EXPERIMENTOS DE FÍSICA

1.a) Experimentos físicos - El reloj invisible

Uno de los experimentos físicos que más me gustan es éste, porque es uno de los ejemplos más conocidos entre el público general como demostración indiscutible de la Teoría de la Relatividad del tiempo: ¡En los relojes atómicos de una nave espacial se altera el tiempo!

Hasta los modernos sistemas del Global Positioning System (GPS) incorporan correcciones temporales debidas tanto a la Relatividad Especial como a la Relatividad General. (Velocidad y gravedad respectivamente)

Con la Teoría de la Equivalencia Global se incorporarían correcciones temporales al Sistema de Posicionamiento Global (SPG) por errores de medición debidos a la sensibilidad de los relojes atómicos a la velocidad y la gravedad.

La pregunta es: ¿Qué mecanismos operan en los relojes atómicos para que sus piececillos no sigan el mismo ritmo?

Porque seguro que hay algún mecanismo.

¡Pues no! Alterarse, se alteran, pero según la Teoría de la Relatividad se alteran porque el tiempo es relativo y depende del sistema de referencia del observador, de las dimensiones, de los tensores, etc.

Además da igual si son relojes ópticos, de péndulo o atómicos, todos los imaginarios experimentos físicos parecen coincidir como por arte de magia.

Como yo necesito un mecanismo para cambiar las manecillas de los relojes, imagino que quizás se alteren por acción del dios Cronos. Entonces, me pregunto que pasaría si Cronos se despista por un momento y piensa, al ver las manecillas de un reloj de presión, que es de tiempo y las mueve para ponerlo en hora.

¡No quiero ni pensar que podría pasar si Priso, el despistado dios de la presión, al llevar prisa, tocase un reloj de tiempo por error. Sería para morirse de risa!

Obviamente, todos estamos de acuerdo en que los relojes atómicos se alteran, es un hecho, pero creo que se debe a que los mecanismos se ven afectados por la velocidad y la gravedad y no porque el dios Cronos cambie las manecillas jugando a ser un magufillo.

La actual definición de segundo es la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio, en un estado y condiciones concretas. Y la definición de metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un 299.792.458avo de segundo.

Observando los conceptos de reloj y de segundo vemos que la gravedad y la velocidad alteran los mecanismos de los relojes atómicos que sirven de base para definir al segundo. Seguramente también serán sensibles a la presión u otras condiciones concretas.

Un concepto clave de la definición de segundo parece ser lo de estado y condiciones concretas. En consecuencia, lo normal sería independizar la definición de tiempo de la gravedad, la velocidad y cualquier otra circunstancia, fijando unas condiciones concretas que incluyan todas ellas.

El único problema que se plantearía es que la Teoría de la Relatividad pasaría a ser formalmente incorrecta puesto que los experimentos físicos con relojes atómicos, para ser consistentes con la nueva definición de la unidad del tiempo, mostrarían que lo que se altera es la precisión del instrumento de medida y no el tiempo.

El único reloj que nos diría si realmente el tiempo es relativo o no, sería uno que fuese invisible y que no tuviera masa; es decir, uno que no fuese afectado por los cambios en la velocidad como aparato de medición, pues si el tiempo es relativo lo será por si mismo y no porque el mecanismo del aparato de medición se vea afectado.

No obstante, una buena aproximación por ahora sería utilizar relojes atómicos pero corrigiendo sus pequeñas desviaciones temporales respecto a cambios en las condiciones, siempre y cuando incluyamos en éstas la gravedad y la velocidad.

Ahora debemos buscar experimentos físicos que confirmen nuestras suposiciones.

Como es difícil conseguir un reloj invisible y todavía más, que no tenga masa, he decidido cambiarme de bando y en lugar de utilizar un reloj utilizar varios grupos, a ser posible todos de relojes atómicos.

Me recuerda aquello de "los relojes, unidos, jamás serán vencidos". Para ganar, sólo necesitan un líder y ya cuentan con uno indiscutible, el reloj invisible o reloj enmascarado. ¡Seguro que es el reloj más puñetero porque no tiene manecillas!

En realidad se trata de un grupo de experimentos científicos más que de un experimento físico concreto. Un reloj lo dejaremos en reposo en la superficie terrestre y otros en diferentes condiciones: en movimiento en una nave espacial, calientes, con radiaciones, en reposo en una torre, con elevada presión, etc.

• Reloj atómico de control en tierra.

  Con este reloj se pretende secuestrar el tiempo verdadero aislándolo de las otras dimensiones, por lo menos, de las conocidas.

• Velocidad.

  Bien, yo creo que el reloj atómico de la nave espacial se alterará por los cambios en su masa provocados por la velocidad y la correspondiente energía cinética.

• Temperatura.

  Al mismo tiempo, pondremos otro grupo de relojes homogéneos con los anteriores en un horno a unos 100 ó 200 grados centígrados para ver si el tiempo es también relativo con la temperatura. ¡Es la queimada de relojes estilo micro-ondas!

  La idea es sencilla, es posible que los relojes atómicos se viesen afectados por la energía, bien sea cinética o calorífica, pero no tendría nada que ver con la relatividad del tiempo sino con la teoría del sofocón.

  Yo creía que era generalmente conocido que la temperatura de un átomo está directamente relacionada con su velocidad.

• Gravedad.

  Otra de las vertientes citadas de experimentos físicos con el tiempo podría surgir si encerramos un reloj atómico en una torre de 6 km de altura y nos encontrásemos con que también se desincroniza a su aire.

  Aquí tendríamos que examinar las posibles causas psicológicas relacionadas con el miedo a la altura o vértigo y, una vez descartadas, pensar en la posible influencia de la distinta velocidad espacial por el efecto de rotación terrestre, el efecto será pequeño pero existirá.

  Aunque la presión atmosférica también les pudiera afectar es dudoso que dicho efecto pudiera ser observado con la tecnología actual dado el escaso cambio de presión a que nos estamos refiriendo.

  La misma argumentación se puede hacer respecto de los cambios de tiempo debidos a la diferencia de gravedad, a la vista del Principio de Equivalencia de Einstein; aunque yo diría que el efecto se debe al Principio de Conservación Global.

  La Teoría de la Equivalencia Global asume que el cambio de masa del átomo de Cesio producido por cambios en gravedad es un proceso gravitacional similar al corrimiento gravitacional al rojo o al azul que afecta a la frecuencia de la radiación (también a los relojes y princesas encerradas en torres tipo Pound y Rebka).

  Dichos cambios afectarán al período de la radiación emitida por el átomo de Cesio, que es el utilizado para medir los segundos. Existe una ligera diferencia entre admitir y explicar un error de medida y cambiar el sistema de medidas por no querer admitir el error de interpretación en los experimentos físicos.

• Presión.

  Ya puestos, podríamos pensar en otro experimento físico y poner un cuarto grupo de relojes homogéneos con los anteriores en una súper olla a gran presión. Si éstos también se relativizan se podría pensar en el efecto sobre el tiempo de la presión psicológica sobre los correspondientes átomos.

  Si la presión, en teoría, es capaz de producir supernovas mediante la fusión de los electrones y protones de las estrellas para formar estrellas de neutrones, cuando supera el límite de Chandrasekar, implicando una violación del principio de exclusión de Pauli, también debería afectar a las vibraciones de los átomos de cesio o de cualquier otro elemento.

1.a.2. Experimento físico sobre la simultáneidad

• El Tren de la Abrujuela.

Este experimento científico de la puntualidad del Tren de la Abrujuela, muy sencillo de realizar en la Tierra, versa sobre el problema de la simultaneidad en la Teoría de la Relatividad.

En este experimento científico, inicialmente el tren de la bruja está parado en la superficie de la Tierra y en él se sincronizan dos rayos emitidos desde sus dos extremos hacia el centro. Se entenderán sincronizados por convención cuando lleguen simultáneamente o a la vez al receptor central, dada la constancia de la velocidad de la luz y que el tiempo es único para el punto central. Dicho receptor tendrá un dispositivo para que suene el pitido característico de los trenes únicamente en caso de recibir dos rayos simultáneamente..

Así tendremos al tren sincronizado, el experimento científico consiste en comprobar si sigue sincronizado y sonando el pitido a pesar de cambiar la velocidad relativa del tren, puesto que dicho cambio de velocidad debería implicar un cambio de sistema de referencia mediante las ecuaciones de Lorentz y de la propia simultaneidad de los sucesos. Todo ello, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad Especial.

Es decir, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad, en este experimento científico:

• Si cambia la velocidad relativa el pitido debería dejar de sonar.

Aunque el tren está parado, sólo tenemos que esperar 12 horas para aprovechar el giro de la Tierra para obtener un significativo cambio de velocidad del tren parado, de aproximadamente 528 m/s; vamos, un tren totalmente embrujado.

De acuerdo con laTeoría de la Equivalencia Global, en este experimento científico:

• Obivamente cambia la velocidad relativa pero el pitido seguirá sonando.

Al contrario de lo que previene la Teoría de la Relatividad, la propuesta de la Teoríoa de la Equivalencia Global objeto de demostración en este experimento científico es que el sistema de referencia natural de la luz es el campo de gravedad por el que se desplaza.

La argumentación central es que, a pesar de cambiar la velocidad relativa del tren entre las dos etapas del experimento científico, la simultaneidad de los rayos de luz y su consecuente pitido se mantendrán porque no hay cambio real de velocidad ni del tren ni de los rayos de luz porque ambos se encuentran en el mismo sistema de referencias natural en las dos etapas, es decir, el señalado campo de gravedad de la Tierra.

La importancia del experimento científico realizable del Tren de la Abrujuela, como la del Lejano Michelson Morley es que al no necesitar ninguna medición de velocidades ni ningún cálculo matemático no se pueden negar sus conclusiones con transformaciones más o menos arbitrarias de magnitudes o sus unidades.