HISTORIA DE LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD

HISTORIA DE LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD

Esta historia la tengo prometida hace tiempo. No entrare en las ecuaciones fisico-matamaticas, sera simplemente relatar la historia de como se llego....que ayuda mucho a entenderla. Suele parecer algo terriblemente dificil y confuso, porque siempre se empieza a explicar por "los resultados", y me parece que empezando "por la historia", se vuelve algo casi como para decir "Como no la entendia!".

Un error muy comun en la gente, incluidos estudiantes y Fisicos de profesion, es mas o menos creer que "Einstein se levanto una mañana y dijo: Hoy hace frio, en vez de ir a la Oficina de Patentes, me quedo en casa y desarrollo la Teoria de la Relatividad"...Y pareciera como que todo broto magicamente de su mente en cuestion de horas.....cuando en realidad, Einstein puso "El ultimo eslabon de una cadena de TRES SIGLOS de descubrimientos y desarrollos"...Y de paso....habra sido el ultimo, o vendra alguien y colocara otro eslabon??

Vamos con la historia en si:

El primero en presentar una "Teoria de la Relatividad", fue Galileo Galilei poco despues del año 1600....tres siglos como dije, antes de la "Relatividad de Einstein". Lo suyo fue simple, pero MUY IMPORTANTE. Dejo establecido que "Todas las velocidades son relativas respecto a la referencia que se elija para medirlas". Y planteo un experimento muy sencillo:

Encerrarse en la bodega de un barco, colgar una botella con un pequeño agujero que gotee...y ubicar abajo otra botella donde caiga exactamente la gota. Si la velocidad del barco es constante, la gota caera SIEMPRE dentro del pico de la otra....independientemente de la VELOCIDAD. Asi que esa gota tenia "velocidad 0 km/hora respecto al barco"....y 5, 10 o los que fuesen km/hora respecto a la tierra firme. Y dejo planteado OTRO problema, que hasta ahora ni la Relatividad Einsteniana pudo resolver: Si la gota deja de caer dentro del pico....es IMPOSIBLE SABER si el barco viro bruscamente....o se inclino.

Esto ultimo fue el principio que siguio Newton unos 70 años despues para hacer sus "Leyes sobre la Gravitacion Universal".

Ahora, el mismo Newton, dejo en sus escritos DOS dudas importantes para resolver:

-Aclaro que sus leyes eran validas solamente si los campos gravitatorios se desplazaban a velocidad infinita, o su velocidad era muchisimo mas alta que la del movimiento estudiado. El, en lo personal,  no creia que ni la luz ni la gravedad viajasen "a velocidad instantanea". Galileo tampoco. Pero ninguno de los dos, logro medirla con sus primitivos metodos de la epoca.

-¨Por otro lado, Newton dejo otra duda planteada: Como se almacena en un cuerpo la energia potencial o cinetica?. El ya pensaba que "deberia afectar su masa de algun modo....pero no lograba ni medirlo ni calcularlo". Se estaba adelantando algo mas de dos siglos a Einstein!

Algunos años despues, un siglo mas adelante de Galileo, todavia gran  parte de los astronomos no terminaban de "aceptar totalmente que la Tierra no era el centro del Universo"....Tal como Giovanni Cassini, que casi contemporaneo de Newton, parece que tomaba como diversion contradecirlo: Pese a realizar importantisimos aportes a la Astronomia decia "No creer en las tonterias de Newton y Kepler"... En el Blog esta la historia de Cassini: realmente asombroso como una sola persona pudo descubrir tantas cosas importantes y decir tantas tonterias al mismo tiempo!. jaja.

Bueno...entre los ayudantes de Cassini en Paris, estaba un astronomo llamado Olaf Roemer, al que el "sabio loco" le encargo verificar sus tablas de los eclipses de las lunas galileanas de Jupiter.... Y Roemer encontro algo extraño: El horario del eclipse de Io, el satelite mas cercano a Jupiter, variaba algo asi de 22 minutos entre el momento de la maxima aproximacion de la Tierra a Jupiter y el de maximo alejamiento: Considero que "Se debia a la VELOCIDAD FINITA DE LA LUZ"....Y POR FIN!. alguien encontro como "Medir la velocidad de la luz".

Eso si....se lo presento a su jefe, que primero lo alabo...y luego, tal vez solo por contradecir a Newton que sostenia que la velocidad de la luz no era infinita....el sostuvo que SI ERA INFINITA...y echo al pobre Roemer, que tuvo que huir de Francia porque incluso lo amenazo con entregarlo a la Inquisicion por "ser protestante".

Curiosamente, Roemer JAMAS calculo la velocidad de la luz!....pero con sus datos, se sacan unos 240.000 km/segundo...Errado de los casi 300.000 reales, pero bastante bien para ser la primera medicion.

Ya se sabia que LA LUZ NO ES INSTANTANEA
En el año 1712, nace en la actual Croacia (en ese entonces....era parte de Italia!), Ruder Boscovich: Un personaje tan misterioso como antes lo fue Da Vinci. Fue monje jesuita, Fisico, Matematico, Astronomo, Arquitecto y Musico.  Otro dia hablaremos de el, porque merece su propia nota.

Lo que nos interesa ahora, es su "Contribucion a la Teoria de la Relatividad"...que fue FUNDAMENTAL.

Para explicarla, imaginemos primero un experimento simple: Llueve....un ligero viento hace que la lluvia caiga en cierto angulo...Si corremos, ese cambia. Si corremos para el mismo sentido del viento, la lluvia pareceria "caer mas derecha" y si corremos contra el viento, parece "caer mas inclinada". Bien....lo mismo pasa con la luz que nos llega de las estrellas y ese fenomeno  lo descubrio Boscovich : Entonctro "una pequeña oscilacion" de la posicion en que deberia estar una estrella si la miraba en distintos meses del año...No solo por el giro de la Tierra, sino por ese fenomeno comparado a la lluvia: La relacion de la velocidad de la Tierra con la de la estrella. Y propuso un experimento para determinar la velocidad relativa de la luz proveniente de una estrella respecto a la Tierra.  Lo que queria averiguar era....teniendo las distintas velocidades relativas de varias (o muchas..) estrellas, saber a que velocidad se movia la Tierra en el Universo.

Y dejo planteado un experimento que es simple de decir: Tomar dos telescopios....Llenar uno con AGUA. Medir ese "angulo de declinacion" (el equivalente al "angulo que cae la lluvia") de una estrella con el telescopio vacio y con el "con agua", y repetir la medicion a los seis meses (posiciones opuestas de la Tierra), Hasta dejo los calculos hechos!. Solo habia que "medir y poner los numeros en sus ecuaciones"....y tendriamos "la velocidad relativa de la luz entre la Tierra y determinada estrella".

Bueno...el problema es que "llenar un telescopio con agua", no es nada facil...Lo intentaron muchisimos astronomos, pero recien Airy hacia 1850 lo logro.... y se llevo una sorpresa tremenda!.

Logro medir la velocidad de la luz con bastante precision: 294.000 km/segundo. Otra medicion anterior, por el metodo de Boscovich habia arrojado 301.000 km/segundo...mas cerca, pero sin el tubo "lleno de agua".

Airy con el "tubo lleno de agua", se encontro con algo extrañisimo: El "angulo entre telescopio con agua y vacio ERA EL MISMO"....Eso solo podia interpretarse de dos maneras:

-La Tierra estaba FIJA en el espacio, todo lo demas se movia....menos la Tierra. ABSURDO..!!!!

-La velocidad de la luz, viniese de donde viniese....era SIEMPRE LA MISMA:  absurdo para las ideas de la epoca!....porque "Como hacia la luz para cruzar el eter sin desviarse ni variar su velocidad?".

Y eso....dejo a todos los fisicos de la epoca pensando: cualquier explicacion que le encontraban...les parecia absurda. El experimento de Boscovich...habia "destapado la cacerola"!. Hasta se llego a dudar de la capacidad de Airy como astronomo...y de la CALIDAD de sus instrumentos. Mas facil decir "midio mal", que aceptar un resultado que estaba por volcar a toda la fisica conocida.

Y como si fuese poco, en esos mismos años, otro genio, esta vez si reconocido: James Clarck Maxwell, elaboro todas las leyes del  electromagnetismo. Tambien empleo la "Relatividad de Galileo"...porque descubrio de partida, que "Un campo es electrico si esta fijo respecto a la referencia, pero si se mueve se transforma en magnetico"...Asi que relaciono movimiento-electricidad-magnetismo, y elaboro leyes tan precisas que el dia de hoy, mas de un siglo y medio despues, son totalmenre validas.

Pero....(como digo, siempre hay "un pero"), los calculos de Maxwell fueron tan precisos y completos que calculo LA VELOCIDAD DE LA LUZ!...Y vaya sorpresa!. Le paso igual que a Airy: La Velocidad de la Luz, le dio como resultado de una ecuacion donde solo intervenian constantes...NADA que variara con la velocidad: Asi que, segun Maxwell, la velocidad de la luz....seria OTRA CONSTANTE UNIVERSAL.

Ya los fisicos de la epoca (segunda mitad del siglo XIX) empezaban a enloquecer: DOS resultados por dos caminos totamente distintos, daban "Velocidad de la luz constante"....Algo andaba muy mal?. Que pasaba con el supuesto "Eter" que deberia llenar todo el espacio?.

Para mejorar el entendimiento, volvemos un poco atras, a los Filosofos griegos:
Los filosofos griegos, en su casi totalidad, no distinguian la diferencia entre "Vacio" y "Nada". Por un lado, sabian que subiendo a una montaña, el aire era cada vez mas enrarecido...asi que sospechaban que "la atmosfera tenia que terminar en alguna parte, arriba". Pero no creian que donde terminaba la atmosfera hubiese "vacio"....por ejemplo, entre la Tierra y la Luna o el Sol. Sostenian que "Si hubiese vacio, no habria nada, y el Sol y la Luna estarian pegados a la Tierra".
Asi que, si la atmosfera terminaba....y el Sol, la Luna y las estrellas estaban "mas lejos", ese espacio deberia estar lleno "con algo"....y a ese "algo", lo llamaron ETER.
Algunos filosofos disentian, pero Aristoteles, el mas influyente, acepto esta teoria, y por lo tanto, fue universalmente aceptada por muchos siglos.
Cuando Boscovich planteo su experimento del "telescopio lleno de agua", planeaba "como medir la velocidad de la Tierra respecto a ese ETER"....porque Boscovich tambien creia en el eter.
Y Newton, con su "Ley de la Gravitacion Universal", y el movimiento de las orbitas de los planetas, se encontro con algo extraño:  Para que las orbitas de los astros fuesen estables, requeria que la resistencia provocada por la "Friccion contra el eter", fuese exactamente CERO.... Cosa extremadamente dificil que fuese posible. Pero de todos modos, Newton CREYO QUE ERA ASI, porque era un ferviente defensor de "la existencia del Eter".
Pero en esos mismos años, al otro lado del Canal de la Mancha, vivia el odiado archienemigo de Newton: Leibniz, al que Newton se encargaba de desprestigiar cada vez que podia . Y  no lo pudo destruir hasta la nulidad, como hizo con Hooke...porque vivia muy lejos...Un genio de la fisica, pero con una personalidad realmente maligna Newton, pese a sus profundas creencias religiosas...Una gran contracicion.
Y Leibniz al ver esos resultados dijo algo asi como "La explicacion es simple: El ETER NO EXISTE, y del mismo modo NO EXISTE NINGUN SISTEMA DE REFERENCIA ABSOLUTO Y FIJO".Pero su frase cayo en el olvido: No se podia contradecir "asi nomas" a Aristoteles  y a Newton!
Y si vuelvo un poco a la Segunda entrega...el experimento de Boscovich llevaba a otro resultado absurdo: La velocidad de la luz era la misma en todas direcciones....y eso querria decir que, "La tierra era el centro del universo, o la velocidad de la luz era una constante universal"..."El centro del universo", porque sencillamente estaria "Absolutamente inmovil respecto al eter" (Claro...si se hubiesen acordado de Leibniz, habrian dicho "Si el eter no existe, no esta inmovil respecto a nada".
Y ahi tambien chocaron contra una pared de incomprension, los calculos de Maxwell, que afirmaban a la luz "Como algo de velocidad fija y universal"....y dijeron "Claro...fija, respecto al eter", pero eso no cerraba ninguna cuenta tampoco.
Ahora si, estamos listos para el experimento de Michelson y Morley, que le quitaria la ultima pata a la estanteria de la fisica, y la derrumbaria al piso.

CONCLUSION:

Ya habiendo visto el panorama anterior de busquedas y cambios, estamos listos para "el final de la historia".
Como dijimos, en las ultimas decadas del siglo XIX, los fisicos estaban desconcertados: Las mediciones indicaban cosas que iban contra toda la logica: que la velocidad de la luz era constante o que la Tierra era el centro del Universo y estaba inmovil.....ambas ilogicas para la ciencia, ambas desconcertantes.
Y aca aparecen dos fisicos: Michelson y Morley, dispuestos a "Medir la velocidad de la luz con una precision que jamas se habia logrado hasta entonces ", y ademas el experimento estaba ideado para "Medir la velocidad de la luz respecto al Eter". Si vamos al fondo....buscaba LO MISMO que el "Experimento de Boscovich " del "Telescopio lleno de agua", solamente que con instrumental un siglo y medio mas moderno y preciso...y por otra via distinta...pero en busca del mismo resultado.
La velocidad de la luz, la midieron 4 veces con un intervalo de 3 meses, para estar seguro que en al menos DOS, estaban "una a favor de la corriente de eter y otra en contra de esa corriente de eter".
Hoy suele decirse "El resultado los dejo atonitos"...pero no es cierto: Ya lo esperaban, por las mediciones de Airy con el telescopio con agua, y por los calculos teoricos de Maxwell!....y si!: Resulto que "La velocidad de la luz era una constante universal, y que era LA MISMA independientemente del sistema de referencia que se tomara".
Los que si quedaron descorazonados....fueron los demas fisicos: Como podia ser explicable eso?....La "Relatividad de Galileo", util por tres siglos, se desmoronaba.   Muchos fisicos empezaron a trabajar sobre el tema, los principales fueron:
LORENTZ: Calculo una ecuacion donde "todo eso cerraba" si el ETER se comprimia en determinada medida al aumentar la velocidad, y el tiempo se volvia mas lento: Lo tomo como "Una forma de calcular para que cierren las cuentas"....porque el, seguia "Creyendo en el eter"
POINCARE: El frances, llego a las conclusiones de la "Teoria de la Relatividad" al menos un año antes que Einstein....Pero fisico de gran prestigio, no se atrevio a publicarlas "para no ser tomado por loco". Entre ellas, dijo que "Para que cierren las cuentas, la MASA deberia aumentar al subir la velocidad respecto a un sistema de referencia"....y escribio la famosa "Formulita de Einstein", esa de de E = mC2 que conoce todo el mundo.
Einstein, era un joven fisico con un pobre empleo....que "no perdia nada, porque prestigio...todavia ni sabia que era eso": asi que junto sobre su mesa "el rompecabezas":
-La velocidad de la luz es constante: no importa a que velocidad uno viaje, la luz siempre saldra "hacia adelante a la misma velocidad". ESO no es "un supuesto de Einstein" como se cree: ESO es el resultado de las mediciones de Airy y Michelson y Morley!...No es "ningun invento teorico"!, es una realidad observada!
-Lorentz hizo una formula que permitia calcular todo...pero no se podia aplicar "por el eter"
-Poincare hizo otra formula que calculaba "que la masa aumentaba al aumentar la velocidad relativa"....pero lo tomo como "un simple metodo de calculo, no real (Recordemos que Newton lo habia PREVISTO!, que la energia cinetica deberia almacenarse "de alguna forma al ganar velocidad")
Asi que, con todo eso sobre la mesa a Einstein le alcanzo con recordar que leyo a Leibnitz que se peleo con Newton porque dijo "El eter NO EXISTE!", asi que Einstein dijo:

"Si no podemos medir el eter de ninguna forma, supongamos que EL ETER NO EXISTE, entonces las formulas de Lorentz del cambio de longitudes y tiempo serian REALES, Y VALEN PARA EL ESPACIO Y EL TIEMPO, QUE SERIAN UNA UNICA COSA,  lo mismo que la del cambio de masa de Poncare.... y TODO CERRO MARAVILLOSAMENTE!..

Asi que Einstein no "invento todo en un instante de genialidad digna de los dioses"....sino que simplemente "Armo un rompecabezas que venian tratando de armar desde hacia tres siglos"....simplemente usando la idea de Leibniz de la inexistencia del eter!. El mismo Einstein reconocio mas de una vez la influencia de Leibniz, Boscovich y Poincare....solo que por algun misterio, la gente parece preferir que "todo salio de una chispa magica"
Y digamos que ahi CASI termina la historia....porque debieron pasar unos 30 años mas, para que la teoria se aceptara universalmente.

La primera parte de la Teoria de la Relatividad, se llama hoy "Relatividad Restringida", y trata sobre movimientos a velocidad constante. Años despues, Einstein con la colaboracion de muchos otros fisicos, completa la teoria llamandola "Relatividad General", e incluyen los movimientos acelerados (la gravedad entre ellos).

Y como ultima curiosidad, hace menos de 20 años, "descubrieron" que si a las Leyes de Maxwell de 1850, se les aplica la "Relatividad restringida", y se reemplazan terminos de masa por terminos de carga electrica....APARECE LA RELATIVIDAD GENERAL!. Asi que, casi podria decirse que Maxwell la escribio medio siglo antes que cualquier otro...pero de lo unico que se dio cuenta, es que "La velocidad de la luz es una constante universal"

Y para cierre-cierre: Suele decirse "De las ecuaciones de Einstein sale que NADA puede viajar mas rapido que la luz"....y es un error descomunal: de la REALIDAD, sale que nada puede viajar mas rapido que la luz....y las "Ecuaciones de Einstein" solo calculan el porque.