Los antieinstein

13/12/2017 19 comentarios
Menear

La teoría de la relatividad de Einstein ha sido comprobada una y otra vez por los experimentos, y ha sobrevivido a todas las críticas recibidas durante más de un siglo.

Albert Einstein es para todos nosotros una especie de símbolo de la inteligencia. "No hay que ser un Einstein para entender que...", "ese niño es un Einstein (no ha salido al padre)..." y cosas así, las decimos todos con frecuencia. Es por tanto muy atractivo intentar demostrar que, en realidad, no era más que un "piernas". Hay varias maneras muy populares de hacer esto. La más indirecta, pero a mi juicio la más terrible, es atribuirle toda clase de sandeces y cursilerías que nunca dijo ni pensó, como ya analizamos una vez aquí. Efectivamente, si todas esas patochadas hubieran sido dichas realmente por Einstein, nuestro desprecio estaría justificado. Otra manera muy de moda es decir que en realidad todo lo hizo su primera mujer Mileva Marić, basándose en un par de chascarrillos de whatsapp que no resisten el menor escrutinio. ¿Y qué me dicen de que cada semana la prensa anuncie que tal o cual experimento (normalmente, de física cuántica) se hace para demostrar que Einstein estaba equivocado? Pobre Alberto.

A lo largo de todo el siglo XX, los más osados han ido aún más lejos, y han intentado probar que uno de los mayores logros intelectuales de la humanidad, la teoría de la relatividad, en realidad está equivocada. Una y otra vez, la teoría ha sobrevivido a todas las críticas, y ha sido corroborada por los experimentos, con un grado de precisión cada vez mayor. Hoy en día, no hay ningún debate científico respecto a la validez de los principios y predicciones fundamentales de la teoría: la relatividad es uno de los pilares más sólidos y mejor asentados del pensamiento científico. Sin embargo, en el ambiente de posverdad actual, las cámaras de eco de internet y las redes sociales permiten que lecturas sesgadas de viejos y superados debates revivan, alentando toda suerte de negacionismo científico y teorías de la conspiración. Pasa con las vacunas, el calentamiento global, los transgénicos... incluso con la esfericidad de la Tierra. ¿Por qué no iba a pasar también con la teoría de la relatividad?

Louis Essen fue un notable físico experimental del siglo XX, que hizo importantes aportaciones para el desarrollo de los modernos relojes atómicos y realizó medidas muy precisas de la velocidad de la luz, entre otras cosas. El hecho de que naciera en Nottingham hace que le tenga especial simpatía, ya que en ese ciudad he vivido e investigado durante tres años. El profesor Essen fue un crítico contumaz de la teoría de la relatividad, y durante décadas envió cartas a revistas como Nature (por ejemplo, Nature 180, 1061 (1957) o Nature 217, 19 (1968)) explicando por qué, a su juicio, la teoría era incorrecta. Más adelante, ya retirado, aún tuvo ocasión de escribir estas ideas en artículos divulgativos en la revista Wireless World (hoy Electronics World). Esos artículos pueden encontrarse todavía por internet (veáse aquí o aquí) y parecen hacer las delicias de algunos lectores, como he podido comprobar recientemente. Todas estas críticas de Essen fueron convenientemente contestadas y refutadas por otros investigadores, y las predicciones basadas en esas críticas han sido demostradas falsas por los experimentos. 

Su argumento fue siempre el mismo durante todas esas décadas, así que nos bastará con explicar aquí los graves errores teóricos de uno de esos artículos (el más detallado técnicamente: "Relativity and time signals", del año 1978).  El contenido estrictamente ciéntifico (sobre el no-científico haré algún comentario más adelante) comienza con una explicación del clásico problema de relatividad especial en el que tenemos dos relojes A y B, que se mueven con una cierta velocidad relativa constante. La predicción revolucionaria de la teoría einsteiniana es que el reloj "en movimiento" "irá más lento". Ahora bien, ¿cuál es el reloj "en movimiento"? En la teoría de la relatividad (siempre que la velocidad relativa sea constante), cualquiera de los dos tiene derecho a considerarse como un observador en reposo y a considerar que es el otro reloj el que se mueve. Por tanto, A pensará que el reloj de B va más lento, mientras que B pensará que A va más lento. ¿Quién tiene razón? Ninguno de los dos: entre observadores a velocidad constante el tiempo es relativo, igual que lo son la posicón y otras muchas magnitudes físicas

Es preciso aclarar una cosa: lo que he descrito hasta ahora no es a lo que se llama paradoja de los gemelos ni paradoja de los relojes. Es simplemente una predicción de la teoría de la relatividad. Essen admite que esta predicción "no es imposible desde el punto de vista de la lógica", pero según él tiene una consecuencia indeseable y que habría pasado inadvertida. Éste es su primer error: no existe tal consecuencia. Veámoslo con detalle. Essen imagina que tanto A como B se envían señales el uno al otro, a medida que sus relojes van dando "tics". Según él, si hacemos esto, la predicción de la relatividad especial implica que algunos tics emitidos no son recibidos. Pues bien, esto no es así. Essen no da detalles de cómo llega a esa conclusión (para él es evidente), pero parece que el razonamiento se basa en la idea newtoniana de que los tics del reloj se emiten a un ritmo universal y constante, de manera que la única manera de que el reloj vaya más lento, es que "dé menos tics". También parece ignorar el famoso efecto Doppler, según el cual la frecuencia a la que se reciben los tics será distinta a la frecuencia con que se emiten (si hay emisores o receptores en movimiento). Si tenemos en cuenta estas dos cosas, la relatividad no predice "que se pierdan tics".

A partir de aquí, continúan los errores de Essen. Según él, Einstein se habría dado cuenta de este problema de los "tics perdidos" (no lo hizo, porque no hay tal problema), pero en lugar de decirlo, habría decidido ocultarlo, y ese proceso sería el que le habría llevado a decir que, en realidad, la dilatación temporal no es relativa sino que ocurre realmente para el reloj en movimiento. Pero, de nuevo, esto no es así. En realidad, Einstein llega a esa conclusión en un problema distinto al que hemos descrito hasta ahora. Este problema  es el de la "paradoja de los gemelos".

En la llamada paradoja de los gemelos, no tenemos sólo dos relojes alejándose o acercándose con una cierta velocidad, sino que tenemos que uno de ellos realiza un viaje de ida y vuelta. Por ejemplo, B se va a una estrella lejana y vuelve a donde está A. El hecho de que el viaje sea de ida y vuelta implica una diferencia fundamental: ya no es posible considerar indistintamente que cualquiera de los dos está en reposo y el otro en movimiento. El único punto de vista válido es que B está en movimiento y A en reposo. La manera más usual de explicar esto es que B debe experimentar una aceleración para frenar, dar la vuelta y regresar, aceleración que evidentemente no experimenta A. Pero incluso si no queremos recurrir a la aceleración (para no complicar el análisis y para incluir otras versiones más sofisticadas de este problema en las que puede no haber aceleración), existe otra manera de demostrar que A y B no son intercambiables. Esta manera consiste precisamente en analizar los ritmos a los que se emitirían y recibirían señales entre A y B. Una bonita y exhaustiva explicación se encuentra en el libro "Special Relativity" (A. P. French, W. W. Norton & Company, 1968). (En la traducción española del libro, página 177 y siguientes). Algo de esto le debía de sonar ya a Essen en 1978, ya que su artículo incluye una alusión críptica al efecto Doppler: "la predicción de Einstein no contiene ninguna mención al efecto Doppler..." Pero, ¿qué más da que Einstein no hiciera referencia explícita a ello en su artículo? En cualquier caso, es la explicación correcta. En conclusión, como A y B no son de ninguna manera intercambiables, el efecto de dilatación temporal no es relativo, sino real: tanto A como B están de acuerdo en que, cuando B regresa, el reloj marca menos tiempo que el que marca A. Essen rechazaba esta conclusión y (basándose en su propia solución al supuesto problema de los tics perdidos, que requería la introducción de otros dos relojes) predecía que A y B tenían que marcar el mismo tiempo.

Tabla explicativa de la paradoja de los gemelos, extraída del libro  

Como siempre, el mejor juez son los experimentos. Puesto que los experimentos empezaban a dar consistentemente la razón a las predicciones de la relatividad, Essen criticó también los experimentos, centrándose sobre todo en el más espectacular de ellos, que había medido el efecto en 1972 en aviones que recorrieron la Tierra en direcciones opuestas. El análisis concreto de esas críticas podía tener cierto interés en 1978, pero ahora estamos ya en 2017: muchos más experimentos independientes, con distintos sistemas físicos y con un grado cada vez más apabullante de precisión han confirmado una y otra vez esta, y otras predicciones, de la teoría de la relatividad. Caso cerrado.

Quizá debería concluir aquí, pero no puedo resistirme a comentar brevemente algún aspecto más personal de la cruzada de Essen. Las teorías de la conspiración son muy sugerentes para cierto tipo de personalidad, y Essen no fue capaz de resistirse a ellas. Así, por ejemplo, en la introducción al artículo, la revista pone en su boca que "nadie ha intentado refutar mis críticas, pero se me advirtió de que si insistía podría poner en riesgo mi futuro profesional". ¿En serio? Como he dicho antes, las cartas de Essen exponiendo libremente sus críticas fueron publicadas nada menos que en Nature, y siempre hubo quien le contestó correctamente y le explicó sus errores. Varios testimonios en respuestas a este mismo artículo de 1978 apuntan a que Essen había expuesto estas mismas ideas en conferencias y en visitas académicas a otros colegas, y había sido convincemente rebatido: "desafortunadamente, el Dr. Essen apenas parecía oírlos [los argumentos en contra], y mucho menos intentar comprender lo que se le decía" (D. Griffiths, Imperial College), "el problema no es que no haya habido respuesta a sus argumentos, sino que él no ha entendido las respuestas que se le han dado repetidamente" (Prof. J. H. Fremlin, Birmingham). Essen parecía resistirse a admitir que no tenía razón. Tampoco parece que su carrera sufriera mucho por ello... aunque no entender la teoría y negar las pruebas experimentales no suela ser el camino más recomendable para hacer física. Pero esto, tal vez, sí sea relativo.