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Ciencia en español

Lo que opina Louis Essen de la Teoría de la Relatividad Especial

Posted by Albert Zotkin en octubre 19, 2012

Louis Essen (6 de septiembre de 1908; 24 de agosto de 1997)

Louis Essen fue un prestigioso físico cuyos logros más notables fueron en la medición precisa del tiempo, la determinación de la velocidad de la luz, y el desarrollo del reloj atómico. Lo que sigue es una traducción de algunos pasajes de tres artículos suyos donde opina acerca de la Relatividad Especial de Einstein.

La Teoría de la Relatividad de Einstein sólo fue impartida muy brévemente en los cursos universitarios a los que asistí, pero se nos insistió mucho que teníamos que aceptarla como cierta, la entendiéramos o no. Yo fui sumiso y acepté la situación, y desde entonces vengo descubriendo que la mayoría de los físicos son conformistas, y asumen que esa teoría debe ser correcta, ni se plantean la más mínima critica. La única razón por la que piensan que debe ser correcta es porque es mayoritariamente aceptada. Mis dudas sobre esta teoría surgieron cuando comprobé que los expertos tampoco la entendían. Un intercambio de cartas en la revista Nature entre Dingle y McCrea me mostró que cada uno tenía puntos de vista opuestos sobre algunas predicciones de la teoría y los argumentos esgrimidos por ambas partes eran desde mi punto de vista ilógicos y nada convincentes. La mayor parte de la discusión acerca de la teoría trató sobre la lectura de relojes cuando se mueven relativamente uno respecto a otro, y puesto que yo tenía amplia experiencia profesional en el tema de comparar relojes y en medidas del tiempo, parecía casi una obligación tomarme cierto interés en la controversia, especialmente cuando algunos de los llamados efectos relativistas, aunque muy pequeños, no se hacían significativos en la definición de segundo atómico ni en el uso de relojes atómicos.

Siempre es mejor referirse a los documentos originales que a otras referencias, y por lo tanto me puse a estudiar el famoso documento de Einstein, siempre considerado como una de las más importantes contribuciones en la historia de la ciencia. Imaginense mi sorpresa cuando veo que ese documento era en algunos aspectos uno de los peor escritos que jamás haya leído en la historia de la ciencia. La terminología y el estilo son acientíficos y ambiguos; una de sus asunciones se da en diferentes páginas en dos formas contradictorias; algunas de sus sentencias estaban abiertas a diferentes interpretaciones, y el peor de los defectos, desde mi parecer, era el abuso de experimentos mentales. Esta práctica del experimento mental es contraria al método científico que se basa en conclusiones extraidas de resultados de experimentos reales. Mis primeras impresiones fueron que a pesar de sus obvios defectos de presentación, la teoría debía ser básicamente consistente, y antes de empezar a criticarla leí ampliamente sobre ese asunto. Las lecturas adicionales sólo confirmaron mi impresión de que esa teoría adolecía de una importante malformación debido a sus contradicciones internas. Los relativistas siempre dicen que la teoría es aceptada por todos los científicos de reconocido prestigio, pero eso es una absoluta mentira. Esa teoría ha sido intensamente criticada por muchos científicos, incluyendo al menos un Premio Nobel. La mayoría de las críticas se centran en sus muchas contradicciones, por lo que decidí a apuntar los errores que daban lugar a dichas contradicciones, especificando la página y línea donde estaban, de esa forma a los relativistas ya no les sería tan fácil eludirlos u ocultarlos en encenagadas discusiones irracionales.

Encontré errores tan flagrantes que no admiten argumento alguno. Uno fue el asumir que la velocidad de la luz es constante. Esto es contrario a los fundamentos de la ciencia, y el hecho de que sea repetido una y otra vez en todos los libros de textos que he visto muestra lo poco que entienden estos postulados los físicos teóricos. La ciencia se basa en los resultados de experimentos reales, y estos resultados deben estar expresados mediante un conjunto simple y coherente de unidades de medida. La unidad de longitud era el metro, y la unidad de tiempo era el segundo. La velocidad era una magnitud medida en metros por segundo. Aunque se encontrara que fuera constante en ciertas condiciones, sería completamente equivocado hacerla constante por definición en todas las condiciones. Sólo una unidad medida puede hacerse constante por definición, por lo que la asunción de Einstein constituía una duplicidad de unidades. Esa duplicidad era la que nos conducía a todos esos resultados tan contradictorios, paradójicos y enredosos, pero nunca hacia la profundidad de la teoría como a los relativistas les gusta hacernos creer.

La cuestión de las unidades es bastante compleja, y en este asunto algunos escritores están bastante confundidos por el hecho de que la velocidad de la luz sea ya a menudo usada como un estándar, y las distancias calculadas desde el tiempo que tarda en propagarse un pulso de luz o de ondas de radio; pero el valor usado es el valor medido y las condiciones de medida están cuidadosamente definidas. Recientemente surgieron más complicaciones adicionales. Al final de nuestro trabajo en el NPL sugerimos que, ya que las técnicas han mejorado, podría ser conveniente redefinir las unidades de medida, conservando el segundo atómico, si damos un valor definido a la velocidad de la luz y desechamos la unidad de longitud. Esto ya se ha hecho, pero estos desarrollos no afectan al criticismos de la teoría. Incluso con estas nuevas unidades sería aún absurdo asumir que la velocidad de la luz debe ser la misma para dos observadores en movimiento relativo. Las unidades deben ser usadas con sentido común.

Otro flagrante error se cometió en el curso de uno de sus experimentos mentales. Einstein nunca realizó ningún experimento real hasta donde sé, y ciertamente él no tenia ni idea de cómo comparar relojes. Imaginaba dos relojes idénticos uno al lado del otro, y suponía que uno de ellos se alejaba del otro a velocidad uniforme y después regresaba. Según uno de los resultados deducidos de la teoría, un reloj que se mueve parece que funciona más lentamente que otro que está en reposo cuando se ve desde la posición del este último. Llamando A y B a dichos relojes, las predicciones son:

B funciona más despacio que A cuando es visto desde A

y puesto que la velocidad es relativa y cualquiera de los dos relojes puede ser visto como moviéndose:

A funciona mas despacio que B cuando es visto desde B

Este resultado es realmente extraño, aunque no lógicamente imposible. Implica que algo pasa en las señales durante su propagación. Einstein entonces resalta su experimento mental sin dar ningún detalle de cómo son realizadas las medidas y concluye que:

B funciona más despacio que A

y aunque él no lo diga específicamente también esta diciendo que:

A funciona más despacio que B
en consonancia con el principio de relatividad.

Este resultado es, por supuesto, imposible, y es llamado habitualmente la paradoja del reloj. Ya se han escrito muchos miles de palabras sobre este asunto, pero la explicación es simplemente que Einstein no estudió profundamente los procedimientos correctos al hacer su experimento mental. Es un experimento mental muy simple, que se realiza rutinariamente cada día al comparar relojes, y el resultado correcto está de acuerdo con sus predicciones como no podía ser de otra forma, ya que un experimento mental no puede dar un resultado nuevo. Las mismas predicciones son también inexplicables, pero esa es una de las consecuencias de la duplicidad de unidades.

Yo tenía la cándida creencia de que los científicos se alegrarían de tener una explicación satisfactoria sobre la confusión existente desde hace tanto tiempo y prestarían al menos cierta atención a mis aclaraciones, ya que yo tenía más experiencia profesional en estos asuntos que todos los relativistas juntos. Pero, estaba equivocado. Ninguno intentó refutar mis argumentos, aunque justificaban y defendían a Einstein repitiendo su experimento mental y sus errores en diferentes modos. Sin embargo, me dejaron caer algunos consejos bastante genéricos de que si persistía en mis críticas a la teoría, mi reputación y mis perspectivas laborales y profesionales se verían resentidas. Este asunto sólo era algo suplementario a mi trabajo experimental, pero lo encontré tan interesante que no sentía que tenia que dejarlo, y pensaba que era muy importante que esa teoría fuera puesta en evidencia. Mi director me dio su consentimiento y me dijo que no tenia ninguna objeción al respecto siempre que yo no implicara al NPL. Ya estaba yo empezando a sospechar que los científicos pueden llegar a ser tan irracionales como cualquiera, y al aceptar esa teoría más como acto de fé sin entenderla, cerraban en banda sus mentes a cualquier argumento racional que fuera esgrimido contra ella. También intentaban suprimir cualquier oposición, y dos de mis documentos después de que fueran aceptados por árbitros, misteriosamente nunca fueron publicados.

No me sentía solo, tenia apoyos, y fui invitado por la Oxford University Press a escribir un artículo. Dicho artículo no fue tan extenso y profundo como ellos esperaban, ya que no le pude dedicar todo el tiempo que me habría gustado dedicarle, y carecía de asistencia de secretaría en mi departamento, pero fue aceptado y publicado como uno de sus Documentos de Investigación (nº 5). El Director de la Royal Institution también me invitó a dar un discurso en las Veladas del Viernes. Fue recibido de forma muy entusiástica y recibí muchas cartas de felicitación, aunque, y tenia gracia la cosa, la mayoria solo fueron escritas como notas privadas y no en el periódico de sus organizaciones como cabria esperar.

La historia de la relatividad habría sido un estuidio fascinante, y me arrepiento de no hacer sido competente y capaz de hacerlo por mí mismo. Sólo fui capaz de considerar y analizar el asunto concerniente a las unidades de medida y comparación de relojes, ya que de eso era de lo que sabía. Lo que me inspiró fueron los desconcertantes resultados obtenidos en el experimento de Michelson y Morley. Esos dos científicos argumentaban que si la luz viajaba a una velocidad constante a través del medio, o éter, y la superficie de la Tierra se estaba moviendo a través de ese medio, debería haber un efecto detectable en el movimiento, sin embargo no pudieron detectar ninguno. Fitzgerald y Lorentz se apresuraron a dar una explicación empírica, afirmando que cuerdas móviles acortaban su longitud, y los relojes móviles funcionaban más despacio. Los científicos difícilmente podrían buscar una explicación más satisfactoria y detallada, y eso fue lo que Einstein pensó que él había hecho. Pero, todo lo que él hizo fue introducir en la física ideas irracionales e incorporar la explicación de Lorentz a la teoria electromagnética como asunción, nunca como deducción. Los sorprendentes resultados originales, por lo tanto, permanecen y es importante para la ciencia buscar una explicación más ajustada a la verdad científica.

El famoso documento publicado en 1905 no parece que hubiera conseguido atraer mucho la atención hasta que Eddington regresara de una expedición para estudiar el eclipse de de Sol de 1919, y con gran aparato publicitario, anunciara en unos encuentros de la Astronomical Society en Londres que los resultados experimentales habían probado que la Teoría de Einstein era cierta. Lo que él creyó que había confirmado fue el valor del ángulo que Einstein calculó para la desviación de la trayectoria de la luz al pasar cerca del Sol. Los científicos sabían de las dificultades de obtener evidencia experimental para la teoría, pero Eddington estaba hasta tal punto convencido de que la teoría era cierta antes de hacer experimento alguno, que llegó a afirmar que si los resultados experimentales no la confirmaban entonces esos resultados debían de estar mal. Una crítica a esos resultados, hecha más tarde, señalaba que, para obtener los resultados que el quería, algunas de las observaciones que no coincidían con las predicciones teóricas fueron ignoradas, desechadas. Alguien también señaló, con alguna evidencia, que el mismo Einstein había predicho dos resultados distintos que diferían de 2 a 1 para el ángulo de deflexión. Finalmente, la deflexión de la trayectoria de la luz por el Sol no tiene nada que ver con la Relatividad Especial ni con la paradoja del reloj, aunque de forma bastante misteriosa se afirmó que la confirmaba. A la busca de más pruebas experimentales, se hizo un experimento en los EEUU hace algunos años. Cuatro relojes atómicos viajaron en avión en direcciones opuestas alrededor del mundo. Las discrepancias entre las lecturas finales de los relojes fueron muchas veces más grandes que el efecto buscado, y sin embargo ignorando esos resultados que no les gustaban y realizando ciertos análisis estadísticos poco o nada claros, los autores afirmaron haber validado la teoría de Einstein y especialmente la paradoja del reloj. Hubo un programa espectacular de televisión al respecto en el que un actor bastante famoso fue subido a una nave espacial de mentira y contó a toda la audiencia cómo habría regresado más joven que si hubiera permanecido en la Tierra. Dicho actor, siendo un hombre inteligente, percibió aquello como bastante absurdo, tan absurdo como espero que le pareciera a toda la audiencia de aquel programa.

Mi intromisión en la física teórica debe haber sido considerada como un fallo porque no conseguí convencer a los relativistas de sus errores y confusiones. Pero puede que haya servido como acicate a los científicos para buscar una extensión racional de la teoría electromagnética que explique los muchos misterios que aún aguardan para ser explicados. Ha habido varios intentos, el de Rene L. Vallée es a mi parecer el más motivador. Es una teoría unificada de campo que ofrece una explicación electromagnética de la gravitación, e incluyendo la importante sugerencia de que se podría aprovechar la energía gravitacional del espacio de forma segura y económica. Argumenta que el programa de energía nuclear en Francia fue un gasto inútil y mal dirigido, y que le obligó en consecuencia a abandonar la Autoridad para la que trabajaba. Es triste que sus ideas no sean debidamente estudiadas, y más si tenemos en cuenta que el programa de fusión nuclear a nivel mundial parece que progresa muy poco o nada a pesar de los miles de millones gastados en él.

REFERENCIAS
[1]Essen, L. (1971) La Teoría Especial de la Relatividad: un análisis crítico, Oxford University Press (Oxford trabajos de investigación en ciencias, 5).
[2]Essen, L. (1978) “Relatividad y señales en el tiempo”, mundo de la electrónica y Wireless, octubre de 1978, p. 14;
[3]Essen, L. (1988) “Relativity – Broma o estafa?”, Electrónica y Wireless World 94, 126 a 127.

5 comentarios to “Lo que opina Louis Essen de la Teoría de la Relatividad Especial”

  1. Ramón said

    Albert, Essen no dio ninguna alternativa a la teoría de Einstein. Ives, el que comprobó el efecto Doppler transversal sí lo hizo, en el sentido de que mantenía que un reloj atómico, o un dispositivo cuántico, podría tener un período distinto según su velocidad , como asimismo depender de un parámetro l (en el artículo de Einstein de 1905 toma el valor l=1 ya que los sistemas de referencias son equivalentes. Para otros valores de l da las ecs. de Voigt, o las Gordon-Palacios, por ejemplo). Esto supone que hay un tiempo y un sistema de referencia privilegiado; el tiempo absoluto sería el dado por las ecs, de transformación y el tiempo atómico sería un tiempo relacionado con el anterior distinto.
    Ya que el período de un reloj atómico varía según su velocidad absoluta, estas teorías predicen que habría un efecto cíclico sidéreo de aproximadamente unos +- 0.7 nanosegundos. Es decir, si constrastáramos dos relojes atómicos sobre la superficie de la Tierra podrían estar desincronizados en esa cantidad en el transcurso de un día.
    De ello en la literatura sobre el sistema GPS se afirma que los relojes maestros (varias decenas) están sincronizados en este margen sin dar ninguna explicación (algún experto opina que esta “anomalía” no tiene explicación ). También se da en el sistema ruso GLONASS la misma cuantía.

  2. Daniel Martínez said

    LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ES ERRÓNEA

    Como es sabido, una de las principales conclusiones de la Teoría de la Relatividad es la idea de que el tiempo es relativo, de modo que, para un astronauta que viaje por el espacio a velocidades próximas a la de la luz (si esto fuese técnicamente posible), transcurriría comparativamente menos tiempo que para otra persona que se quedara en la Tierra. El astronauta envejecería menos y el reloj de su nave marcaría un intervalo de tiempo menor que los relojes situados en la Tierra. Para las velocidades normales que solemos experimentar, en cambio, ese desfase temporal sería una cantidad infinitesimal y, por tanto, inapreciable (gracias al ingenioso “diseño” de las fórmulas matemáticas utilizadas por Einstein).

    Una demostración sencilla de que esta teoría es errónea es la siguiente:
    Si yo me encuentro en una colina situada en España a las 12 del mediodía (hora solar), mi sombra apuntará hacia el norte porque el Sol está situado justamente al sur con respecto a mí. Supongamos que, en ese momento, una nave espacial que viaja a 200.000 kms/seg pasa a pocos metros de la colina; de modo que un cilindro o mástil situado verticalmente sobre la nave (a modo de reloj de sol) también proyectará sobre la superficie de ésta, en ese preciso instante, una sombra que apunta hacia el norte, puesto que la nave estará iluminada por el mismo Sol que me alumbra a mí. Esto indica que, en el suceso relatado, tanto mi sombra como la que se proyecta en la nave en movimiento marcarán exactamente la misma hora solar (las 12 del mediodía).
    Si suponemos, además, que la nave había partido de España a las 12 del día anterior, el intervalo de tiempo transcurrido entre los dos sucesos, tanto para mí como para el astronauta que pilota la nave, sería de 24 horas, y no se produciría entonces un desfase de varias horas como suponía Einstein.

    Otro ejemplo: Una nave que da vueltas a la Tierra a baja altura, sobrevolando siempre el mismo meridiano. El cilindro o mástil situado verticalmente sobre su superficie, que hace la función del gnomon de un reloj de sol, marcará en cada punto de la trayectoria la misma hora que otro reloj de sol idéntico, situado en el lugar de la Tierra que la nave esté sobrevolando en ese momento (dentro de la zona diurna de la Tierra, claro está). Si la nave tarda 1 minuto en dar una vuelta a la Tierra (a una velocidad de unos 670 kms/seg) las fórmulas de Einstein nos dicen que, después de 25 años dando vueltas, el reloj de la nave tendría que acumular un desfase temporal de media hora, aproximadamente, cosa que obviamente no puede ocurrir tratándose de un reloj de sol. La lógica más elemental nos dice que las medidas de tiempo del reloj de sol que sobrevuela la superficie de la Tierra son siempre concordantes con las que marcan otros relojes de sol que se encuentran estacionados en esa superficie, día tras día y año tras año, lo cual implica necesariamente que el tiempo transcurre exactamente igual para ambos sistemas de referencia.

    Tampoco la gravedad puede afectar al tiempo, como postuló Einstein, ya que un reloj de sol situado al pie de un rascacielos siempre registrará, durante las horas diurnas, la misma medida de tiempo que otro reloj de sol localizado en la azotea del mismo edificio (un poquito más lejos del centro de la Tierra). Nunca habría un desfase temporal acumulado entre estos dos relojes, aunque transcurrieran millones de años.

    El tiempo, por tanto, no puede ser relativo, debido a la lógica sincronía que se produce en el mundo físico para que los hechos se sucedan de una forma natural.
    Así lo expresa Rodrigo Alonso en la nota 25 de su libro “Un encuentro con Einstein” (ISBN 84-96417-02-6): “Sería bueno recordar que todo reloj mide tan sólo los fragmentos del día solar –duración de la rotación de la Tierra sobre su eje tomando una misma posición del Sol como referencia– Así, los relojes con manilla de segundero en cada «tic» abarcan 1/86.400 del día solar medio. Siempre se está bajo el mismo Sol y, por tanto, los relojes solares situados juntos proyectarán idéntica hora (sombra), aunque uno de ellos haya sido sometido a velocidades astronómicas. No parece muy probable que el astro rey vaya a ocupar dos posiciones a la vez para proporcionar mediciones distintas en cada reloj de sol.”

    Un cordial saludo.

  3. emiro diez said

    Desde hace un tiempo, gracias a informaciones como las difundidas en este sitio, he comprendido no solo el error de las relatividades sino el inmenso mal que le hicieron a la ciencia. Les recomiendo los escritos del físico ruso S.N. Arteja son muy bien fundamentados. Me impresionó sobremanera la “paradoja de los n gemelos”. Gracias señor Zotkin, siga con su cruzada por la verdad.

  4. Nestor said

    Yo creo que aquí hay un problema cultural del fondo que proviene de conceptos erróneos de la cultura occidental de la Ilustración. La cual es dominante a nivel global.

    La ciencia occidental pretender excluir a la filosofía, la ontología y cualquier cosa que suene a metafísica. Sin embargo la ciencia es sólo medición y la medición quien la hace es la mente humana. Es decir, que la ciencia es creación de la mente.

    Si aceptamos esta verdad de que la ciencia es creación del pensamiento, entonces las “verdades científicas” quedan sujetas a distintas interpretaciones subjetivas, porque el pensamiento científico está condicionado a la cultura que lo crea.

    Es decir, que las interpretaciones que se hagan de esas mediciones son tan relativas y perecederas como la cultura misma.

    Y algo más grave, la interpretación que hace el pensamiento del mundo externo es un mundo virtual que no tiene mucho que ver con el mundo real. Porque el mundo real es un hecho, mientras que el mundo mental son abstracciones. El mejor ejemplo de estas abstracciones son las matemáticas o el lenguaje con el que se expresan.

    Si somos conscientes de que ciencia es igual a pensamiento, entonces es casi infinita la cantidad de paradojas que se nos ocurren para afirmar o negar la validez de la totalidad del conocimiento científico actual. Por la mera razón de que el pensamiento es creativo, creando la realidad que cree percibir.

    • Gracias Nestor por tu aportación. El debate entre filosofía vs Ciencia siempre está muy vivo, en particular cuando quienes debaten de un lado son defensores de la física teórica actual, más concretamente del Modelo Estándar de la Mecánica Cuántica, o de la Teoría Cuántica de Campos. Como nuestra, aquí tienes un botón, donde un conocido bloguero, para defender la postura de la Física frente a la Filosofía (defensa absurda, por otra parte) no se le ocurre otra cosa que hacer una larga disertación filosófica de lo más canónica.

      Saludos

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