TARDÍGRADOS

Ciencia en español

Demostración, mediante un reloj atómico de fuente de Cesio, de que la dilatación del tiempo predicha por la relatividad de Einstein es una falacia y por lo tanto no existe

Posted by Albert Zotkin en octubre 11, 2012

Definición de segundo:

Un segundo es igual a la duración de 9192631770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de Cesio (\; \mathrm{{}^{133}Cs}\;) , a una temperatura de \mathrm{0^\circ\; K}“.

Pregunta. ¿Qué ocurre con esa definición si, por la causa que sea, se demuestra que los dos niveles hiperfinos se acercan o se alejan, resultando transiciones más cortas o más largas?. La respuesta es obvia, ocurrirá que un segundo, desde esa definición, podrá durar más o menos, dependiendo de si actuan o no esas causas o el grado en que actuan. Pues bien, es muy fácil demostrar experimentalmente que los niveles y subniveles hiperfnos se expanden o se contraen según estén situados los átomos respectivos dentro de un campo gravitatorio. Más concrétamente si el potencial gravitatorio es más pequeño (más cercano a cero), entonces las transiciones hiperfinas son más largas, y eso significa que la energía de los fotones emitidos es mayor, y por lo tanto la frecuencia de esos fotones. Ese ligero aumento de la frecuencia implica que, según la definición de segundo, un segundo durará más si es contado correctamente, pero si sólo cuentas 9192631770 periodos, los periodos restantes se acumularán en el siguiente segundo, así sucesivamente. Es decir la frecuencia de reloj aumenta cuando disminuye el potencial gravitatorio, y eso significa que un reloj atómico de esas características, adelantará respecto a otro situado a mayor potencial.
Resulta pues más que evidente que, por ejemplo, los relojes atómicos instalados en la constelación de satélites del sistema GPS, adelantan ligeramente, cuando están en órbita, y los relojes atómicos en la superficie terrestre atrasan respecto a ellos. Eso implica que la dilatación del tiempo predicha por la relatividad de Einstein es simplemente una falacia, no existe.
Pero, ¿cómo funciona un reloj atómico de fuente de Cesio?.
Captura: Los átomos de Cesio son capturados y enfriados en una trampa magneto-óptica. Los átomos de Cesio están presentes en estado gaseoso dentro de la cámara de vacío. Cuando un átomo de Cesio es intersectado por los rayos laser, este átomo se enfría, que se evidencia reduciendo su velocidad, enfriándose hasta unos pocos µK (microkelvins).
Al mismo tiempo se aplica un gradiente de campo magnético mediante bobinas de anti-Helmholtz. El gradiente de campo magnético y los haces de laser enfriadores dan lugar a una fuerza de captura. Todas estas fuerzas y efectos son aplicados simultáneamente para retener a 109 átomos dentro de un volumen esférico de 2 mm de diámetro en el centro de la trampa.
Lanzamiento: Una vez capturados, los átomos son lanzados hacia arriba. Se desactiva el campo magnético, y la nube de átomos se lanza hacia arriba mediante dos pares de haces de rayos laser. Los átomos adquieren entonces velocidades de entre 2 a 5 metros por segundo. Durante el ascenso por los haces de rayos, los átomos son enfriados aún más, hasta aproximadamente unos 2 µK.
Preparación: Los átomos son bombeados hasta el nivel superior de la transición de reloj.
Los átomos pueden cambiar niveles de energía mediante la absorción o emisión de luz con una frecuencia muy cercana a la propia de resonancia. En su vuelo hacia arriba, los átomos pasan a través de un haz de rayos laser con una frecuencia próxima a una de las frecuencias de resonancia del Cesio. Algunos átomos experimentarán una transición entre niveles de energía, ya que todos átomos estaban en el mismo nivel energético, f=4, m_F=0, antes de entrar en la cavidad de microonda.
Interrogación: Los átomos siguen trayectorias como las del agua de una fuente, pasando a través de la cavidad de microondas dos veces. Los átomos siguen y pasan a través de la cavidad de microondas en vuelo libre sobre ella unos 0.5 segundos, y después son atraídos hacia abajo por la fuerza de la gravedad. Durante una de las pasadas por la cavidad, los átomos interactúan con microondas de frecuencia 9192631770 Hz. Después de pasar por la cavidad por segunda vez (en su camino de caida hacia abajo), casi todos los átomos han hecho ya la transición hacia el estado f=3, m_F=0.
Detección: Por debajo de la cavidad de microondas, los átomos descendientes son guiados mediante varios rayos laser. Estos rayos laser provocan en los atomos cambios de estado y fluorescencia (emiten luz). Los fotones de la fluorescencia son detectados por un fotodiodo y se usan para construir la señal de reloj. Cuando todos los átomos han experimentado la transición hacia el estado requerido, la señal alcanza su máximo. La intensidad de la señal se usa para corregir la frecuencia de las microondas en la cavidad. Después, el ciclo de la fuente se repite.

Pero, volviendo al punto que nos interesa, a saber, el de las falacias de la relatividad de Einstein. Una vez que sabemos que no existe dilatación del tiempo, sino sólo dilatación o contracción de los niveles hiperfinos de energía. ¿Cómo podemos cuantificar dicho efecto desde la Relatividad Galileana Completa?. Veamos. A una altura h desde la superficie terrestre, el potencial gravitatorio vale

\displaystyle \phi' = -\frac{GM}{(r+h)}

donde r es el radio de la Tierra. Y el potencial en la superficie terrestre es, lógicamente

\displaystyle \phi = -\frac{GM}{r}

Por lo tanto, la diferencia de potencial será

\displaystyle \Delta \phi = \phi' - \phi = -\frac{GM}{(r+h)}+\frac{GM}{r} \\ \\ \\  \displaystyle \Delta \phi = \frac{GM}{\frac{r^2}{h} + r}

Por lo tanto, si la frecuencia de resonancia es \nu en la superficie terrestre, la frecuencia de resonancia a una altura h será ligeramente mayor,

\displaystyle \nu' = \nu \exp \left (\cfrac{GM}{c^2 (\frac{r^2}{h} + r)} \right )

Esta es la corrección que los defensores de la Relatividad General afirman que se debe a las correcciones de la dilatación relativista del tiempo en los relojes atómicos del GPS. Es decir, que un reloj atómico a una altitud estacionaria h correría más rápido que un reloj en la superficie terrestre. La disputa está en la causa de ese efecto, no en el hecho de que corra más rápido o no.

Si un reloj de Cesio tiene una frecuencia de resonancia de \nu=9192631770 \;\mathrm{Hz} en la superficie terrestre. A una altitud de h =20200 \; \mathrm{km}, siendo el radio de la Tierra r=6400 \;\mathrm{Km}, tendremos

\displaystyle \nu' = \nu \exp \left (\cfrac{GM}{c^2 (\frac{r^2}{h} + r)} \right ) = 9.19263177483756 \times 10^9 \; \mathrm{Hz}

Esto significa un desplazamiento de

\displaystyle z= \cfrac{\nu' -\nu}{\nu} = 5.26243 \time 10^{-10}

o lo que es lo mismo, 45 µs/día (microsegundos/día), que está en perfecto acuerdo con lo que se calcula desde la Relatividad General.
Todo esto implica, que podemos evitar usar la complicada Relatividad General para calcular esta clase de efectos y otros, y usar la menos complicada Relatividad Galileana Completa, la cual ofrece las mismas predicciones para las magnitudes medibles, y sus cálculos resultan incluso más precisos.

6 comentarios to “Demostración, mediante un reloj atómico de fuente de Cesio, de que la dilatación del tiempo predicha por la relatividad de Einstein es una falacia y por lo tanto no existe”

  1. Ax said

    Le reto a que explique algo que parece aparentemente trivial: ¿como puede explicar que dos imanes se atraigan, y que la relatividad sea falsa? El vínculo entre ambas cosas creo que está claro (¿imanes atrayendose?, ¿campo B realizando trabajo?).

    • Reto aceptado, pero primero explicalo tú desde la relatividad de Einstein. Hasta que no lo expliques por aquí todo bien explicado, no daré mi solución. Y no vale poner links a páginas o papers donde ‘supuestamente’ lo explican.

      • Ramón said

        Albert, es curioso que el creador del reloj atómico, Louis Essen, no fuera partidario de la teoría de la relatividad de Einstein. Asimismo, es muy posible que si se hubiera descubierto la radiación cósmica de fondo en la época en la que surgió la relatividad no se hubiera desterrado el éter o equivalentemente un sistema de referencia privilegiado.
        En una teoría que considere un sistema de referencia privilegiado y con unas hipótesis parecidas a las de Einstein, es posible ver que en el funcionamiento del sistema de posición GPS o GLONASS se darían las siguientes “anomalías”:
        1º) Los relojes atómicos(del orden del centenar) que están distribuidos por la superficie de la Tierra tendrán una falta de sincronía de alrededor de +-1 nanosegundo (ns), no porque no sean precisos sino porque su período es distinto ya que su velocidad absoluta es diferente, y es ésta la determina el período.
        2º) Los relojes atómicos que están a bordo de los satélites estarán asimismo desincronizados en unos +-
        10 ns.Esta falta de sincronía es una variación cíclica durante un día, (sidérea), pero que quedaría enmascarada con los errores. De hecho un gran especialista en GPS, Neil Ashby, dice en un artículo de divulgación sobre este sistema que los relojes sobre tierra tiene una falta de sincronía de unos ns y que los satelites tienen entre sí una falta de sincronía de unos 20 ns. ( que es equivalente a la “diferencia” ente + 10 ns y -10 ns).
        Sin embargo no dice nada de porqué se producen estos errores.
        Al menos no he encontrado ninguna explicación. Sí he encontrado algunas referencias ( por ejemplo de un experto en GPS que opina que estos valores de 1 ns y 20 ns no sé sabe bien porqué se producen),
        ¿Conoces, Albert, a algún experto que pueda explicar el porqué se da esto? Lo mismo ocurre en el sistema ruso GLONASS según se puede leer en algunos artículos,

  2. Ax said

    “Y no vale poner links a páginas o papers donde ‘supuestamente’ lo explican”. Ok, si partimos de ahí, me rindo, sospecho que es imposible encontrar algo convincente si eres tú quien determina si es correcto o no.

    Hablo de imán por hablar de un caso cotidiano, del que se puede prescindir, pero es un caso cotidiano en el que vemos como dos elementos generadores de campo magnético modifican su estado de movimiento, es decir, realizan trabajo el uno sobre el otro. ¿Por qué? Porque no es el campo magnético el que realiza trabajo, sino el eléctrico que es percibido por cada uno de los imanes al moverse con cierta velocidad relativa, de acuerdo con la relatividad.

  3. Nacho said

    Hola Albert. No estoy de acuerdo con que este post demuestre que la teoria de la relatividad es incorrecta. Has dado una explicación de cómo los relojes atomicos se alteran en determinadas condiciones, pero ¿y si se altera de tal manera que contrarestan la dilatacion temporal? ¿y si existen muchas más razones por las cuales los relojes atomicos se des-sincronizan y esas otras “asincronias” son compensadas con la dilatacion de manera que tu solo percibes la “des-sincronizacion” producida por lo que has explicado arriba?.

    La teoria de la relatividad se basa en dos hipotesis mas el uso de las matematicas. La primera hipotesis es muy razonable (la que afirma qe no existe una referencia absoluta para la fisica), y la segunda (la velocidad de la luz no depende del observador que la mida). Si admites estos dos principios, la teoria de la relatividad especial viene de regalo ya que ha sido obtenida a partir de esos principios y de razonamientos matematicos demostrados. Esto quiere decir que si la dilatacion temporal no existe, entonces la luz tiene velocidad variable con el observador. Te propongo que pienses en un mundo en el que la velocidad de la luz depende del observador… Aparte hay muchos experimentos que han coincidido en que la velocidad de la luz es independiente del observador.

    • Hola Nacho, gracias por tu comentario. Me propones que piense en un mundo en el que la velocidad de la luz depende del observador. Por desgracia, tu propuesta ha quedado muy superada y obsoleta. Estamos en el siglo XXI, y toda discusión sobre si la relatividad de Einstein es correcta o incorrecta resulta ser infructuosa para el progreso de la física, por la sencilla razón de que siempre terminan hablando de herejía e insultando al hereje. Hablas de la velocidad de la luz, pero en los albores de este siglo XXI, la luz empieza a verse más como fenómeno cuántico que no posee velocidad alguna porque no es local, sino que es algo que se transfiere a distancia sin propagarse por ningún espacio o tiempo. De hecho, los físicos teóricos actuales están replanteándose la cuestión de si los fotones son realmente partículas o si en realidad no existen. Es más que probable que un fotón no exista como tal partícula, y es más que seguro que un fotón no es ninguna pelotita al modo clásico que vaya revoloteando por el espacio de un sitio a otro, es decir, no existen fotones libres.

      Te propongo que pienses en un mundo en el que los fotones no existan, y por lo tanto hablar de la velocidad de la luz no tenga sentido, y donde la energía y el momento se transfieran de unos sistemas materiales a otros de forma no local y a distancia, fuera del espacio y del tiempo. Ese es el debate del siglo XXI.

      Gracias

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