viernes, 14 de marzo de 2008

¡La Fuerza está contigo, joven SkyWalker!



Bueno creo que ya ha quedado bastante evidenciado mi predilección por las películas de StarWars, aunque no es la saga que más me guste si es una de las que más me gustan.
Pero este post, tampoco va de la Guerra de las Galaxias, pero tiene que ver con el título.
Lo cierto es que la teoría de Qui-Gon Jinn sobre la fuerza y los midiclorianos me parece un poco chapucera y mancha la "magia" que inicialmente rodeaba a lo que se conocía como "La fuerza", de hecho Yoda en el episodio V, cuando entrena a Luke, no menciona nada sobre los midiclorianos (quizás sea porque se hicieron antes :P). Ya decía Yoda: "...Para mi, el aliado es la Fuerza, y es un poderoso aliado. La vida la crea y la hace crecer, su energía nos rodea y nos une, nosotros ¡seres luminosos somos! no esta materia bruta. Debes sentir la Fuerza a tu alrededor, aquí, entre tu y yo. El árbol, la roca, por todas partes...incluso entre la tierra y la nave."
Me quedó claro que la Fuerza era una cosa "mística" cuya naturaleza no se conocía y que bañaba todo el universo.

Gravedad
Hoy en día, en nuestro universo real, tenemos una cosa bastante parecida a la Fuerza de StarWars, casi "mística" y hasta hace poco, de naturaleza desconocida. La Gravedad. Bueno digo que era de naturaleza desconocida hasta hace poco, pero lo que hoy en día sabemos sobre su naturaleza son teorías que aún no están acabadas. Einstein hizo una aproximación macroscópica de la naturaleza de la Gravedad, pero a nivel cuántico, a nivel de las partículas subatómicas no se comprende bien lo que es.
Existen otras fuerzas aparte de la Gravedad. La fuerza Electromagnética, la fuerza Nuclear Débil y la fuerza Nuclear Fuerte. Todas ellas se describen en física mediante el concepto de campo. Pero no está claro qué narices es un campo. Se dice que un campo de fuerzas es una región del espacio a la que cada punto se le dota de una característica en particular, una fuerza, un objeto situado en dicho punto está sometido a una fuerza. Así, un campo gravitatorio es una región del espacio en la que cada punto tiene una tendencia determinada por una fuerza. Pero no se sabe porqué ese campo hace que un punto determinado adquiera esa tendencia.
Según Newton, una fuerza ocasiona una aceleración, por lo que la consecuencia más inmediata de la existencia de un campo sobre un objeto con una masa determinada, es que ese objeto adquiera una aceleración. Todos los campos operan de la misma forma, una masa se acelera en un campo gravitatorio de la misma manera en que una carga se acelera en un campo electromágnético.
Pero la cuestión es que no se sabe cúal es la naturaleza de esa fuerza ni cual es la causa de que exista un campo o qué es realmente un campo.

Espacio-Tiempo curvo
La clave de Einstein fue suponer que la naturaleza de la Gravedad debería estar ligada al propio espacio-tiempo. Que sin espacio-tiempo no debería existir la gravedad. Para Einstein, el espacio-tiempo se curva de tal modo que las trayectorias rectilíneas y uniformes de los objetos en un espacio plano euclídeo se tornan elípticas o circulares en un espacio deformado. La cantidad de aceleración que una masa adquiere en un campo gravitatorio queda determinada por el grado de curvatura del espacio-tiempo, el campo gravitatorio no es más que una zona curvada del espacio-tiempo. La fuerza gravitatoria queda reducida a una cuestión geométrica.
Einstein fue un poco más allá e investigó sobre fuerzas que no están causadas por un campo gravitarorio, por ejemplo, un coche acelera porque el motor de combustión genera un par de torsión, una fuerza, que hace que el coche acelere. Un cambio en la trayectoria de un objeto genera una fuerza. Einstein intuyó que las fuerzas que experimentamos diariamente, (sin incluir las fuerza gravitatorias o nucleares) son de la misma naturaleza que la fuerza gravitatoria. En cualquier caso es la geometría del espacio-tiempo lo que causa una aceleración. Cuando una nave espacial simula la gravedad girando sobre sí misma creando una fuerza centrífuga que te presiona sobre las paredes exteriores, se puede ajustar la velocidad de giro para que esa fuerza sea exacta a la fuerza de la gravedad en la Tierra simulando perfectamente la situación. Einstein nos dice que la gravedad terrestre y la artificial son indistinguibles.

Ralladura de olla
Esto me lleva a pensar que la fuerza que yo soy capaz de ejercer, por ejemplo el par de torsión que tuve que hacer el pasado martes para levantar el coche con el gato para cambiar una rueda pinchada, no es sino una consecuencia de algún oscuro mecanismo que curva el espacio y el tiempo.
Además, la curvatura del espacio-tiempo hace que el tiempo discurra más lentamente en la zona donde el espacio está más fuertemente curvado, así, en el lugar donde se produzca una mayor aceleración, mi mano y el agarre del gato, el tiempo discurrirá más lentamente (ligerísimamente).

Las ideas de Einstein proporcionan un marco maravilloso para explicar qué es una fuerza y qué es un campo. Resulta que el espacio-tiempo es una entidad maleable y deformable que se puede estirar y contraer, y una curvatura local del espacio-tiempo determina un campo gravitatorio. Es esa misma intuición brillante de Einstein de reducir las fuerzas a la geometría lo que impulsa a los físicos actuales a hacer lo mismo con el resto de fuerzas. Pronto la Fuerza dejará de ser algo "místico" o mágico tal y como lo es en el universo de StarWars.


2 comentarios:

Leonardo dijo...

Me ha gustado mucho el post, espero más sobre el tema...

Una cosa que me ha llamado siempre la atención es el mito que existe sobre que la Teoría de la Realidad viene a decir que "todo es relativo" (he oido esto muchísimas veces)

La Relatividad no dice que todo sea relativo. Las leyes de la Física y sus magnitudes no son relativas, no están referidas a un lugar en concreto. Si "todo fuera relativo" entonces habría leyes de la Física que funcionaran en tu casa y no en la de tu vecino. La relatividad más bien dice que ninguna ley física es relativa a ningún sistema de referencia absoluto porque de existir este sistema de referencia, nos es imposible conocer cual es. Así que más bien, la Relatividad diría que NADA es relativo.

PD: Habría que aclarar que esto tampoco es lo mismo que decir que "todo es absoluto" :-D

Juanma dijo...

Efectivamente Leo. La Teoría de la Relatividad tiene el nombre mal puesto, debería llamarse Teoria de la Absolutividad. Establece un límite absoluto para las velocidades de los cuerpos en el espacio-tiempo: la velocidad de la luz en el vacío.

El concepto de espacio-tiempo está ligado íntimamente al concepto de velocidad absoluta en infranqueable de la luz. Sobre esto leí un texto muy bueno en el Libro de Green: "El Tejido del Cosmos", que me hizo comprender que el espacio-tiempo es el lugar en el que todos los objetos van a la misma velocidad, pero ¡Ojo! es velocidad en el espacio-tiempo no solo velocidad en el espacio. Cuando un objeto está parado en el espacio no lo está en el tiempo, su velocidad es toda velocidad en el tiempo. Cuando un objeto empieza a moverse aquiere velocidad en el espacio a costa de perder un poco de velocidad en el tiempo, de forma que a medida que la velocidad en el espacio aumenta, su velocidad en el tiempo disminuye. Cuando la velocidad espacial es la velocidad de la luz, su velocidad en el tiempo es cero.

Para ver esto mas claro imaginemos que voy andando en dirección Norte a 5 km/h, mi velocidad hacia el Este es de 0 km/h porque toda mi velocidad es hacia el Norte. Si tomo rumbo Norte-Este manteniendo mi velocidad de 5 km/h, parte de esa velocidad será en sentido Norte y otra parte en sentido Este. Y si tomo rumbo al Este mi velocidad en sentido Norte será cero.
Lo mismo pasa con el espacio-tiempo. En el espacio-tiempo el espacio y el tiempo están tan ligados entre sí como los sentidos Norte-Sur y Este-Oeste. Y lo que la teoria de la Relatividad nos dice es que la velocidad de los cuerpos en el espacio tiempo es constante, solo varía la cantidad de velocidad que dedicamos a espacio o a tiempo. De ahí que sea más apropiado denominarlo teoría de la Absolutividad.

Saludos.