo, sólo tiene sentido hablar de dilataciones temporales cuando dos cuerpos se separan y vuelven a encontrarse en algún otro instante y lugar. Si dicho encuentro nunca tiene lugar, no hay ninguna diferencia “apreciable” entre ambos, o al menos no la hay medible. Las partículas que vienen del espacio viven más de lo normal cuando caen sobre La Tierra porque están frenando, no porque vayan muy rápido, y lo mismo sucede con todos los demás ejemplos.

Tercera categoría: los que creen que entienden la curvatura del espacio-tiempo sin haber visto la base matemática que hay debajo.

Con la llegada de la Relatividad General Einstein explicó todos estos juegos de transformaciones a partir de una reinterpretación de las fuerzas macroscópicas del universo como una geometría de 4 dimensiones que incluye el tiempo.

Los libros de divulgación cuentan que la Relatividad General consiste en suponer que el espacio es una membrana que la masa va doblando de forma que los cuerpos que se mueven por ella se adaptan a las perturbaciones en la membrana. Cuando un cuerpo tiene mucha masa en la membrana aparece un gran hoyo y así se explican los agujeros negros. Nuevamente, muchos se muestran (y nos hemos mostrado) satisfechos con esto.

Ahora bien, ¿aprendemos algo de la relatividad vista así? Quiero decir, la explicación de la membrana nos sirve para entender la trayectoria de cuerpos en el espacio pero no nos sirve para aprender nada nuevo sobre ellos. Las cosas que vemos en los movimientos sobre estas membranas las podríamos explicar con las ecuaciones de Newton. No hemos aprendido absolutamente nada nuevo, salvo una nueva forma de explicar la interacción entre dos masas.

SEGUNDA PREGUNTA: ¿CÓMO EXPLICAS CON EL MODELO DE LA MEMBRANA, QUE NOS AYUDA A VER LOS MOVIMIENTOS DE ALGUNOS CUERPOS, QUE LA RELATIVIDAD GENERAL PREDIGA EL BIG BANG?

La pregunta no es nada de otro mundo, pero sirve para darnos cuenta de golpe de que no sabemos absolutamente nada sobre el tema. Con estos dibujitos tan habituales ni aprendemos a calcular la desviación de los cuerpos que las ecuaciones de Newton se olvidan, ni aprendemos a explicar el Big Bang ni absolutamente nada de las cosas para las que la Relatividad General ha servido.

Brevemente, diré que el Big Bang es una consecuencia de que la cantidad de masa en el universo se pueda suponer constante a lo largo del tiempo. Si el universo no se dilata, toda la masa se concentra, así que la única forma de justificar que no lo haya hecho es que se esté dilatando constantemente en oposición a las fuerzas constrictoras.

La desviación de cuerpos celestes por Relatividad General ya ha sido tratada aquí hace algunos meses, así que si alguien está muy interesado en verlo muy técnicamente le invito a ver esta entrada y sus precesoras.

Sin más, espero que esto haya sido de utilidad.

Comments
11 Responses to “Las dos preguntas con las que hacer pensar a la gente que cree saber relatividad a partir de libros de divulgación.”
  1. Pablo dice:

    No sé a qué grupo pertenezco, pero nunca he leído que se pueda vivir eternamente viajando a velocidades próximas a la luz. Sé que, según Einstein, el tiempo transcurre para el sistema de referencia propio igual, los relojes no se paran, vamos.
    Me ha gustado mucho este post, ya que yo, que soy licenciado en Física, entiendo que no entiendo nada. Por mucho que te lo expliquen tienes que fiarte de los resultados de los físicos teóricos. Es algo así como <>. Aparte de pruebas como la precesión de la órbita de Mercurio, la curvatura de la luz al pasar por el sol, el corrimiento al rojo de las galaxias….todo eso está muy bien, pero ¿quién entiende realmente “algo”, no digo todo, sobre el porqué de esos fenómenos? ¿Cuántas personas en el mundo son capaces de resolver y entender las ecuaciones anteriormente citadas?
    El resto, o sea, nosotros, apenas nada.

  2. Pablo dice:

    Se me borró lo que viene a continuación de la frase “Es algo así como”. Lo que ponía y viene entre es:
    Si los físicos teóricos, que son personas mucho más capaces que nosotros, resuelven (algunos) las ecuaciones de la teoría de la relatividad general y llegan a la conclusión de que en el universo existen tantas dimensiones, que se expande, que el big bang y que muchas otras cosas, me lo tendré que creer, ¿no?

    • Adrián dice:

      Bueno, lo de las dimensiones (alerta de posible equivocación por mi parte) es ya teoría de súper cuerdas y la Relatividad General, por sí misma, sólo se mueve en 4 variables.
      Lo de “tenérselo que creer” es casi una tautología. Quiero decir, yo también me creo la estructura del ADN que eventualmente me cuentan los biólogos, y los orígenes léxicos de las palabras que uso hoy en día que me cuentan los filólogos.
      La cosa está en “creer” en lo que te convenza e “investigar” lo que no te convenza si es de tu interés. Mientras las cosas parezcan tener sentido, no me preocuparé mucho por la veracidad de la teoría electromagnética de Maxwell, por ejemplo.
      Resumiendo mi comentario, tu apreciación es innegable y base de muchas cosas de nuestra sociedad. Otra forma de expresarlo es “de lo que no se sabe por qué lo mejor es hablar sólo para exponer dudas o hipótesis”.

  3. Patricio dice:

    Os agradecería me ayuden a contestar una pregunta que ronda mi cabeza hace tiempo:
    Por qué estamos seguros que cuando miramos a una estrella estamos viendo el pasado, es decir la imagen de esta hace el tiempo que la luz ha tardado en recorrer la distancia entre dicha estrella y nosotros? El tema es que si no mal interpreto la teoría de la relatividad, sería cierto que para nosotros (desde la Tierra) la luz ha tardado ese tiempo en viajar, pero para el fotón que viene viajando a la velocidad de la luz desde la estrella, el tiempo transcurrido debiera ser mucho menor (por no decir cero), por lo tanto lo que vemos no es exactamente lo que para nosotros tardó en llegar a la Tierra, sino lo que para el fotón ha pasado. Por consiguiente, lo que vemos no sería tan antiguo como creemos. Supongo que alguien se habrá hecho esta pregunta y existe una respuesta, sin embargo llevo bastante tiempo buscándola sin éxito.
    No se si está clara mi pregunta.
    Desde luego muchas gracias.
    Patricio

    • Adrián dice:

      A ver, si te he entendido lo que planteas es:
      La luz viene de una estrella. Para la luz no pasa el tiempo. La luz llega en el mismo tiempo. No vemos el pasado.
      ¡¡Mal!!
      El razonamiento es:
      La luz viene de una estrella. Para la luz no pasa el tiempo, pero para el resto del universo sí. La luz llega con su mismo tiempo, mientras que el resto del universo ha avanzado en el tiempo. Nos llega una señal de hace montones de años.

    • Carlos dice:

      La luz tiene una velocidad finita y te esta dando información de ese objeto en el tiempo que ha tardado en recorrer el espacio. Aunque como dices pudiera ser que para el fotón no ha pasado tiempo, ha tardado en propagarse hasta llegar a nosotros y la información es la misma que con la que salió.

  4. Patricio dice:

    Adrián,
    Muchas gracias por tu respuesta. Sabía que estaba equivocado pero no conseguía entenderlo…bueno, no es que ahora lo entienda pero cuando menos tengo la respuesta.
    Será por eso que me habré dedicado a la biología.
    Saludos,
    Patricio

  5. andres felipe rodriguez aguas dice:

    este es un tema bastante viejo pero tengo un cuestionamiento que me tiene loco, si se habla de que segun la relatividad genera hay una “manta” de espacio tiempo que es la explicacion de las leyes de newtons, viendolo desde la perspectiva de una persona que vive en estados unidos, esa “manta” de espacio tiempo como sería vista “teoricamente” desde argentina por plantar un ejemplo. desde argentina la “manta” estaria al lado contrario que el sujeto de estados unidos?

    disculpen si no esta bien formulada ;)

    • Adrián dice:

      El símil de la manta sirve para lo que sirve y has dado con uno de sus puntos flacos. Una comparación a una teoría no es la teoría, y por tanto uno ni puede ni debe intentar plantear con mantas metafóricas todo.

      Saludos!

  6. Toranks dice:

    Cuando dices antes que los gemelos verían que el otro envejece más rápido, ¿no es en realidad más lento? Se están alejando entre sí. Ya sé que esto es viejecito, pero hoy pasaba por aquí xD

    • Adrián dice:

      Depende de con cuál pienses que se tendrían que sentir identificados si el sistema fuese equivalente. Yo lo he escrito como si ambos percibiesen como el de la nave. Tú planteas que ambos percibiesen como el de la Tierra.

Preguntas, correcciones y debate son bien recibidos.

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