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.
Estructuras dinámicas espaciotemporales
A comienzos del siglo XIX se dieron los pasos decisivos para construir matemáticamente geometrías que Gauss denominaría no-euclídeas. De hecho, el propio Carl Friedrich Gauss en 1813 e, independientemente en 1818 Ferdinand Karl Schweikart, desarrollaron las ideas fundamentales de este tipo de geometría en la que el postulado de Euclides de las paralelas no es cierto. Ninguno de ellos publicó sus resultados.
Hubo que esperar a 1830 a que János Bolyai y Nikolái Ivánovich Lobachevski publicasen, también independientemente, sendos tratados sobre geometría hiperbólica para que la geometría no-euclidiana comenzase a ser considerada en círculos académicos. Bolyai acaba su tratado afirmando que no corresponde al razonamiento matemático aislado determinar si la geometría del universo físico se corresponde a una geometría euclidiana o no, sino a las ciencias físicas.
Las geometrías no-euclidianas permiten que se usen las variaciones locales intrínsecas de la curvatura para nombrar las posiciones en el espacio sin tener que recurrir a un sistema de referencia material, lo que supone una vía para regresar a otra versión del espacio absoluto.
En una famosa conferencia impartida en 1854, Bernhard Riemann dio comienzo oficial a lo que hoy se conoce como geometría riemanniana (que es realmente una familia de geometrías). En esa conferencia se introdujeron los conceptos de variedad, métrica (riemanniana) y (tensor de) curvatura. La definición de la geometría en función de un tensor de curvatura es lo que permite su uso para más de tres dimensiones.
Riemann también incluyó en esa conferencia un corolario al comentario de Bolyai: dado que la estructura del espacio físico tiene que determinarse en función de fuerzas físicas, entonces el espacio absoluto no tiene sentido.
Einstein siguió fielmente la idea de Riemann en su* desarrollo de la teoría general de la relatividad. En esto además se nota la influencia de Ernst Mach, cuyo programa de liberar a la física de la metafísica incluía eliminar el concepto de espacio absoluto. Einstein se referiría en 1930 a Ernst Mach como uno de los precursores de la teoría general de la relatividad.
Efectivamente, en 1883 Mach había rechazado las conclusiones del famoso experimento del cubo de Newton con el argumento de que las fuerzas centrífugas surgían en el agua debido a su movimiento relativo con respecto a la masa de la Tierra y la de los otros cuerpos celestes. Así Mach sustituía el espacio absoluto por la distribución de materia en el universo, que sería la que determinaría la inercia de los cuerpos y las estructuras espaciales de los sistemas inerciales locales, dando de esta forma una fundamentación relacionista a la dinámica.
La teoría general de la relatividad de Einstein (1915) tiene una estructura espacial (curvatura o métrica) que varía con la distribución de la materia. Pero si se intenta interpretar la relatividad general siguiendo a Mach, las matemáticas tensoriales representan un problema ya que existen “soluciones del vacío” a las ecuaciones en las que el tensor energía-momento desaparece, es decir, existen estructuras espaciales en ausencia de materia.
Este problema lleva a concluir que cualquier descripción de las propiedades y el estado de la materia implica una métrica como ingrediente indispensable, y esto presupone la existencia de una estructura espacial. Por todo esto, el propio Einstein, que al comienzo le gustaba la idea de Mach hasta el punto de elevarla en 1918 a “principio de Mach”, terminaría rechazándola (1953). En su formulación final son los campos dinámicos (gravitacionales o métricos), pero no las masas, los que determinan las estructuras espaciotemporales que son el fundamento del comportamiento dinámico de todo lo existente en el universo. En otras palabras, el espaciotiempo, en tanto que propiedad del campo, no tiene una existencia independiente.
Con todo, hoy día aún persisten posiciones encontradas sobre el estatus ontológico del espaciotiempo agrupables en dos grandes categorías: sustancialistas y relacionistas.
*Decimos su, porque existe otro paralelo llevado a cabo por David Hilbert
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
Del espacio y el tiempo (III)
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Igor
La charla de Riemann fue en 1854… En realidad creo que se trataba de un conjunto de conferencias que inició ese año
Del espacio y el tiempo (III)
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Pedro Mascarós
Muy buen resumen. Gracias.
Me surge una duda. Desde la idea del espaciotiempo como propiedad del campo; cuando se habla de expansión del vacío, ¿cual sería el campo que produce la métrica en el vacío donde aun no hay materia?
Gracias. 🙂
Tom Wood Gonzalez
Para resolver este enigma, tenemos que partir de dos ideas irreconciliables físicamente, dos ideas que se excluyen. Continuo en el artículo III.
1-O bien la luz no interacciona de ninguna forma con la gravedad (cualquier cosa que sea esta).
2-O bien la velocidad de la luz no es constante.
Aunque no sabemos a ciencia cierta que es la gravedad, el postulado de que la gravedad es universal, es básico para tener y entender el universo actual. Y si la luz interacciona con la gravedad, como de cierta forma postula Einstein: pues “c” no es constante nunca. Y como la constancia de “c”, es un postulado básico de la Relatividad Especial y la Relatividad General; pues las dos están en serios problemas fisicos, para describir de forma rigurosa la realidad.
Tom Wood Gonzalez
Un metafísico-matemático si encontrara ciertas explicaciones, para salir de este dilema.
Por ejemplo, del experimento de Pound y Rebka nos revela que la gravedad si afecta las propiedades de la luz.
http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Pound-Rebka
Aunque al ser un experimento, explicado de forma ondulatoria, no afecta su velocidad. Así que “c” sigue siendo constante. Pero si consideramos, que en última instancia la luz son partículas, son fotones; pues la gravedad sí afectaría su velocidad, igual que cuando pasa por un medio transparente.
http://cuentos-cuanticos.com/2013/12/25/soledad-foton/
A pesar de que se diga, sin pruebas experimentales, que la luz no pierde velocidad cuando atraviesa un medio, sino que se retrasa; por los millones de absorciones y emisiones que se producen en dicho medio. Algo muy difícil de explicar con rigor físico, dada la complejidad y variantes de un proceso así. Y además, sin mucho sentido físico/experimental; ya que no tenemos una teoría especial sobre la emision y absorcion de la luz; porque tampoco tenemos un modelo espacial del electrón. Las teorías de absorción, son conservativas y no de métodos de fuerzas. Así que solo tienen información global de las cantidades conservadas que entran y las que después salen (estilo los métodos lagrangianos). Por lo que eso de millones de absorciones y emisiones de a luz que pasa por el medio, es una especulación, sin veracidad experimental, para encajar lo demás.
Tom Wood Gonzalez
Entonces, como llegado este punto, nadie es todavía dueño de la verdad. Y solo se puede especular, solo se pueden lanzar hipótesis, que encajen con las demás realidades, que de cierta forma encajen de forma lógica con los resultados experimentales y no con las dudosas explicaciones que se les quieren dar. Y como tampoco la naturaleza tiene naturaleza física, sino que la física se la creamos los humanos para entenderla; porque ella no nos revela sus conexiones lógicas, así de fácil, o la primera inspección: Pues especulemos también, hagamos hipótesis lógicas también; porque somos humanos, porque así es que avanza el conocimiento físico de los humanos, sobre la frustrante naturaleza física de la naturaleza.
Tom Wood Gonzalez
Podemos lograr vacíos reales, de 10^-7 pascal de presión, pero en ese vacío real; no podemos anular la fuerza de gravedad. La afectación de la luz por la gravedad (y viceversa); puede explicarse, por millones de absorción/emisión de hipotéticos gravitones/fotones; no lo creo.
Afecta la gravedad, constantemente, a la velocidad de la luz? Y lo que llamamos velocidad “c” de la luz es una especie de promedio, avalado por el método de Einstein de medir la velocidad de la luz.
Bueno, actualmente de forma experimental no tenemos respuesta para eso, tampoco
Que es en esencia la relatividad en física?
Pues es todo aquel método físico-matemático, que permite, que los fisicos “que se mueven a una velocidad y los que se mueven a otra”; usen la misma física para describir un mismo fenómeno. Claro ningún físico podrá viajar jamás montado sobre un electrón ultrarelativista, si no es a través de un lápiz y un papel. Pero la esencia de la la relatividad en física, es esa necesidad de comprensión y homogeneidad en sus leyes ecuaciones.
Por otro lado:
Qué pasa con la velocidad que traía la luz, cuando es absorbida por un ente masivo de menor velocidad, como el electrón? Cae de 300 000 Km/s, a cero, instantáneamente.
Que pasa con la velocidad que adquiere la luz, cuando es emitida por un cuerpo masivo? O alcanza los 300 000 Km/s instantáneamente.
Tom Wood Gonzalez
El bulo de Einstein.
Ya vimos de forma sencilla el bulo de Galileo, veamos el de Einstein:
Einstein y los metafísicos-matemáticos; suponen que un test de su teoría general de la relatividad, es que la luz sea desviada, al pasar cerca de un cuerpo; por la curvatura del espaciotiempo, que crea la energía-momento (o como dicen muchos, la masa) de dicho cuerpo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Relatividad_general
Por lo que el efecto, sería también, bien observado en los cuerpos supermasivos estelares. Ese efecto, dicen que fue medido, usando el Sol.
http://singularidad.wordpress.com/2007/09/11/eddington-y-los-mitos-de-la-expedicion-al-eclipse-solar-de-1919/
http://es.wikipedia.org/wiki/Arthur_Stanley_Eddington
Eso mismo es observado, en lo que se conoce como lentes gravitacionales.
http://es.wikipedia.org/wiki/Lente_gravitacional
Pero yo creo que la desviación de la luz, no es a causa de ninguna curvatura del espaciotiempo junto, sino que eso es a causa de la difracción de la luz.
http://www.fisic.ch/cursos/primero-medio/difracci%C3%B3n-de-la-luz/
Tom Wood Gonzalez
Es diferente la difracción en los distintos estados de la materia, a la difracción en gases ionizados, como los del Sol?
http://haorancmc.blogspot.com/2011/10/capas-internas-y-externas-del-sol.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Sol
De mi protocolo exploratorio para un nuevo paradigma físico, que yo llamo de la interacción Luz-Luz; se deduce que la difracción óptica, no existe como tal. O mejor dicho, es la misma explicación, el mismo fenómeno de la refracción, pero a nivel superficial. En la refracción, cuando la luz, penetra un cuerpo, supongamos transparente; se produce una interacción entre la luz (un campo electromagnético libre) y el campo de de los electrones (un campo electromagnético igual, pero que no es libre, esta confinado) de los átomos que componen la sustancia.
Es decir, se produce una interacción campo-campo (electromagnéticos ambos campos); que yo llamo, por razones experimentales, que no vienen al caso; interacción Luz-Luz. La interacción Luz-Luz; según la intensidad de los campos y los fenómenos que producen, se divide en interacción Luz-Luz débil, e interacción Luz-Luz fuerte.
(La interacción Luz-Luz fuerte, que es donde ocurren cambios cualitativos en los entes que interaccionan: se da en las zonas cercanas a los núcleos atómicos pesados, en los intensos campos electromagnéticos de los aceleradores de partículas, en las interacciones de la materia con los láseres super intensos y en los cuerpos estelares supermasivos. La interacción de esos campos de alta densidad energética; es lo que provoca que los fotones libres se confinen para formar las partículas y las antipartículas. Donde muchas se aniquilan y otras no, más o menos, como todos sabemos. Es decir, ocurren cambios cualitativos en los entes que interaccionan.)
Tom Wood Gonzalez
Es solo, bajo esas condiciones de interacción, de campos electromagnéticos super intensos o lo que es lo mismo, de interacción Luz-Luz fuerte; que podemos tener esa “hervidura” de partículas creandoce y aniquilando. Es solo, bajo esas condiciones que existe el mal llamado vacío cuántico. Pero bien localizado, ya que explico donde si existe o es posible ese fenómeno.
Esa interpretación metafísica-matemática de que existe un vacío cuántico universal, o lo que es lo mismo, una “hervidura” de partículas creandoce y aniquilando en cualquier rincón de tu casa; es solo un invento metafísico-matemático, que se necesita para parchar, o edificar otras metafísicas-matemáticas igual de anti físicas. En la física creada por los humanos, lo que no se puede medir, no existe.
El vacío cuántico universal no será medible nunca, y no porque las partículas virtuales violen la ley-principio de conservación de la energía, para aparecer y desaparecer antes de poder ser medidas; sino porque no existe tal vacío cuántico universal. Es decir, los fisicos nunca podran crear el “vaciometro cuántico universal”, o el “vaciografo cuántico universal”; para llegar a un rincón de tu casa y medir algún parámetro físico de ese vacío cuántico universal que se inventan. Y eso, simplemente porque no existe ese ente o fenómeno físico. Por lo tanto; todo modelo que usted cree sobre la base de un vacío cuántico universal, no existe en este mundo y es sólo metafísica-matemática para incautos.
Tom Wood Gonzalez
Pero en el bulo de Einstein, de que la luz que pasa por el Sol se desvía; porque existe un espaciotiempo junto curvado, la que nos interesa es la interacción Luz-Luz débil.
Es la interacción Luz-Luz débil; la que nos deja ver con claridad, que la difracción y la refracción es el mismo fenómeno. Cuando un fotón pasa cerca de un electrón, se desvía; porque la luz libre (fotón viajero), ha interaccionado con la luz confinada, que forma el electrón. Al no haber un cambio cualitativo en la estructura de ninguno de los entes que interaccionan; pues sólo se aprecia una desviación de la trayectoria de la luz; pues lo que ocurre es una interacción Luz-Luz débil. Fijense, que en rigor es una interacción Luz-Luz (campo-campo electromagnético); y no una interacción de la luz, con el campo del electrón. Ya que el electrón, es luz confinada bajo las condiciones en las que se da la interacción Luz-Luz fuerte.
Por tanto, cuando la luz contornea un objeto y se desvía (lo que se conoce como difracción); está interaccionando con la luz confinada en electrones, que forman ese cuerpo. Y cuando la luz, pasa de un medio transparente a otro, y se produce una refracción, se desvía de la trayectoria que traía del primer medio; pues es porque interacciona igual, con los electrones, o luz confinada en electrones.
No importa si son iones, o cualquier otra partícula, cuando la luz pasa por sus proximidades; se produce una interacción Luz-Luz y se desvía en dependencia de las características de esa interacción. Esa interacción Luz-Luz débil, que se produce entre los gases de la fotosfera solar y la luz que proviene de las estrellas que están al otro lado de él; fue la causa de que los fisicos creyeran, que alrededor del Sol, existe un espaciotiempo junto curvado, que desvía la luz.
Tom Wood Gonzalez
Por otro lado, si cuando la luz es emitida por un electrón en reposo relativo, pasa continuamente de velocidad cero a la velocidad de 3×10^8 m/s; pues la velocidad de la luz no es constante, como postula Einstein para crear su relatividad. O si cuando la luz es absorbida por un electrón en reposo relativo, pasa de 3×10^8 m/s a cero, de forma continua; pues tampoco la velocidad de la luz es constante, como postula Einstein para crear su relatividad.
Pero si para justificar el fenómeno natural de la absorción y la emisión de la luz, por las partículas; hay que asumir que ocurre de forma instantánea; pues tampoco existe la relatividad de Einstein; porque en ella toda interacción tiene un tiempo máximo de velocidad “c”. Viendo esto; pues, la relatividad de Einstein tiene una contradicción intrínseca insalvable.
La única forma de garantizar que la velocidad de la luz sea una constante univerzal; y que la emision y absorcion de la luz por los electrones (partículas) se produzca a la velocidad “c”; es a través de mi modelo de la interacción Luz-Luz. Es decir, admitir que la interacción Luz-Luz fuerte, es un hecho real. Y que la luz se confina bajo las condiciones en las que se da la interacción Luz-Luz fuerte (que ya explique); para formar los electrones (no me extenderé a las demás partículas, para no complicarnos más).
Tom Wood Gonzalez
Entonces, un electrón es luz igual, pero confinada bajo una determinada estructura espacial bien definida; pero diferente de la estructura espacial, bien definida también que tiene la luz libre (foton). De esa forma cuando un electrón absorbe o emite luz; la luz no tiene que partir de cero para alcanzar su velocidad de 3×10^8 m/s (o viceversa); ya que esa es la misma velocidad que tiene la luz que lo forma, en su estructura esféricotoroidal.
Esta realidad física, tan sencilla de entender por todos; es la cantinflesca interpretación que lleva a los metafísicos-matemáticos a meterse en el pantano de decir que: “el electrón es solo una excitación del campo electromagnético del electrón”. Donde específicamente ese campo del electrón, sin electrón (campo del vacío, o solución base, de una ecuación matemática), no solo dicen que es universal (se extiende a todo el universo); sino que también es fantasmagórico, ya que no se puede medir. No se puede medir; simplemente porque no existe y punto. Para los metafísicos-matemáticos, los campos esos (esas estructuras matemáticas), universales y fantasmagóricas; son lo principal; y las partículas lo secundario. Algo así sin sentido, ni mucha utilidad real, más que de un enfoque didáctico de libro de texto; algo como que esta primero: ‘El huevo o la gallina”. Toda esa semántica metafísica-matemática fracasa rotundamente, cuando llegas a un laboratorio, “un ricon de tu casa” y se te ocurre medir ese campo universal y fantasmagórico sin electron, sin la resonancia del CERM, mal llamada Higg; sencillamente, porque no es un campo electromagnético real y que existe, como la luz. Ah, pero ellos, los metafísicos-matemáticos, dicen que sí, que existen y es lo mismo, y yo supongo, que hasta se lo creen. Vaya timo!
Tom Wood Gonzalez
Ahora, si admitimos que el electrón es luz confinada; y como la luz no tiene masa: De donde sale la masa que le medimos? Pues la masa (sea inercia o gravitatoria, después lo claro mejor) es una propiedad que emerge del momento angular de circulación de esa luz confinada en forma de electrón. Pero como todo es luz, sea libre o confinada; el momento angular, queda relacionado por una misma constante: Y saben cual es esa constante? Pues ni más ni menos, esa constante no es más que la “h” de Planck. Es decir, esa es la interpretación de la constante de Planck que nadie sabía, o comprendía. Oh, pero esperen; porque el espín se expresa en función de “h”! Efectivamente, el espín del electrón; es es el momento angular de circulación de la luz que lo forma en su estructura efericotoroidal, observado por primera vez, a través de la interacción del vector magnético de esa luz confinada, con un campo heterogéneo de un imán permanente.
http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Stern_y_Gerlach
Miren como de la interacción Luz-Luz, salen de forma facial todas las explicaciones de los fenómenos fisicos; sin necesidad de inventarnos fantasmas metafísicos-matemáticos.
Por ejemplo, confirma la predicción del modelo estándar; de que las partículas carecen de masa. Por lo que salimos del susto que eso le provocaba a los fisicos; que los llevo a inventarse un campo extra, una calibración, un gauge, para agregarselo al “lagrangiano” del modelo, y que apareciera la masa (inercia) que se le siente a los cuerpos en reposo relativo, cuando tratamos de moverlos o sacarlo de este.
http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo_de_Higgs
https://culturacientifica.com/2014/02/25/del-campo/
Pero que trae más desgracias; que felicidad física. Pues ese campo fantasmagórico, tiene una exitacion con masa, que llaman Higg.
http://freelancescience.wordpress.com/2014/02/03/sobre-la-naturaleza-de-la-masa/
Pero a ese Higg quien le dio su masa? Pues agreguemos, inventemos otro campo metafísico-matemático parecido, que le de masa. Pero ese campo suprahigg, tiene una excitación, conjurada en particular. Pero ahora, quien le da masa a esa otra partícula? Mejor no sigo; porque sé que la idea se cae de la mata.
En resumen, la masa no es una magnitud fundamental en física, como se deduce del modelo estándar; aunque se conserva constante en cada partícula, dado que el momento angular de circulación de la luz que la forma, depende de una constante universal, como es “h”.
Otra explicación más. Del modelo de la interacción Luz-Luz; también se puede extraer que la carga eléctrica, no es una magnitud fundamental, y que solo es una propiedad física que emerge del campo eléctrico de la luz confinada que forma la partícula. Lo que tampoco introduce ninguna contradicción, con que a nivel global, hasta dónde son capaces de medir nuestros instrumentos actuales; se conserva constante para cada partícula.
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