15 oct. 2011

La carrera de los neutrinos

 

La noticia saltó a finales de septiembre. Un equipo internacional de científicos parece haber descubierto que unas partículas, llamadas neutrinos, viajan más rápido que la luz, según un portavoz de los investigadores. El hallazgo podría suponer un desafío a una de las leyes fundamentales de la física, aunque los científicos se muestran cautos.

Algunos de los artículos publicados sobre el tema:

Artículo 1.    Artículo 2.

Esto es lo que comenta el filósofo William Craig sobre el tema:

Este es un acontecimiento muy positivo, que confirma la posición defendida sobre la correcta interpretación física de la teoría de la relatividad especial (STR) en los libros de William L. Craig “Tiempo y metafísica en la relatividad especial (Kluwer, 2001), y Einstein, la relatividad y la simultaneidad absoluta (co-editaco con Quentin Smith), (Routledge, 2007).

Se trata de una dramática confirmación empírica de la interpretación física de las ecuaciones matemáticas de la teoría del a relatividad especial, por el gran físico holandés, Hendrik Antoon Lorentz.

Una teoría física comprende un núcleo matemático y una interpretación física de esas ecuaciones básicas. El núcleo matemático de la STR, son las llamadas ecuaciones de transformación de Lorentz que indican cómo calcular las coordenadas espacio-temporales de un objeto en relación con diferentes marcos de referencia. Pero hay al menos, 3 interpretaciones físicas diferentes de estas ecuaciones.

1. La interpretación original de Einstein, que negaba la existencia del espacio y el tiempo absolutos e imaginaba deformaciones físicas de objetos físicos tridimensionales duraderos en el tiempo

2. La interpretación Minkowskiana, que negaba la existencia de objetos físicos tridimensionales duraderos en el tiempo, a favor de objetos de 4 dimensiones que existirían y en el espacio-tiempo sin relación temporal (pasado-presente-futuro). Una vez que Minkowsky propuso esta interpretación en 1908, Einstein abandonó inmediatamente su interpretación original a favor de la de Minkowsky, que se convirtió en la versión estándar de la STR encontrada en los libros de texto.

3. La interpretación de Lorentz, que al igual que la interpretación original de Einstein, afirmaba la existencia de objetos tridimensionales que perduran a través del tiempo, pero que, a diferencia de la visión de Einstein, afirmaba la existencia de un espacio absoluto y una a absoluta simultaneidad, incluso aunque no podamos detectarla empíricamente. Relojes y varas de medir en movimiento relativos al marco de referencia absoluto ( el “éter”), se retrasan y encogen como Einstein sugirió.

Estas tres interpretaciones han sido hasta hace poco empíricamente equivalentes, por lo que ha sido científicamente imposible elegir una opción entre ellas. Durante el auge del positivismo, las teorías empíricamente equivalentes tendían a ser consideradas como la misma teoría, a pesar de los diferentes puntos de vista sobre el espacio y el tiempo que pudieran implicar, porque no había forma de verificar las diferentes interpretaciones. Con el colapso del verificacionismo , los filósofos de la ciencia son de nuevo capaces de apreciar las grandes diferencias entre las interpretaciones ontológicas de Einstein, Minkowski, y Lorentz, diferencias que no pueden pasarse por alto.

En los últimos años, los resultados experimentales relativos a las predicciones de un teorema de mecánica cuántica, llamado Teorema de Bell, han hecho de la interpretación de Lorentz, tanto tiempo ignorada por los positivistas, una opción sería de nuevo. El mismo John Bell, que formuló el teorema, abogó por volver a la visión de Lorentz, ya que los resultados experimentales parecían indicar la realidad objetiva de las relaciones de simultaneidad absoluta en el universo.

Los resultados más recientes en el CERN continúan este patrón. Me explico.

La STR no prohíbe realmente la existencia de partículas que viajen a velocidad superior a la luz, lo que prohíbe es la aceleración de una partícula desde una velocidad inferior a la luz, a una velocidad superior a la misma. Sin embargo, no descarta las partículas que siempre viajen a velocidades superlumínicas.

De hecho, ha habido no poca discusión a cerca de tales partículas teóricas, que son llamadas “Taquiones” (de la palabra griega takhýs, rápido, veloz), aunque ninguna ha sido encontrada. Si estos resultados se mantienen, entonces estos neutrinos son, de hecho, esos taquiones, y probablemente hay alguien en la sala de espera de un Premio Nobel.

Ahora bien, si los taquiones son compatibles con la teoría de la relatividad especial, entonces, ¿a qué tanto revuelo? Justamente por esto: En el vocabulario de la interpretación de Einstein de la STR, la simultaneidad de los eventos a distancia está relacionada con los marcos de referencia, que es un sistema de referencia inercial de los observadores en movimiento relativo.

Para determinar la simultaneidad de dos eventos separados espacialmente, se envía una señal luminosa a un observador distante, que la refleja de vuelta. Asumiendo que la velocidad de la luz sea la misma en el camino de ida y el de vuelta, se estima que el evento simultaneo con el evento de reflexión a distancia, es el evento en tu ubicación, que está localizado a medio camino entre el momento en que envías la señal, y el momento en que la recibes de nuevo. Así que se puede trazar una línea de simultaneidad, por así decirlo, entre dos eventos, y utilizarla como base para calcular que otros eventos en las dos ubicaciones son simultáneos. Todo esto suena bien, pero trae la consecuencia de que la simultaneidad se convierte en relativa. Para cada evento que esté a medio camino entre el momento en que se envía la señal y el momento en que se recibe de nuevo, depende del movimiento relativo de los dos observadores. Observadores en esas mismas localizaciones que tengan diferentes marcos de referencia, determinaran que son simultáneos otros eventos diferentes. No hay simultaneidad que sea absoluta, es decir, independiente del marco de referencia.

Pero si los taquiones existen, entonces se pueden enviar señales entre dos observadores más rápidas que la velocidad de la luz. Pero entonces, aquí está el problema: eso implica que, relativo a algunos marcos de referencia, los taquiones viajarán atrás en el tiempo!! Dado que, si no hay simultaneidad absoluta, algunos observadores trazarán la línea de simultaneidad entre dos eventos distantes de tal manera, que el taquión será reflejado de vuelta incluso antes de ser enviado. Este comportamiento es patológico. Así lo veo yo en mi mente, cuando se dice que las partículas más rápidas que la luz violan la causalidad: Un efecto (como la recepción de una señal) puede ocurrir antes de que sea causado (como la emisión de una señal)

La manera más fácil y natural de evitar este comportamiento patológico, es decir que la línea de simultaneidad trazada por los observadores relativamente en movimiento, es simplemente incorrecta. El uso de señales luminosas para el cálculo de la simultaneidad, solo funciona en el marco de referencia fundamental, pero no entre marcos de referencia relativamente en movimiento. En otras palabras, Lorentz llevaba razón. Si existen relaciones de simultaneidad absoluta, entonces no hay problema alguno con las señales más rápidas que la luz. De hecho, si tuvieras taquiones de velocidad infinita, podríamos usarlos para medir la simultaneidad absoluta. La razón para el pánico que se desprende de los comunicados de prensa sobre los resultados del CERN, es que los científicos entrevistados asumen implícitamente o bien la interpretación de la teoría de la relatividad especial de Einstein, o bien la de Minkowsky. Pero Lorentz estaría regocijándose.

De hecho, el mismo Lorentz predijo que algo asi podría ocurrir. En 1913, escribió:

De acuerdo con Einstein, no tiene sentido hablar de movimiento relativo al “Éter”. Del mismo modo, niega la existencia de una simultaneidad absoluta.

Es ciertamente extraordinario que estos conceptos de la relatividad, y también aquellos referentes al tiempo, hayan encontrado una aceptación tan rápida. La aceptación de estos conceptos corresponde principalmente a la epistemología… Es cierto, sin embargo, que depende en gran medida de la forma en que uno este acostumbrado a pensar, si uno se siente atraído por una u otra interpretación. En lo que a este profesor se refiere, encuentra cierta satisfacción en las viejas interpretaciones, de acuerdo a las cuales, el “Éter” posee al menos cierta sustancialidad, el tiempo y el espacio pueden ser claramente separados, y se puede hablar de simultaneidad sin más especificaciones. En referencia a este último punto, se podría tal vez apelar a nuestra capacidad de imaginar velocidades arbitrariamente grandes. De este modo, se puede llegar muy cerca del concepto de simultaneidad absoluta.

Por último, cabe destacar que la atrevida afirmación de que nunca se pueden observar velocidades superiores a la velocidad de la luz, contiene una restricción hipotética de lo que nos es accesible, una restricción que no puede ser aceptada sin algunas reservas”

Aquí Lorentz, claramente discierne el papel crucial desempeñado por

La teoría verificacioncita del significado de Einstein y la rechaza. En defensa de la simultaneidad absoluta, apela a la utilización de señales arbitrariamente rápidas, incluso aunque no fueran observables en la actualidad. Él con toda razón previene sobre que nunca seamos capaces de detectar empíricamente tales velocidades superlumínicas.

La interpretación de Lorentz, como la interpretación original de Einstein, presuponen la teoría A del tiempo. Pero tiene la ventaja sobre la interpretación de Einstein, en hacer relativas a un marco fundamental inteligible las deformaciones físicas sufridas por los objetos en movimiento

Espero disculpen mi triunfalismo por el título del escrito. Lorentz es una de mis héroes científicos. Los resultados obtenidos en el CERN puede que no se sostengan, pero yo ciertamente, espero que lo hagan.

 

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