Crisis del Modelo Clásico del Espacio-Tiempo (PDF)

matunivid106 (1398x2268x2 tiff) 106 MATERIA, UNIVERSO, VIDA [II, 26] permite emplear expresiones tales como «la amplitud de horizon- tes mentales de una persona» o «el ancho espacio de libertad abier- to por una propuesta». A pesar de todo, el espacio fisico mismo ha resultado di...

matunivid106 (1398x2268x2 tiff) 106 MATERIA, UNIVERSO, VIDA [II, 26] permite emplear expresiones tales como «la amplitud de horizon- tes mentales de una persona» o «el ancho espacio de libertad abier- to por una propuesta». A pesar de todo, el espacio fisico mismo ha resultado directamente afectado por los nuevos significados del concepto. Es una transformación que no sólo tiene que ver con la existencia de modelos formales alternativos, sino con una crisis de la imagen clásica del tiempo y el espacio. Según el estudioso Milic Capek, cuando la imagen del mundo propiciada por la ciencia newtoniana alcanzó su plenitud, el espa- cio era concebido como un medio homogéneo, con existencia inde- pendiente de su contenido fisico, estructura tridimensional eucli- diana, rígida e intemporal. Además, se le suponía completamente indiferente y pasivo con respecto a los cuerpos que lo ocupan y a los procesos que tienen lugar en su seno (Capek, 1965, 27-51). Por su parte, el tiempo aparecía como un agregado unidimensio- nal de términos sucesivos, que fluyen uniformemente, son causal- mente inactivos y poseen también estructura euclidiana (ibíd., 52- 69). Esta interpretación heredaba los rasgos básicos de la concepción newtoniana y apartaba a un lado los interrogantes que aquélla había dejado abiertos sobre el estatuto ontológico de lo espacio-tempo- ral, así como las ambigüedades de un tiempo y espacio absolutos que, no obstante, lo integran partes homogéneas e indistinguibles. Las grandes contribuciones teóricas surgidas a lo largo del siglo XIX no parecieron afectar en un primer momento a estas ideas, porque las nuevas fuerzas que examinaban estaban sometidas, al igual que las antiguas, a las leyes newtonianas del movimiento: la iner- cia continuaba siendo la clave de bóveda de la fisica y bajo el concepto de inercia estaban resguardados el espacio y tiempo abso- lutos. Además, ninguno de los atributos que el modelo otorgaba al tiempo y espacio resultaba gratuito: todos ellos habían supera- do repetidos y exigentes tests empíricos y estaban respaldados por sólidas exigencias teóricas. Así por ejemplo, puesto que las coordenadas espacio-temporales aparecían como variables en las ecuaciones diferenciales que expresaban matemáticamente las leyes de la naturaleza, las partes del tiempo y el espacio tenían que ser continuas y homogéneas. Por otro lado, el carácter euclidiano del espacio y el tiempo consagraba el éxito reiterado de la geometría tradicional para describir las conformaciones espacio-temporales de los cuerpos, etc. La irreversibilidad del tiempo, por primera vez fundamentada gracias a la termodinámica, estaba recogida en  matunivid107 (1387x2296x2 tiff) LOS MARCOS DE REFERENCIA [II, 26] 107 la peculiar relación de sucesión establecida entre las partes del tiem- po, mientras que las partes del espacio aparecían unidas por rela- ciones de coexistencia que, junto a su independencia, aseguraban su intemporalidad. Incluso los éxitos del método resolutivo-com- positivo, típico de la ciencia moderna, quedaban explicados y garan- tizados por la separabilidad mutua de tiempo, espacio y materia, y por la inacción causal de los dos primeros. En las últimas décadas de vigencia del modelo clásico pare- ció incluso que la escurridiza presencia del espacio absoluto podría ser detectada a través de un medio fisico distribuido uniformemente por todo el universo y muy probablemente en reposo con respecto a él. Para explicar la transmisión de las fuerzas electro-magnéti- cas y el movimiento de los rayos luminosos fue postulada la pre- sencia de un medio transparente y elástico, cuyas vibraciones sopor- tarían la energía transmitida de unos cuerpos a otros. El éter electromagnético tenía que ser el asiento común de todos los movi- mientos a que, en último término, se reducirían los fenómenos men- cionados (Whittaker, 1910, 137-371). La transparente claridad del firmamento, que nos permite observar galaxias situadas en el otro confin del universo, garantizaba el reposo y estabilidad del éter y hacía creer que las únicas perturbaciones que lo afectaban eran precisamente esas vibraciones que almacenan y transmiten la ener- gía del campo electromagnético. He aquí, pues, que por primera vez se atisbaba la posibilidad de establecer si los cuerpos, empe- zando por la Tierra, están realmente en reposo o en movimiento -aunque sea rectilíneo y uniforme- con respecto al espacio abso- luto: bastaba con determinar el estado de movimiento con respec- to al éter, puesto que el reposo absoluto del éter era una hipótesis mucho más plausible que el reposo del centro de gravedad del sistema solar (Newton), y mucho más práctica que tratar de averi- guar dónde está el centro de gravedad de todo el universo. No pare- cía demasiado dificil, en efecto, detectar el movimiento de un labo- ratorio -es decir, de toda la Tierra- con respecto al éter: si la luz es una vibración que se transmite a velocidad constante por el éter a partir del punto en que aquél es excitado, cabe la posibili- dad de partir en la misma dirección que un rayo luminoso o en la opuesta, disminuyendo o aumentando de este modo su velocidad relativa a nosotros. Como la Tierra se mueve alrededor del Sol a una velocidad de unos 30 km/seg., y el Sol gira en tomo al centro de la galaxia a unos 270 km/seg., cabe suponer un movimiento abso-  matunivid108 (1398x2268x2 tiff) 108 MATERIA, UNIVERSO, VIDA [II, 26] luto de nuestro planeta del orden de unos cientos de km/seg. La velocidad de la luz es aproximadamente 300.000 km/seg., y a fines del siglo pasado se disponía de la tecnología necesaria para detec- tar variaciones en la celeridad de los rayos lumínicos del orden de magnitud previsto. El americano Albert Michelson construyó el interferómetro, aparato adecuado a este propósito, y efectuó las mediciones correspondientes junto con Edward Morley en julio de 1887 (Jaffe, 1963, 65-76). Los resultados fueron inesperada- mente negativos: la acción de perseguir un haz luminoso no pare- cía tener el más mínimo efecto sobre su velocidad: era como si juga- se a mantener siempre el mismo ritmo de alejamiento relativo, igual que una liebre que acompasara su carrera a la velocidad de sus per- seguidores 17 Durante algunos años el inesperado resultado del experimen- to de Michelson-Morley no afectó en modo alguno al modelo domi- nante de espacio y tiempo. Al fin y al cabo se trataba de un pro- blema de medidas que afectaba a las interacciones entre los aparatos y el huidizo éter electromagnético. El fisico irlandés FitzGerald hizo la propuesta de presuponer variaciones de longitud en los obje- tos que se mueven dentro del éter -después de todo, sus partes están unidas por fuerzas electromagnéticas y no es descabellado que el movimiento las altere de forma que compriman el cuerpo precisamente en la dirección que avanza-. Este acortamiento de la longitud de los instrumentos seria responsable del enmascara- miento de las pretendidas variaciones en la velocidad de la luz (Hoff- mann, 1985, 81-82). El holandés H. A. Lorenz incorporó la misma idea dentro de una concepción electromagnética que todavía mante- nía la idea de un éter estacionario: «La gravitación era explicada por la teoría del éter electromagnético, y las leyes de la mecánica eran contempladas como casos especiales de leyes electromagné- ticas universales. Lorenz definía la inercia y la masa en términos electromagnéticos, y negaba la constancia de la masa, principio fundamental de la mecánica newtoniana» (Harman, 1990, 144). Como corolario de su teoría, Lorenz descubrió que las medidas tem- porales diferían de un observatorio en movimiento (lo que el llamó 17En realidad, la cosa es aún más paradójica, porque una liebre sólo puede con- seguir mantener la misma velocidad con respecto a uno solo de sus perseguido- res, mientras que la luz se aleja a velocidad constante de todos y cada uno de los componentes de una hipotética jauría que vaya tras ella con velocidades dispares.  matunivid109 (1387x2296x2 tiff) LOS MARCOS DE REFERENCIA [II, 26] 109 tiempo local) a un observatorio estacionario (éste sería el tiempo universal y verdadero) (Hoffmann, 1985, 86). Las dificultades para mantener el modelo clásico del tiempo y el espacio eran cada vez más acuciantes. Por esta misma época la crisis del modelo clásico fue impul- sada por una crítica filosófica a los conceptos newtonianos de espa- cio y tiempo absolutos, efectuada por el fisico austriaco Emst Mach. En su obra La mecánica expuesta en su desarrollo histórico-críti- co (1883) examinaba con severidad la formulación de las defini- ciones y axiomas de los Principia y censuraba su «carácter pleo- nástico, tautológico y superabundante» (Mach, 1949, 208). Respecto al decisivo argumento ejemplificado en el experimento del vaso de agua comentaba: La experiencia de Newton con el vaso de agua que gira, nos ense- ña simplemente que la rotación relativa del agua respecto de las pare- des del vaso no despierta ninguna fuerza centrífuga efectiva, pero que ésta es, en cambio, provocada por la rotación relativa respecto de la masa de la tierra y de los demás astros. Nadie puede decir cómo se habría desa- rrollado cuantitativa y cualitativamente la experiencia, si las paredes del vaso se tornaran cada vez más espesas y macizas hasta llegar a un espesor de varias millas. No tenemos, frente nuestro, sino una sola ex- periencia que debemos poner de acuerdo con el resto de los hechos que nos son conocidos, pero no con nuestras fantasías arbitrarias [ibíd., 196-197]. Tanto Berkeley como Euler y otros habían apuntado a las estre- llas fijas como referencia alternativa respecto al espacio absolu- to; pero aquí se alude a ellas en cuanto poseedoras de gran masa, sugiriendo que ésta puede ser la explicación de las fuerzas centrí- fugas que aparecen en el agua que gira: tal vez todo aquello que gira, se acelera o frena con respecto a grandes masas puede sufrir efectos dinámicos del mismo tipo que los detectados en el experi- mento de Newton, sin que sea preciso apelar al espacio absoluto, que se convertiría entonces en un concepto superfluo producido por los descontrolados pleonasmos del autor de los Principia. En el comentario que hice al experimento del cubo, señalaba que su solvencia se basa en que no es lo mismo que gire el cubo (enton- ces el agua sube por sus paredes) a que lo haga la habitación en que está encerrado (entonces el agua se queda en reposo con respecto a las paredes). Esta disimetría marcaba la diferencia entre el movi- miento (supuestamente) absoluto y el relativo. La réplica de Mach  matunivid110 (1398x2268x2 tiff) 110 MATERIA, UNIVERSO, VIDA [II, 27] es que, si tuviésemos la fuerza de un supergigante e hiciésemos girar en tomo al cubo no ya las paredes de la habitación que lo rodea, sino toda la Tierra, el sistema solar y la galaxia entera, entonces a lo mejor el agua también empezaría a elevarse, arrastrada por el giro de tantas masas. En tal caso las dos situaciones serían equi- valentes y no habría ningún criterio dinámico para escapar de la cárcel del movimiento relativo hacia un (quizá ilusorio) movimiento absoluto. Ahora bien, si no hay movimientos absolutos, tampoco espacio y tiempo que no sean relativos... 27. ESPACIO, TIEMPO Y RELATIVIDAD Albert Einstein revolucionó a principios del siglo XX las con- cepciones del espacio y el tiempo hasta entonces reinantes gra- cias a su teoría de la relatividad que comporta dos partes (mejor dicho, dos teorías) netamente diferenciadas. La plena inteligencia de las consecuencias filosóficas de estas teorías requiere dispo- ner elementos de juicio que --con gran optimismo- espero ofre- cer a lo largo de los dos próximos capítulos. Con un «más difícil todavía» voy a sintetizar lo que se refiere específicamente a los dos conceptos que estamos estudiando ahora, a fin de completar el pano- rama expuesto. Resumido en un telegrama, el mensaje rezaría así: para mantener el postulado del espacio y tiempo absolutos, la ciencia y la filosofía postnewtoniana tuvo que acabar relativizan- do todo lo demás, desde el propio conocimiento, como hizo Kant, hasta las leyes de la física, como acabamos de ver hacer a FitzGe- rald y Lorenz. Einstein invirtió los términos del problema y prefi- rió relativizar el tiempo y el espacio, para absolutizar el conoci- miento y las leyes de la física. Por tanto, no era lo que se dice un relativista -en sentido filosófico-, sino todo lo contrario. Sin embargo, decir que Einstein ha relativizado el tiempo y espacio es decir muy poco. Destronar el dogma del espacio y tiempo abso- lutos fue lo último que hizo; antes mostró que esas dos nociones están tan entrelazadas, que no tiene sentido considerarlas por sepa- rado. Luego probó que tampoco se pueden poner aparte de la mate- ria y su movimiento: las medidas de todas estas magnitudes se con- dicionan recíprocamente. Por último, puso de manifiesto que la propia estructura geométrica del marco espacio-temporal está deter- minada por el contenido físico del universo y sus cambios. Después