dilluns, 30 de maig de 2011

Crítica a la teoria de la relativitat

Per internet no corren gaires webs que comentin els “punts dèbils” de la teoria de la relativitat general; i a mi em fa gràcia i curiositat el tema. Cal tenir present, però, que tot i que una teoria pugui presentar punts qüestionables i dignes de desconfiar, no implica que no sigui vàlida.


Tot seguit exposo alguns punts crítics:


1) El problema de la conservació de l’energia. En la teoria especial de la relativitat no hi ha cap problema amb aquest principi, però al passar a la relativitat general i en els casos no-locals (per exemple al plantejar una visió general de l’univers), la noció d’energia s’enfonsa i resulta impossible tenir en compte cap forma de conservació de l’energia. Un exemple d’aquest cas el podem observar amb la radiació de fons de microones: es suposa que fa 15.000 milions d’anys l’univers estava banyat per una radiació summament energètica (fotons d’alta freqüència), però que degut al pas del temps i a la dilatació de l’espai-temps, aquests fotons han anat perdent energia, convertint-se en la radiació de baixa freqüència que podem detectar avui en dia a través de satèl·lits com el COBE i d’altres. La pregunta aquí resulta inevitable: i on ha anat a parar l’energia perduda per aquesta radiació? I realment es pot considerar com a energia perduda? Però la teoria d’Einstein no sembla poder aclarir gaire res.


2) El problema de les singularitats. La teoria general de la relativitat és, a nivell, lògic una teoria inconsistent, en la mesura que donades certes circumstàncies prediu situacions que anul·len a la pròpia teoria. Aquestes situacions són les famoses singularitats: “punts” on el teixit espai-temporal deixa d’estar definit, així com les nocions d’energia, massa, etc. Es considera que els forats negres són provocats, precisament, per singularitats vestides per un horitzó espai-temporal d’esdeveniments. I també l’origen de l’univers, abans del Big bang, hauria de concebre’s com una singularitat. El problema de la singularitat és que, a nivell empíric, ni es pot comprovar ni refutar la seva existència, mentre que a nivell lògic es tracta d’una violació a la capacitat humana de pensar.


3) El problema de la matèria i l’energia fosca. Tal i com s’accepta actualment la teoria general de la relativitat resulta imprescindible suposar l’existència de dues entitats postisses i rares que encara no s’han detectat: la matèria i l’energia fosca. A més, han aparegut altres teories alternatives, com la MOND, que expliquen certs fenòmens cosmològics amb força més precisió que la teoria general de la relativitat ajudada per la idea que existeix una suposada matèria fosca. Tot i així la MOND encara no ha estat confirmada, fet que implicaria una revisió total a la nostra concepció de l’univers.


4) La incompatibilitat amb la mecànica quàntica. La mecànica quàntica és, de moment, la teoria més precisa que ha estat capaç d’elaborar la intel·ligència humana. Tanmateix, resulta impossible lligar en un mateix cos conceptual tant la quàntica com la relativitat. Només s’ha aconseguit, en casos particulars, proposar algun arreglo entre ambdues teories. I de fet, el que cada vegada sembla més clar, especialment des dels treballs de Stephen Hawking, és que els exòtics efectes quàntics (especialment els que relaten aspectes del buit quàntic) tenen una incidència fonamental en cosmologia. Alguns efectes quàntics a tenir en compte: efecte casimir estàtic, efecte casimir dinàmic, radiació Hawking, efecte Unruh, etc.

dissabte, 21 de maig de 2011

La sort d'Einstein

Quan un reflexiona sobre la història de la "implantació" de la teoria de la relativitat especial i, llavors, la general, se’n adona d’una sèrie de fets curiosos.

La teoria de la relativitat es desenvolupà arrel d’un experiment crucial conegut com, experiment Michelson-Morley. Amb aquest experiment es volia comprovar una de les teories més populars del s.XIX: que la Terra flotava sobre un mar d’Èter estàtic, calmat, quiet, el qual actuava, per dites propietats, com si fos l’espai absolut de Newton. I és que en base a aquesta massa d’èter els científics podien afirmar conèixer tots els moviments dels cossos de forma absoluta; i això vol dir, de per sí.

Aquesta teoria dictava que a través de la rotació de la Terra al voltant del Sol l’èter intergalàctic, que suposadament feia de suport material per la propagació de les ones de llum, havia de manifestar-se d’alguna manera; per exemple: reduint la velocitat d'un raig de "llum terrestre" quan aquest estava dirigit contra el moviment de rotació de la pròpia Terra. I precisament, l’experiment de Michelson-Morley pretenia detectar aquesta variació en la velocitat de la llum terrestre segons fora la direcció del raig; una variació certament minsa (300 Km/s, la velocitat de rotació de la Terra al voltant del sol), però detectable si es feia servir un instrument molt enginyós anomenat, interferòmetre.

El 1887 es publicaren els resultats de les mesures, i a criteri de la majoria dels científics aquest ha estat l’experiment fallit més important de la història de la ciència. Després de sis hores de recollida de dades, si bé l’interferòmetre aprecià certes variacions o fluctuacions en la velocitat de la llum segons fossin les direccions de propagació de la llum, aquestes estaven molt lluny de representar els 300 Km/s esperats per tota la comunitat científica de l’època.

A primera vista, i la comunitat científica es va quedar amb aquest “primera vista”, la velocitat de la llum terrestre semblava ser igual (invariant) en totes direccions, mentre que la noció d’èter s’ensorrava. Tanmateix aquesta primera impressió, Michelson escrigué que aquelles petites fluctuacions observades potser eren irrellevants, però s’haurien d’estudiar amb més atenció en experiments més precisos i sobretot, amb més hores de recol·lecta de dades; fet que no realitzà fins 30 anys més tard (1927) empès per l’entusiasme d’un autèntic freaky dels experiments amb interferòmetres, Dayton Miller. Aquest experimentador, que també va ser president de la societat americana de física, va dur a terme més de 200.000 experiments diferents sobre la variació de la llum terrestre utilitzant interferòmetres (del 1900 al 1941). La seva conclusió fou inquietant: la velocitat de la llum terrestre no és invariable, sinó que pateix realment una fluctuació segons la direcció de mesura, però aquesta és només el 7-8% del predit per la teoria de l’èter estàtic. A més, segons les dades de Miller aquesta fluctuació estaria relacionada amb els períodes de rotació de la Terra i la seva posició dins la Galàxia.

Les dades de Miller indicaven, doncs, que sí existeix un èter i la Terra es mou a uns 20-24 Km/s a través d’ell. El mateix Einstein reconeixia la controvèrsia d’aquests estudis: si el treball de Miller estava ben fonamentat i era correcte, llavors la seva teoria especial de la relativitat, així com la general, eren errònies, ja que es fonamentaven en una premissa crucial: la invariança de la velocitat de la llum per a qualsevol observador (de fet a Einstein no li agradava el nom de “relativitat” per la teoria, preferia el de “teoria de la invariança de la llum”).

Però la història de la ciència s’ha mostrat cruel amb Miller, i a partir del 1955 de forma poc rigorosa es va tatxat el seu treball d’irrellevant. Que jo sàpiga no s’ha fet encara cap valoració ni estudi rigorós del treball i la metodologia seguida per Miller. Aquí el raonament que s’ha seguit és la mar simple: la teoria general de la relativitat funciona, llavors, la feina de Miller ha d’estar malament per algun costat; no cal perdre-hi el temps.

En qualsevol cas, m’assalta una inquietud: i si Miller hagués presentat el seu treball l’any 1900 per comptes d’haver-ho fet l’any 1926 (7 anys després de la primera gran comprovació de la teoria de la relativitat general), hauria canviat molt la història de la ciència contemporània? Possiblement hauria complicat moltíssim la situació; potser hauria costat molt més que algú es plantegés la tasca de desenvolupar una teoria de la invariança de la llum, o sigui, de la relativitat

Però hi ha encara un altre fet curiós i a tenir en compte. Fa poc es va descobrir que la primera gran comprovació de la teoria general de la relativitat, duta a terme per Eddington l’any 1919 i la qual va rellançà la figura d’Einstein a nivell mundial com una gran icona popular, fou un frau científic. L’anglès va fer quadrar els resultats teòrics amb les dades de l’experiment, sembla ser, premeditadament. No hi ha dubte que anar a fer un experiment amb la intenció que doni el resultat pre-establert per certa teoria no és la millor forma de fer ciència, però el naixement, el renom i la ràpida implantació de la teoria de la relativitat és degut, en gran mesura, a aquesta mala praxis científica.

Exposant aquests casos curiosos i rarament explicats, la meva intenció no es posar en dubte la validesa de la teoria de la relativitat (hi han sobrats experiments que la confirmen, o almenys això ens diuen). He explicat això per exposar fins a quin punt el desenvolupament, la implantació i la canonització d’una teoria depèn de factors atzarosos, de prejudicis i interessos particulars, de conveniències, de les desídies d’uns i l’entusiasme d’altres, en fi, de moltes d’aquelles coses que qualsevol científic confessarà que són males conductes científiques. De fet, el cas que fa pocs dies vaig penjar sobre Galileu també és un altre exemple d’aquesta situació.

En definitiva, una teoria com la de la relativitat d’Einstein podria haver tardat 100 anys a sortir a la llum. I quantes altres teories han de sortir encara a la llum?

dissabte, 14 de maig de 2011

L'altre dia parlava de Galileu...

Per què Galileu estava convençut que el Sol resta immòbil en el centre “de l’univers”, mentre els planetes ballen rítmicament al seu voltant? Potser fou per conviccions teològiques, com així ho foren les de Ficino, Kepler, Novara (mestre de Copèrnic), seguidors tots ells del neoplatonisme –Déu és el Sol i com a tal roman immòbil en el centre de l’Univers- Professaven. Al cap davall la famosa dita de Galileu el món està escrit en caràcters matemàtics” sona descaradament a neoplatonisme.

Qui sap! Tanmateix, diria que hi hagué un fet crucial que el decantà a defensar i pregonar arreu que en realitat el Sol restava immòbil en el centre, mentre la Terra es movia, tot i no tenir proves concloents (podeu informar-vos millor sobre el tema en aquesta web); a saber: el descobriment dels sistemes inercials i el principi de relativitat. Tot plegat ho trobem resumit en les seves famoses “transformacions galileianes”.


El plaer, la sensació de fermesa i victòria, el nou horitzó que s’obria de bat a bat davant seu arrel d'aquesta descoberta féu que, per pura intuïció, digués: sí, la Terra pot moure’s i es mou, segurament a una velocitat bestial, i si nosaltres no percebem tal moviment (el sentit comú ens incita a jurar i perjurar que la Terra està quieta, perquè nosaltres, si no caminem ni ens desplacem, bé que estem quiets) és degut a la inèrcia, és a dir, que el moviment de la Terra per l’espai és rectilini-uniforme i per tant, vivim en un sistema inercial (amb solidaritat amb tal moviment).


La potència de la intuïció
rau precisament en la sensació de fermesa i victòria, en el nou horitzó que se’ns obra, en fi, en la intensa sensació de plaer que atorga el fet d’estar segurs que anem en bona direcció, encara que no es pugui confirmar al 100%.


Després d’escriure això em venen al cap certes paraules de Nietzsche en el Zarathustra sobre l’Etern Retorn. Però només em venen al cap... potser un rato d’aquest les baixo al teclat.