¿La teoría de la invariancia es física o metafísica?

La hipótesis que plantea Einstein en sus artículos de 1905 no es solo elegante y simple, es de consecuencias enormes, aunque estas consecuencias fueron tan sorprendentes en su momento como aún lo son hoy cuando se las aborda por primera vez. Tan contraintuitivas son, que todavía hoy son legión los que afirman que Einstein estaba equivocado (el que ello esté relacionado con el antisemitismo de la llamada “física alemana” nazi, es un factor menor, aunque no marginal).

Recopilemos algunos aspectos importantes de lo que hemos visto hasta ahora antes de seguir y veremos que nos falta por tratar algo importantísimo.

Einstein se da cuenta de que existe una inconsistencia en la interpretación habitual de la teoría de Maxwell, y al generalizar las ideas de Galileo sobre el movimiento relativo establece dos postulados generales. De estos dos postulados extrae consecuencias que afectan al estudio de los procedimientos para medir los conceptos más fundamentales de la física (tiempo, longitud, masa, energía); estas consecuencias se extraen de la misma forma en la que se obtienen resultados geométricos a partir de postulados: solo se usa la lógica.

Usando la lógica, pues, llega a la conclusión general de que las mediciones de estas variables pueden ser diferentes para diferentes observadores en movimiento relativo entre sí. Concluye que, mientras que las leyes de la física [1] y la velocidad de la luz son las mismas para todos los observadores, de ahí que Einstein hablase de teoría de la invariancia, los valores de conceptos básicos que entran en las leyes de la física, como el tiempo o la masa, no son los mismos para todos, son relativos con respecto al marco de medición. Es por esto que popularmente se llama teoría de la relatividad; en concreto teoría de la relatividad especial, ya que en esta teoría las velocidades relativas de los observadores deben ser uniformes (sin aceleración), por lo tanto, se aplican únicamente a un caso especial, el de sistemas inerciales.

Pero alguien podría objetar que esto es indiscernible de las discusiones metafísicas sobre el sexo de los ángeles. Cualquiera puede inventar un par de postulados y, siguiendo la lógica, llegar a las conclusiones más absurdas, pero perfectamente consistentes, y afirmar que tiene una teoría revolucionaria [2]. ¿Por qué aceptamos la teoría de Einstein como ciencia? Por tres razones: la primera y principal es por la confirmación experimental; la segunda por su consistencia interna y la tercera porque es coherente con otras teorías bien establecidas.

Esta última frase merece que nos detengamos en ella un poco más, habida cuenta de la cantidad de personas que parecen tener dificultad para distinguir lo que es ciencia de lo que son patrañas evidentes [3], como las “teorías” que niegan a Einstein sin fundamento.

Cada hipótesis científica, ya sea deducida a partir de unos pocos postulados o inducida experimentalmente, debe pasar la prueba rigurosa del examen experimental por varios investigadores, habitualmente de forma reiterada e independiente y a lo largo de un período de tiempo que puede ser largo. De hecho, cuanto más implicaciones tenga la nueva hipótesis, más extensa será la evidencia experimental requerida antes de que pueda ser aceptada.

Debería parecer obvio que, además, la derivación de una nueva hipótesis no puede contener ningún error lógico o violación infundada de leyes y principios aceptados. Y que debe ser compatible con las teorías existentes, o bien debe mostrar convincentemente cómo y por qué estas teorías deben ser revisadas. De hecho, se necesitó más de una década para comprobar la consistencia interna, la coherencia y confirmar experimentalmente las ideas de Einstein.

Lejos de ser “dogmáticos”, como algunos prejuzgan, los científicos siempre son escépticos hasta que la evidencia sea abrumadora. Dicho de otra forma, la falsabilidad bien entendida afirma que toda hipótesis es falsa hasta que se demuestra más allá de toda duda razonable lo contrario [4].

Hemos visto cómo y por qué la física clásica de Newton y Maxwell tuvo que revisarse para su aplicación a fenómenos a altas velocidades relativas. Pero no olvidemos que, a medida que la velocidad relativa disminuye, todos los resultados “extras” de la teoría de la relatividad se desvanecen suavemente hasta dejarnos con la familiar física clásica del mundo cotidiano. La teoría de la relatividad está tan probada que ahora se usa como una herramienta para estudiar teorías relacionadas y para construir nuevos experimentos. La mayoría de estos experimentos involucran partículas subatómicas que se mueven a velocidades extremadamente altas, como los aceleradores de partículas, aunque algunos también son realizables en condiciones más ordinarias. Estos resultados experimentales serán lo próximo que veamos.

Notas:

[1] En puridad, las leyes de la física generalizadas para todos los rangos de energía posibles; las leyes newtonianas son casos particulares de esta generalización.

[2] Esto es mucho más común de lo que se cree. Hay dos grandes tipos de “teorías de esta especie”, la de los revolucionarios incomprendidos (habitualmente de la física), con teorías del todo y grandes soluciones, pero que desarrollan en foros, blogs y webs, y curiosamente nunca en artículos con revisión por pares, y las pseudociencias. Un ejemplo magnífico es la homeoptía: de dos postulados falsos, uno de ellos incompatible con una verdad científica incuestionable, la existencia de los átomos, se desarrolla todo un cuerpo de doctrina que permite que algunos ganen mucho dinero a costa de la salud de otros.

[3] No hablamos aquí del problema de la demarcación, algo mucho más sutil y peliagudo, sino de distinguir lo que es ciencia real de mentiras que deberían ser evidentes.

[4] A este respecto quizás sea interesante leer Provisional y perfectible

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

4 Comentarios

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IñakiIñaki

Gracias por el articulo.
Espero con ganas la proxima entrada.

Ciudadano DCiudadano D

Los artículos sobre la Relatividad Especial que el joven Einstein publicó en el “Annus Mirabilis” de 1905 carecían de bibliografía, a pesar de que estos artículos reproducían ideas ya publicadas anteriormente por otros autores (como Poincaré, Larmor, FitzGerald, Lorentz, Hasenöhrl, etc). Dudo mucho que, en tales condiciones, hubiesen pasado la revisión por un par de jueces imparciales (la llamada “peer-review” a la que se hace referencia en la nota [2]).

El trabajo que sí debió de pasar una “peer-review” fue el artículo de Herbert E. Ives cuyo título era “Derivation of the Mass-Energy Relation” (publicado en 1952 en el “Journal of the Optical Society of America”, vol. 42, n. 8, p. 540-543). En ese artículo se demostró que, en 1905, Albert Einstein cometió un error matemático al derivar la famosa fórmula E=mc², ya que en uno de los pasos de su deducción ya se asumía el resultado que se pretendía obtener. Ni siquiera a Max Planck (uno de sus promotores) le había convencido la derivación presentada por Einstein, la cual le pareció solamente “una primera aproximación” (véase el trabajo de M. Planck en “Physikalische Zeitschrift” vol. 8 nº 24, 1907, p. 881-884).
Sobre este tema se publicó hace poco un artículo divulgativo en la conocida revista “Scientific American”, el cual se puede leer en el siguiente enlace:
scientificamerican.com/article/w…nvent-e-mc2/

César ToméCésar Tomé

Vamos por partes.

Empezando por la segunda, eso es historia. Nada que objetar. En esta serie se pretende presentar los fundamentos de la teoría, no entrar en los intríngulis históricos que puedan distraer de lo principal. Este es el tipo de cosas como la constante de Boltzmann que en realidad es de Planck, o el radio de Bohr que en realidad es de Haas. Que sí, que son ciertas, pero los que pusieron los conceptos a funcionar fueron los que fueron y, en primera aproximación, baste con ello.

Y ahora a la primera. Eso es presentismo histórico, es decir, juzgar el pasado con los criterios del presente. La revisión de los artículos de “Annalen der Physyk” la hacían el editor, un tal Max Planck, y el co-editor, un tal Wilhelm Wien; a Einstein en 1905 no lo conocían ni en su casa a la hora de comer, por lo que puede presuponerse la imparcialidad de los revisores. Más sobre esto aquí: Kennefick, Daniel (September 2005). “Einstein versus the Physical Review”. Physics Today. 58 (9): 43–48. doi:10.1063/1.2117822.

Curiosamente, en el artículo de Scientific American dice “Largely forgotten today except by Einstein detractors, Hasenöhrl was at the time more famous than the obscure patent clerk.” I rest my case.

Ciudadano DCiudadano D

En mi opinión, los “intríngulis” históricos pueden llegar a clarificar bastantes cosas.

En 1905 Einstein no era un desconocido para los editores de Annalen der Physik, a pesar de su juventud. Entre los años 1902 y 1904 ya le habían publicado tres artículos sobre termodinámica (que seguramente estaban inspirados en las novedosas investigaciones del norteamericano J. W. Gibbs), además de varias reseñas sobre los trabajos de otros científicos. El tercer artículo le había gustado especialmente a Max Planck, así como su posterior artículo sobre el efecto fotoeléctrico, y por ello Planck se convirtió en “padrino” del joven Einstein. Además de esto, la revista seguía una política nacionalista de favorecer a los científicos alemanes, frente a los extranjeros. Einstein había nacido en Alemania, y en aquella época las personas de ascendencia judía no estaban marginadas por la sociedad alemana, sino que estaban bien integradas, ya que todavía no se había propagado el antisemitismo que culminaría con la ideología racista de los nazis.

A diferencia de sus dos primeros artículos sobre la Relatividad Especial, el artículo que publicó Einstein en 1905 sobre el efecto fotoeléctrico (que le reportó el Premio Nobel del año 1921) sí que contenía referencias bibliográficas a los trabajos anteriores de M. Planck y P. Lenard, dos científicos alemanes. Este hecho resulta bastante significativo.

Así pues, yo no creo que Planck y Wien hubiesen actuado como unos jueces imparciales cuando decidieron publicar los artículos de Einstein sobre la Relatividad Especial (sin la necesaria bibliografía), sino que decidieron hacer la vista gorda, como suele decirse. En la redacción de Annalen der Physik se recibían regularmente las revistas científicas publicadas en otros países, de modo que ellos estaban obligados a conocer los trabajos que Einstein evitó citar en sus artículos.

Un libro interesante y bien documentado, que aborda sin tapujos estas cuestiones históricas:
“La Relativité, Poincaré et Einstein, Planck, Hilbert: Histoire véridique de la Théorie de la Relativité”, de Jules Leveugle (Ed. L’Harmattan, 2004).

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