El rincón de la Ciencia I.S.S.N.: 1579-1149

nº 57 (febrero-2011)

El legado de la manzana de Newton (RC-133)


Raúl Isea (Instituto IDEA
, Hoyo de la Puerta, Valle de Sartenejas, Baruta, Venezuela)


¿Quién no se ha deslumbrado por las formas que reproducen las estrellas en la inmensidad del cielo nocturno, así como maravillado por las imágenes obtenidas del telescopio Hubble que han permitido ampliar nuestro conocimiento del Universo?   Estos hechos no han pasado desapercibidos por las películas cinematográficas que continuamente nos recuerdan la majestuosidad del espacio, como en el film Contacto (1997) dirigida por Robert Zemeckis; cuando la protagonista Eleanor ‘Ellie’ Arroway (interpretada por Jodie Foster) viajaba a través de un agujero de gusano (nombre coloquial del puente de Einstein-Rosen) susurrando “Es tan hermoso. Es poesía. Debieron enviar a un poeta” mientras contemplaba un amanecer galáctico.  Claro ejemplo es la imagen tomada por  el telescopio Hubble de la nebulosa Mariposa (NGC 6302) de la constelación de Escorpión. La NGC 6302 está en el espacio profundo a 3.400 años luz.  En dicha nebulosa está una de las estrellas más caliente en el universo de al menos 250.000 °C, rodeado por un manto de hielo que enmascara su interior, y lamentablemente está muy alejada para aprender de dicho sistema. 

Imagen obtenida con ayuda del  telescopio Hubble de la nebulosa Mariposa (NGC 6302) ubicada en lo más distante del espacio profundo a 3.400 años luz.

La inspiración, por otra parte, ha jugado un papel importante en la formulación de la ley gravitacional producto de la caída de una manzana desde un árbol.  Así como el trabajo de Mendeleyev quien dedujo la disposición de los elementos en la Tabla Periódica mientras él dormía una noche; sin olvidar el “golpe de intuición” de Arquímedes quién dedujo el concepto de peso específico a partir del agua que se desplazo en una tina mientras se bañaba.    Será por ello la frase de Aristóteles cuando afirmo "La intuición es la fuente del conocimiento científico".  No obstante, la inspiración no se centra solo en las ciencias sino en el mundo artístico, literario.  En ese sentido debemos tener presente que dicha palabra significa “recibir el aliento” probablemente asociadas con la inhalación de Dios, y de allí que los Griegos asociaban a los poetas como aquellas personas que alcanzan una locura divina.  ¿Es acaso un susurro que Dios en nuestros oídos cuando de la nada surgen palabras tales como: Ando desnudo ante ti. Sí, al no levantar barreras en mi mundo porque tú estas cerca de mí. No busques límites en mi cariño y amistad.    Por lo anteriormente dicho, vamos a comentar la intuición de Isaac Newton e indicar las consecuencias generadas a raíz de la misma, complementándolo con una simulación computacional gracias a una iniciativa internacional llamada Millenium Run.

En un principio…  la historia afirma que Isaac Newton estaba cerca de un jardín en Cambridge por 1666;  cuando fue sorprendido por la repentina caída de una manzana de un árbol.   Newton quizás comprendió que la manzana cae siempre perpendicular al suelo, y se preguntara: ¿por qué no ocurre ello con la Luna?  Deduciría que la manzana es atraída por la Tierra producto de una fuerza que llamo gravedad.  Más aún, también debió admitir la existencia de una fuerza que evita que se estrelle la Luna con la Tierra, y por ende, concluyera que dicha fuerza debe variar de acuerdo a la masa de los objetos.  Sin embargo, la teoría gravitacional de Newton fue incapaz de resolver todos los problemas en cualquier escala del espacio y del tiempo, por lo que existen “perturbaciones”, es decir, inconsistencias imposibles de explicar con la misma.   No obstante, esas dudas son precisamente los “puntos de partida” necesarios para generar nuevas teorías que nos ayuden a comprender la realidad que nos rodea.

En ese sentido Einstein concluyo que el trabajo de Newton era incompleto al no describir la realidad en cualquier escala del espacio y del tiempo, y para nuestra sorpresa, dicho razonamiento también careció de la aplicación de un método científico, reseñando que tuvo una inspiración mientras estaba sentado en una silla de su oficina de patentes, donde dedujo: “el campo gravitatorio tiene solamente una existencia relativa..  

Este último comentario se puede comprender mejor a partir del siguiente ejemplo: supongamos que estamos en el último piso de un edificio, y comenzamos a bajar por un ascensor.  De pronto se rompe el cable que lo sostiene, y comenzamos a caer por la fosa del mismo (todo ello ocurre sin presencia de aire).  Justo en ese momento se nos desprende un reloj y un lápiz, por lo que uno se puede preguntar:  ¿cuál objeto (bien sea el lápiz o reloj) cae primero al piso mientras estamos cayendo por el ascensor? La respuesta es que los dos objetos llegan al mismo tiempo, una vez que se estrella el ascensor en el sótano del edificio (debido a que todos los objetos descienden a la misma velocidad). 

De hecho Einstein empleo el siguiente ejemplo para explicar el espacio-y-tiempo: supóngase que se coloca una toronja sobre una tela completamente extendida, de modo que al lanzar la toronja sobre la tela, se observa que la misma se curvea por la presencia de dicha fruta.  Sí posteriormente se lanza un durazno sobre la tela (una vez que la toronja ya está inmóvil), el durazno rodara cerca de la toronja hasta chocar con dicha fruta.  

Podemos explicar ello desde dos puntos de vista diferentes.  En primer lugar, sí el observador está mirando desde afuera, sin apreciar la existencia de la tela, él indicará que la toronja ejerce una atracción sobre el durazno.  Quizás fue lo que ocurrió con Newton cuando describió la manzana al caer en la Tierra.   No obstante, sí el observador logra percibir la tela donde descansa la toronja, desde el otro punto de vista, él puede concluir que la trayectoria que describe el durazno es consecuencia de la perturbación en la tela debida a la presencia de la toronja.  De modo que los cuerpos alteran su entorno en el espacio (aquí representado por la tela) en una determinada fracción de tiempo. 

Este ejemplo nos enseña que la realidad dependerá de la perspectiva del observador (ese personaje imaginario que podía percibir o no la tela).  Gracias a dicha analogía, se puede comprender que el espacio y tiempo no son absolutos como lo había considerado Newton, sino que hay factores que impiden comprender nuestra realidad inmediata.

Para complementar este tema, recordemos la iniciativa internacional llamada Millenium Run (“Carrera del Milenio”) que comenzó en el 2005 gracias a un trabajo conjunto entre Alemania, Canadá, Inglaterra, Japón y los Estados Unidos; por obtener un mapa tridimensional del Universo a partir de un cubo imaginario de 20 mil millones años-luz por arista (dicho mapa incluyo diez mil millones de partículas). 

Esta simulación se realizo en un computador que disponía 1.000 Gigabytes de memoria física y 512 procesadores, y el mismo se completó en 28 días (generando 25.000 Gigabytes de información que debe analizarse cuidadosamente).   Aún se están publicando dichos resultados y recalculando otros donde se está considerando la distribución de las partículas (bien sea los planetas o galaxias) con ayuda de una gama diferente de teorías.  Asimismo, se planteo que el Universo existe desde hace 400 mil años contados desde el momento de la gran explosión, el “Big Bang”.

Del párrafo anterior se desprende que el tiempo comenzó a medirse justo después del Big Bang, por lo que “alguien” debió colocar un “reloj estelar” para medir el mismo.  Disculpen este último comentario de mi parte, solo deseo destacar que el tiempo es una consecuencia de un tic tac. 

Quizás están recordando que el tiempo se mide desde 1955 a través de un reloj atómico basado en la frecuencia de oscilación producto de la emisión del cesio.  Incluso conozcan el experimento de Ferenc Krausz del Instituto Max Planck, donde midió el intervalo de tiempo más corto en el mundo, de apenas 100 atosegundos, es decir, 100 trillonésimas de segundo. No obstante, debemos tener presente que el espacio y tiempo están formando parte de una misma red, y por tanto, el tiempo puede variar de acuerdo al campo gravitacional, en el sentido que no es igual la deformación de la tela causada por una toronja con respecto al cambio derivado por un durazno (sí aún continuamos empleando la analogía descrita anteriormente); hasta el punto que cada observador posee su propio tiempo.

Más aún, y para finalizar, Carlos Rovelli planteo hace un par de años atrás que el tiempo es una magnitud estadística que desaparece de unas ecuaciones que conciernen a la gravedad cuántica, llegando a concluir que el Universo no está gobernado por el tiempo; donde afirmo: “es un tema que ha desconcertado a muchos teóricos. Puede que la mejor forma de pensar en la realidad cuántica sea abandonando la noción de tiempo”.


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