Del espacio y el tiempo (I)

Experientia docet Del espacio y el tiempo Artículo 1 de 3

Del espacio y el tiempo

La evolución de nuestra concepción actual del espacio y el tiempo, íntimamente ligada al desarrollo de la física, puede ser dividida en tres etapas. La primera, a la que denominaremos absolutismo, estuvo dominada por los conceptos absolutos de espacio y tiempo de Newton. La segunda, que llamaremos espaciotiempo, girará en torno a este concepto de Minkowski. Finalmente, la tercera, la que se corresponde con nuestras ideas actuales, a la que nos referiremos como estructuras dinámicas espaciales y temporales, toma como eje las estructuras de Einstein constituidas por campos gravitacionales que interactúan con objetos materiales y otros campos físicos.

Absolutismo

El siglo XVII supuso la ruptura con muchas concepciones escolásticas del mundo material, muchas de ellas heredadas del aristotelismo a través de Tomás de Aquino. Entre éstas estaba la concepción del espacio y el tiempo como accidentes de la sustancia. Frente a esta idea, que no dejaba lugar para el vacío y asumía que el tiempo era el mismo en todas partes al mismo tiempo, los filósofos naturales del XVII jugaban con la idea del atomismo y otros sistemas que le daban al espacio una existencia independiente.

En esto la posición de René Descartes fue intermedia. Si bien rechazaba la idea del espacio como un contenedor inmaterial, infinito e inmóvil de partes indistinguibles, sí concebía que tuviese una existencia independiente, incluso material, ya que lo caracterizaba como extensión y lo identificaba con la materia. De ahí que no admitiese la existencia del vacío, coincidía con Aristóteles en el plenum, y que afirmase que el movimiento sólo podía transmitirse por impacto, que el movimiento de un cuerpo sólo podía medirse en relación a otros, que el movimiento total en el universo tiene un valor constante (hoy diríamos que el momento se conserva). La conservación del movimiento le sugirió el principio de inercia, según el cual el movimiento rectilíneo uniforme es equivalente al reposo; pero el reposo requiere para su definición un sistema de referencia inmóvil que, paradójicamente, es incompatible con el universo cartesiano en perpetuo movimiento.

A la hora de formar sus teoría del movimiento, Isaac Newton reconoció la importancia del principio de inercia de Descartes, lo transformó radicalmente y le dio nuevos fundamentos conceptuales. Al concebir la inercia de un cuerpo no como una expresión de la conservación de su movimiento sino como una cualidad medida como masa, Newton dio lugar para que la fuerza, algo externo que produce el movimiento a la masa inerte, pudiese ser considerada una entidad primitiva, esto es, algo cuya existencia es independiente de los cuerpos. Pero para que esta versión revisada del concepto de inercia tuviese sentido y fuese consistente Newton se vio forzado a elevar el vacío de los atomistas a entidad primitiva también.

Cubo de NewtonSi el movimiento tiene lugar sólo en relación con otros cuerpos, entonces podemos prescindir de un espacio inmaterial e inmóvil como sistema de referencia; pero si existe el movimiento absoluto, entonces el sistema de referencia tiene que ser un concepto primitivo (el espacio absoluto). Newton ilustró esta idea con el movimiento del agua en un cubo en rotación como prueba de una fuerza centrífuga generada por una rotación en el espacio absoluto. Newton describió este espacio como una entidad que, en su propia naturaleza, sin relación a nada externo, se mantiene siempre igual e inamovible. De la misma manera, y sin argumentarlo mucho más, Newton definió el tiempo verdadero como el tiempo absoluto que, de sí mismo y por su propia naturaleza, fluye sin variación ni relación a nada externo. Newton entendía que el espacio y el tiempo absolutos eran atributos de Dios, uno expresando su divina omnipresencia y el otro su divina eternidad.

La visión newtoniana del espacio y el tiempo como entidades absolutas fue criticada por Christiaan Huygens y Gottfried Leibniz. Huygens intentó interpretar la rotación como un movimiento relativo de las partes del objeto rotante, desplazándose a diferentes lugares siguiendo direcciones diferentes, y argumentó que este movimiento relativo daba una apariencia de fuerza centrífuga en el experimento del cubo de Newton. Pero este argumento no tuvo éxito porque en un sistema de referencia en rotación, las partes están en reposo pero la fuerza centrífuga no desaparece.

Leibniz empleó sus principios de la identidad de los indiscernibles y de la razón suficiente para rechazar el espacio y tiempo absolutos de Newton e insistir, de forma característica, en que en el espacio absoluto y homogéneo de Newton Dios no habría tenido razones para crear el mundo de la forma en que lo hizo en vez de hacerlo de otras infinitas maneras posibles. Pero, dado que Leibniz tenía que aceptar la rotación como un ejemplo de movimiento absoluto y no ofrecía ninguna hipótesis alternativa para acomodarlo, el resultado fue que sus argumentaciones metafísicas no tuvieron mucha influencia en sus contemporáneos.

En los dos siglos posteriores a Newton los filósofos naturales aceptaron el espacio y el tiempo absolutos como los cimientos de las ciencias físicas. El único que se atrevió a retar significativamente el absolutismo newtoniano fue Inmanuel Kant. Según sus ideas, de enorme influencia, somos nosotros los que imponemos el espacio y el tiempo al universo como el marco en el que podemos intuirlo. La visión kantiana a priori del espacio sólo colapsó con el descubrimiento de las geometrías no euclidianas a mediados del siglo XIX. Sin embargo, sus argumentos trascendentes acerca del espacio y el tiempo como prerrequisitos necesarios para la experiencia resurgieron cuando Niels Bohr y muchos otros se preocuparon por anclar la física cuántica en observables clásicos en el espacio y el tiempo.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

26 comentarios

  • […] Ver noticia original Fecha de alta: 11-03-2014lamazmorradelandroide.com, Del espacio y el tiempoValoración: 3 sobre 5 <<<8 de los inventos más locos presentados a la oficina de patentes de EEUU (eng) Como tratar los miedos infantiles>>> […]

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Una síntesis genial. Bueno dejame comentar aquí, uno de los pocos espacio donde todavía no me moderan (censuran).
    Muy bueno que se enlace a Aristotele; porque todo el mundo lo critica despectivamente, lo pone como un tarado, para afianzar los descubrimientos posteriores; sin darse cuenta que la profundidad con que sintetizó los conocimientos de su época, y sus profundas concepciones naturales, están implícitas en todas las físicas actuales.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_del_cubo_de_agua
    Te fijas que porqueria de explicación; tanto física, como histórica, de algo tan trascendental! Yo creo que no entienden de qué hablan o tratan el tema, solo porque se hace necesario enlazarlo desde otros textos donde se menciona. Creo haber visto en espanol, un análisis más profundo; en algún otro lugar; pero bueno, Wikipedia se impone por la fuerza de las costumbres y porque tendrá servidores más perdurables. Y para colmo, se van de tema, dejando el análisis interpretativo del experimento en ascuas, por la ansiedad servil de citar gente famosas. Es una enfermedad muy común que padecen los metafisico-matemáticos copy/paste oficialistas actuales, de la que parece que Wikipedia tampoco puede escapar.

    No es imperdonable que saltes de la inercia, del MRU, y el reposo de Descartes, a Newton; sin mencionar siquiera, el relativismo (sistemas de referencias) experimental de Galileo?

    • Avatar de Laura

      Wikipedia pertenece al mundo. Si te parece que un artículo está mal corrígelo o edítalo de nuevo. La comunidad te lo agradecerá!

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    “A la hora de formar sus teoría del movimiento, Isaac Newton reconoció la importancia del principio de inercia de Descartes, lo transformó radicalmente y le dio nuevos fundamentos conceptuales. Al concebir la inercia de un cuerpo no como una expresión de la conservación de su movimiento sino como una cualidad medida como masa, Newton dio lugar para que la fuerza, algo externo que produce el movimiento a la masa inerte, pudiese ser considerada una entidad primitiva, esto es, algo cuya existencia es independiente de los cuerpos. Pero para que esta versión revisada del concepto de inercia tuviese sentido y fuese consistente Newton se vio forzado a elevar el vacío de los atomistas a entidad primitiva también.”

    Brillante ese párrafo: La fuerza “pudiese ser considerada una entidad primitiva”; al igual que “elevar el vacío de los atomistas a entidad primitiva”. La fuerza y el vacío de los atomistas antiguos pudiese ser considerada una entidad básica; de las que hay que partir intelectualmente, para poder crear la física.
    Actualmente, los metafísicos-matemáticos consideran que la fuerza no es una magnitud fundamental y el vacío está lleno de una hervidura de partículas virtuales, etc, etc.
    En primer lugar no pueden demostrar experimentalmente, que exista un vacío cuántico universal, ya que no lo pueden medir, por ser fantasmagórico y omnipresente. Y sólo pueden medir vacío local, en experimentos locales, donde siempre hay un tercer agente (un fuerte campo electromagnético o gravitacional: como en los aceleradores de partículas, cercanías de núcleos atómicos pesados, cuerpos estelares supermasivos,…) que ignoran intencionalmente, y que al no tenerlo presente en sus modelos metafísicos-matemáticos, les hacen salir partículas de la nada energética.
    Violando descaradamente las leyes de conservación, que son leyes primitivas (básicas, primarias, de las que se parte) en la física, y columnas vertebrales, sin las cuales se derrumba todo el edificio físico de la concepción experimental, y con el; el metodo cientifico. Cuando en realidad, esas partículas, no son más que un producto, de la confinación de las energías campos; en energías masas, “al extraer, usar esas energías extras, no fantasmagóricas, tan intensas, tan densas”.
    Su mala formación fenomenológica, no los permite interpretar correctamente ese fenómeno y decenas de muchos más, tampoco. Ni ajustar su metafísica-matemática, a algo con más sentido común físico; que campos fantasmagóricos y omnipresentes, inmedibles físicamente, estilo neoeters. Y partículas virtuales, inmedibles físicamente, que violan lo más fundamental; las leyes de conservación. De ahí, que se inventen esos guiones cinematográficos sin sentido comun físico, de fisica didactica, para autocomplacerse y complacer al populacho científico.
    https://culturacientifica.com/2014/02/25/del-campo/
    Pero creo que eso lo podremos discutir mejor en la última entrada, por la cual guardaremos desesperadamente.
    En segundo lugar, la fuerza fue, es y será siempre una magnitud fundamental; según mis meditaciones físicas. Lo que no entienden los metafísicos-matemáticos (siempre según yo, mis ideas, claro,…), es que de los dos métodos de resolución de problemas físico (el de fuerzas o dinámico y el energético), que nos da la Mecánica, y que heredan los otros cuatro paradigmas siguientes; dada nuestra escasa imaginación física actual, solo estamos profundizando en el método, técnica o modelo energético, porque ser el “más sencillo”. El método energético es el “más sencillo”, pero tiene un grave problema; es un método global en el que se pierde una rica información física. Eso hace que casi siempre en los problemas complejos, conduzca a los famosos infinitos matemáticos, que tanto asustan y hacen especular a los metafísicos-matemáticos. En resumidas cuenta, la técnica más común, de moda, la que se usa, por ser la más general dentro del modelo energético; es la de Lagrange. Por ahi salen las famosas normalizaciones, y las calibraciones o gauges.
    http://cuentos-cuanticos.com/tag/simetria-gauge/
    Esta última, una chapucería técnica, que casi me cuesta la carrera; cuando dije que las ecuaciones de Maxwell, comparadas con las de Newton, no tenían fluidez física (viene planteadas en términos de campos (E y B), y después necesitas pasar al potencial vector y el potencial escalar; que tienes casi asignarlo por experiencia, sin reglas definidas, para cada situación), ni elegancia “artística”, eran casi una asignación tosca a muchas situaciones experimentales.
    http://cuentos-cuanticos.com/2013/11/15/ecuaciones-de-maxwell-y-relatividad/
    (caramba volví a los malditos campos)

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Esa moda y su derrotero teórico, te lleva a pensar que el método de fuerza o las fuerzas, ya no son fundamentales. Lo que para mi es todo lo contrario; si queremos entender de verdad la naturaleza, tendremos que crear métodos dinámicos, de fuerzas; para que podamos modelar como interaccionan sus estructuras más elementales. Dejemoslo ahi; porque creo que esto es demasiado fuerte, para que se entienda, por personas con ideas ya muy arraigadas, debido a sus deudas de gratitud formativas.

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Por otro lado la segunda ley de Newton, es la que “habla” teóricamente de fuerza sin cuerpo; porque eso queda recogido en la primera. Inercia: Es la propiedad que tienen los cuerpos de conservar su velocidad (para el reposo v=0 m/s) en la ausencia de otro cuerpo sobre el.
    Y por último decir que la masa (la carga también) como medida de la inercia del cuerpo; aunque se conservan de forma neta, que es lo que se puede medir experimentalmente, desde los cinco paradigmas actuales; no es una magnitud fundamental: sino una propiedad emergente, o que emerge del momento angular de circulación del fotón libre, al confinarce (romper su simetría cinemática) para formar al electrón (ahora no me metere en los demás leptones y hadrones, sería muy largo, aunque fácil de entender). Esa resistencia al movimiento, por un cuerpo en reposo, que es proporcionar a la fuerza, e inversamente proporcional a la aceleración ( angular del fotón confinado); es el efecto de inercia que todos los seres vivos sienten, y demás cuerpos que se la medimos. Pero que, al no entenderse a nivel básico, de donde sale; pues para que la física no se estanque hay que postularla, APRIORI. Igual de a priori, que Einstein, al postular, que la velocidad de la luz es una constante, independiente del estado de movimiento de la fuente que la produce. Pero, es que para saber eso, tendrías que introducir un método de fuerza, que explicara la absorcion y emision de la luz, por los cuerpos masivos; a nivel fundamental. Justo en el momento que sale la luz a “c” de un cuerpo con menor velocidad menor que “c”. Y de eso también trata mi protocolo exploratorio para un nuevo paradigma fisco. Por el método de conservación lagrangiano, eso no es posible hacerlo. Y por eso, ahi esta la base del nuevo paradigma físico, que deberá surgir; y no tratando de cuantificar lo incuantificable y tonterías semejantes, en las que se gastan fortunas.
    La carga, aunque se conserva también de forma neta, global, dada nuestra escala experimentar actual; también es una propiedad que emerge del campo eléctrico del fotón al confinarse para formar el electrón.

  • Avatar de santaklaus

    Hola Tom Wood González. Me gusta eso de “es una propiedad que emerge del campo eléctrico del fotón al confinarse para formar el electrón”. Se nota que sabes mucho.

    • Avatar de Tom Wood Gonzalez

      «Hola Tom Wood González. Se nota que sabes mucho.»
      Al contrario de la mayoría de los fisicos; yo creo que todos somos inteligentes, talentosos, importantes en nuestros roles, y tenemos más o menos cultura, o experiencias, sobre alguna esfera del desenvolvimiento humano. Unos en física, otros en deportes, en cocina, mecanica automotriz, psicología, atención paramédica, plomeria, jardineria, limpieza de calles, reciclaje,…
      Pero nunca te fijes en la persona, o la personalidad del que hace el comentario, sino en lo que dice. Y si te es interesante, aunque te parezca disparatado, pregúntale sobre lo que escribe o lee lo que escribe. Yo leo a personas, que para mi dicen muchos disparates, y siempre sacó de ellos, algunas ideas, que para mi no lo son, o son útiles. Así que visto de ese modo, todos saben mucho o algo que yo no se.
      Por ejemplo, algo que viene al caso, leyendo a Miller; uno que creen loco también.
      http://unicorns-in-a-nutshell.blogspot.com.es/
      Aunque no comparto muchas de sus interpretaciones, no he tenido tiempo por ahora, de leer todo lo que dice; si me parecio interesante su idea sobre que es técnicamente el tiempo físico. El dice que el reloj mide implícitamente una distancia. Pero lo que él dice, se refiere al reloj mismo, así que no confundir (a priori, no son el mismo análisis, aunque tal vez lo pueda relacionar, a futuro), con el artificio matemático de multiplicar «c» por «t» que hace Minkowski, para para tener dimensión espacial, supongamos expresada en metros. Y que después sirve para desatar, todas las diarreas semánticas, o de magias física, que tanto le gustan a los metafísicos-matemáticos, las que ya casi todos conocemos.
      Y yo estoy meditando en su idea, a ratos, aunque sirva o no para la física; simplemente porque no me parece un disparate ilógico. Creo que el dice algo así (tal vez yo esté yendo más allá con su idea, pero en fin, parto de su idea), como que los relojes, en su esencia misma, en algun lugar de su «corazón tecnico», siempre miden distancias. Tal ves distancias periódicas, con MRU (para lograr exactitud); en los casos más sencillos y tradicionales. Es decir; para que se entienda mejor, que si tu empatas esas distancias, en segundo, por ejemplo; la longitud total; sería como la vida útil del reloj.
      Esto en profundidad, nos podría conducir; a que en el espacio, para caracterizar el movimiento con completitud, necesitas de algo así como: un espacio extra (no confundir con una romántica dimensión extra, 4D, 5D,…), de movimiento controlado, «educado» a la medida de las limitaciones intelectuales humanas, algo que sea movimiento también, pero sencillo de entender. Que no sea suficiente, largo, ancho y altura insustancial, para interpretar; el cambio de largo, ancho y altura, de un cuerpo. Y tal vez por ahí, lleguemos hasta la conclusión de que el tiempo fisico (tecnico), en realidad no existe. O que el reloj, en su estado básico (o primitivo, como le gusta decir a César), es distancia también.
      Si yo leyera mi comentario; hecho por otro, o pudiera conversar con él, le haría miles de preguntas. O como es un blog, le haría al menos algunas. Fijate que la mayoría de mis ideas son originales, pero al contrario de lo que muchos se creen, no atacan la física establecida y demostrada. Solo aportan derroteros investigativos; que la enriquecen. Por eso es que las personas se van contra mi persona. Si fueran argumentos fisicos sin sentido, pues traerian la discusión al plano científico. Que en ocasiones me salgan disparates; pues claro, yo estoy muy consciente de ello, y no tengo miedo a eso, ya que trabajo en la frontera del conocimiento físico. No como muchos que se creen iluminados o investigadores (descubiertos anteriormente por otros) fisicos; cuando en realidad se mueven en la física ya didactizada. Claro que ahí no se van a equivocar mucho, porque no están pisando terrenos inexplorados para la ciencia. Pero eso no investigar; sino reproducir mecánicamente o suspicazmente; los descubrimientos de otros, para que los ignorantes les revienten palmadas, halagos y hasta cohetes.
      Pero a mi lo que me motiva, lo que disfruto, es descubrir la naturaleza física de lo desconocido. Acaso cuando Faraday, supuso que el campo electromagnético y la luz; eran lo mismo (cuando unificó, intelectualmente el espectro electromagnético), basado en su cosmovisión de múltiples experimentos (colaterales) de los que hoy sabemos, que se podía intuir eso; pero sin haber encontrado alguno todavía, para demostrarlo: No estaba diciendo un disparate?
      Yo investigo sobre algo, cuando no me gusto la explicacion que me dan, o cuando creo que existe un nivel más básico; que es en realidad, el que lo explica mejor. Y desde un tiempo después de graduado, adopte el método antiguo de partir de la física y despues interesarme en la matemática que lo modela. Que es diferente, a la educación que dan el dia de hoy, las facultades de físicas; por múltiples razones sociales, políticas y económicas, que ya he comentado y que dan lugar a tantas diarreas semánticas y antinaturales.
      Por ejemplo, yo le preguntaría a Tom Wood, y tal vez eso lo modificaria más; que una simplona ironía:
      Por que si la masa inercial (la masa relativista, ya sabemos que no lo es,… depende de la velocidad,…)la que sale del reposo relativo(este último, apellido galileano, muy importante, que olvidó poner siempre, por la costumbre de solo hablar conmigo mismo) y la carga no son magnitudes fundamentales; la masa de todas las partícula es diferentes y la carga de todas esas mismas partículas, son iguales?
      O por que la aceleración gravitatoria de caída libre de todos los cuerpos, independientemente de su masa; es la misma?
      O si tu protocolo de modelo, puede explicar la distribución caótica, sin reglas descubiertas, de masa; de los fermiones del modelo fenomenológico estándar? Que es una de las causa mas importantes, de la frustración de los fisicos teóricos actuales? Y la que los lleva a inventarse, por falta de imaginación para relacionar todo ese espectro «caótico» de masa; un campo exterior (viejo truco físico, de algo efectivo y correlacionado) fantasmagórico, que le da masa a algunos bosones o diarreas parecidas, sin sentido común físico para nadie, ni forma experimentar clara, de comprobarlo.

  • Avatar de Aoristo

    Hola, me parece genial tu entrada. Me parece horrible tener a la izquierda, 4 iconos que me persiguen durante toda la página con la intencion de compartirla en alguna plataforma. Es realmente incomodo. Gracias.

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Aquí creo que tuvimos un debate sobre el tiempo, que aunque como siempre quedo incompleto; a mi modo de ver, fue bastante fructífero.
    http://cuentos-cuanticos.com/2013/10/30/tiempo-y-fisica/#comments

    Ahora, sobre el espacio físico, el real, sin metafísica-matemática; diré que creo que existe una sola forma de caracterizarlo con completitud. Y es a través de un espacio de tres dimensiones (3D). Con 1D, 2D, 4D,… no se puede caracterizar en completitud, el espacio físico real. Eso nos dice que el espacio físico de los humanos, es un volumen euclidiano. Ya se las miles de complicadas ideas espaciales que existen y cada cual puede creer lo que más se le adapte a su cosmovisión intelectual. Y de seguro los habrá, hasta viajando por dimensiones extras, o estableciendo comunicación con extraterrestres en 4D, 5D,… Pero repito, el espacio real en el cual yo creo, es el 3D. Para mi, lo demás son formas intelectuales, matemáticas, metafísicas-matemáticas,…que en ocasiones nos ayudan a razonar, pero yo hablo de la realidad física del mundo en que vivimos.
    Agregar además, que el espacio y el tiempo vistos con profundidad filosófica, fueron, son y serán; como entes insustanciales. Como creaciones intelectuales, de las que la física no puede separarse. Es decir, son magnitudes muy especiales dentro de la física y dentro de nuestro cerebro; de ahí las miles de controversias que provocan. Nuestro cerebro hace uso imprescindible de ellas, consciente, y en su estado inconsciente.

  • Avatar de Tom Wood Gonzalez

    Usted puede decir que una partícula es un punto, sin dimensión; como hacemos con el electrón. Usted puede tener un hilo muy fino cargado y decir que tiene 1D. Usted puede decir que un haz de partículas es unidimensional. Una placa de grafeno y decir que es 2D. Un globo real, que se expande, y decir: que es una superficie esférica (2D) y sin bordes.
    Pero en la naturaleza, en el mundo real, todo lo que usted suponga y sea sustancial, siempre esta en 3D. Incluso el mismo universo, si es finito, lo siento por los metafísicos-matemáticos, tiene que tener bordes; porque esta en 3D. Claro, que nuestra teoría actual del universo es la de universo que sale de un Big Bang, y por lo tanto finito; y no por que lo sepamos, sino porque es la única forma de tener una teoría matemática del universo. Pero dejemos eso para la entrada del espaciotiempo juntos.

  • Avatar de Ignacio

    Bonita la historia, pero entonces cual es la vision actual sobre espacio tiempo? no me ha quedado claro estamos en un espacio-tiempo unidos o podemos decir tiempo refiriendonos a un ente independiente del espacio? si la relatividad nos habla de deformaciones en el espacio en precencia de materia o energia ( son los mismo pero bla bla) podemos imaginar al ver por ejemplo un satelite en el cielo nocturno que sufre una variacion temporal? es esto correcto?

  • […] al desarrollo de la física, puede ser dividida en tres etapas. La primera, a la que denominaremos absolutismo, estuvo dominada por los conceptos absolutos de espacio y tiempo de Newton. La segunda, que […]

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