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6 Errores de Einstein - Contenido educativo

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Subido el 18 de marzo de 2019 por Carlos R.

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No hace mucho que el canal de vídeo del IFT colgó un vídeo en el cual yo hablaba de la interpretación de la fórmula E igual a LC2. 00:00:00
Este vídeo tuvo muchas reacciones interesantes del estilo de ¿quién es este mamarracho que se atreve a contradecir lo que precisamente decía Einstein? 00:00:17
Y había muchos otros comentarios también de estilos tales como este. 00:00:31
Y a mí me parece interesante desde el punto de vista sociológico este tipo de comentarios 00:00:36
porque revela una cosa que tenemos los humanos, quizás genética, que es una cierta inclinación por la idolatría. 00:00:43
En este caso, el elevar a un altar de sumo e infalible pontífice científico a Alberto Einstein. 00:00:53
A pesar de que Einstein era un indudable supergenio, era también un ser humano y cometía errores y tenía dudas. 00:01:02
Esto, en mi opinión, le convierte en alguien mucho más simpático. 00:01:13
Y de ahí que en este vídeo vaya yo a explicar algunos de sus errores y algunas de sus dudas. 00:01:16
también alguno de sus triunfos. 00:01:23
Volvamos al tantatareado E igual a mc2. 00:01:30
Todos sabemos que la energía de una partícula aumenta con su velocidad 00:01:35
y también hemos aprendido que C, la velocidad de la luz, 00:01:39
es una constante de la naturaleza, la misma por todas partes. 00:01:43
Y me repito un poco diciendo que también los dólares 00:01:47
son lo mismo que los euros, veces una tasa de conversión de unos a otros. 00:01:51
Podría llegar a decir que las patatas son lo mismo que los euros, 00:02:01
veces el precio de las patatas por kilo. 00:02:06
Sin embargo, en el caso de las patatas y los euros, esa posibilidad es falsa. 00:02:10
Las patatas y los euros no son lo mismo, simplemente con un cambio de unidades. 00:02:15
Pues bien, si E igual a mc2 fuese cierta tal y como está escrita, la energía y la masa serían lo mismo, simplemente difieren en un cambio de unidades, como el euro y el dólar. 00:02:20
Pero esto es una afirmación falsa, la energía y la masa no son equivalentes en este sentido. 00:02:38
Y para convencerme totalmente, supongamos que cojo un mechero y lo enciendo. 00:02:44
Lo que veo aquí ardiendo son moléculas de agua y de anídrido carbónico que se desintegran. 00:02:51
Si llamo a una de estas moléculas, que a la temperatura de la llama están excitadas más allá de su estado de mínima energía, 00:03:01
estas moléculas se desintegran en las moléculas en su estado de mínima energía 00:03:11
más una partícula de luz que llamaré gamma, que es un fotón. 00:03:16
Pues bien, en este proceso la energía de la molécula excitada 00:03:22
es igual a la energía de la molécula no excitada 00:03:28
más la energía, que no es cero, del fotón. 00:03:34
Sin embargo, la masa de la molécula excitada no es igual, sino que es mayor, a la masa de la molécula no excitada más la masa del fotón, 00:03:38
que por cierto es cero, de manera que esto es la masa de la molécula no excitada. 00:04:00
La masa inicial y la suma de las masas finales son distintas. 00:04:07
La masa inicial es superior. 00:04:12
Por eso, por cierto, se pueden desintegrar estas partículas, estas moléculas. 00:04:14
Por lo tanto, la conclusión es que la energía se conserva en este y en todos los procesos, 00:04:20
mientras que la masa no se conserva. 00:04:27
Una cosa que se conserva y una cosa que no se conserva se comportan de manera distinta. 00:04:29
Son, por lo tanto, cosas distintas y no pueden ser lo mismo como en la interpretación estricta de esta fórmula. 00:04:37
Lo cual cierra completamente y de manera bien sencilla la cuestión de si la energía y la masa pueden totalmente identificarse. 00:04:45
¿En qué otros errores o imprecisiones cayó Einstein? 00:04:56
Lo veremos en el próximo vídeo. 00:05:01
No, no, venga, ya en serio. 00:05:04
Pues sigamos adelante. 00:05:06
Una cosa de la que no se habla mucho es que Einstein, de joven, no era solamente un físico teórico, sino que también hacía experimentos. 00:05:10
Y en este sentido diré lo siguiente. 00:05:25
Un electrón es una partícula que tiene un cierto spin, 00:05:29
que de manera muy chapucera quiere decir cómo gira y cuánto sobre sí mismo, 00:05:33
y eso apunta en una cierta dirección. 00:05:39
También tiene lo que se llama un momento magnético, 00:05:43
es decir, el electrón es un pequeño imán, 00:05:47
y estos dos objetos son proporcionales, 00:05:51
La constante de proporcionalidad se llama g y es el cociente giro magnético del electrón. 00:05:55
Pues bien, en la figura lo que vemos en el eje horizontal es el año de publicación de los resultados de distintos experimentos 00:06:04
y en el eje vertical el valor medido de la cantidad g, cociente giro magnético del electrón. 00:06:14
Vemos que un experimento antiguo de Einstein y Haas medía g compatible con un valor igual a 1. 00:06:22
Eso quiere decir que coincidía el resultado con el prejuicio de la época, que era que el valor teórico de g tenía que ser 1. 00:06:34
Muchos años más tarde se hicieron más experimentos y el valor de g empezó a parecerse mucho más a 2. 00:06:44
De hecho, en 1920 y algo, Dirac, un físico inglés, desarrolló la teoría cuántica y relativística del electrón, 00:06:50
que estaba de acuerdo con la mecánica cuántica, con las propiedades del electrón y con la teoría de la relatividad. 00:07:02
Y el resultado de esa teoría de Dirac es que g es aproximadamente igual a 2, 00:07:08
con una precisión de algo así como 1 por 1000. 00:07:15
Y vemos que los experimentos saltaron del prejuicio anterior al prejuicio posterior, lo cual es interesante. 00:07:20
Y nos dice, en este caso, que también como experimentador Einstein podía equivocarse, lo cual hizo. 00:07:28
El siguiente tema del que voy a hablar es el de la gravedad de la luz. 00:07:37
Supongamos que tenemos un cierto número de estrellas que vemos en el firmamento 00:07:46
y un determinado día pasa por delante el Sol. 00:07:53
Si esto es así ya no vamos a ver las estrellas porque el Sol nos deslumbra. 00:07:58
Sin embargo, si ese mismo día hay un eclipse total de Sol, la Luna se pone por delante y lo tapa del todo, 00:08:03
entonces sí podemos tomar una foto de las estrellas. 00:08:11
Y curiosamente lo que pasa en este caso es que las estrellas ya no las vemos donde parecía que estaban. 00:08:14
Las que estaban muy cerquita se alejan bastante, aparentemente, 00:08:20
y las que estaban lejos, por ejemplo esta de aquí, se alejan un poquito menos. 00:08:25
Y esto se debe a lo siguiente. 00:08:31
Ahora voy a dibujar esto de lado. 00:08:32
Aquí tenemos el Sol, aquí tenemos la Luna que lo tapa, y aquí una de estas estrellas. 00:08:34
estas estrellas emiten luz que la gravedad del Sol 00:08:41
tuerce en su trayectoria hasta que nos llegan a nosotros 00:08:46
que estamos aquí y por lo tanto 00:08:50
la estrella que antes veíamos en esta dirección 00:08:54
ahora aparenta estar en la dirección de la que nos llega 00:08:57
la luz, que es esta de aquí, de manera que se ha movido 00:09:03
aparentemente de aquí a allí 00:09:07
Y esto se debe a que la gravedad del Sol curva la trayectoria de la luz. 00:09:10
Pues bien, Einstein se hizo famoso, su primer salto total a la fama fue cuando hubo una observación de un eclipse de este tipo 00:09:17
y se vio que efectivamente las estrellas se comportaban como uno esperaba. 00:09:27
pero analizando o prediciendo este resultado al inicio 00:09:31
Einstein empleó esta fórmula como si incluso por una partícula de masa nula como es un fotón 00:09:38
su energía fuese en cierto modo equivalente a una masa 00:09:45
y calculó como una masa así calculada curvaría las trayectorias 00:09:49
Pues bien, eso da un resultado que la trayectoria se curva, pero erróneo por un factor 2. 00:09:56
En la teoría de la relatividad general, que Einstein desarrolló también más tarde, 00:10:01
la manera en cómo un rayo de luz de una partícula de masa nula se curva depende no sólo de su energía, 00:10:08
sino también de su impulso, que en el caso de la luz son iguales. 00:10:16
El impulso PC es una energía igual a esta. 00:10:21
C es la velocidad de la luz. 00:10:25
Pues bien, efectivamente Einstein se volvió famoso, pero una vez más se coló por su preferido factor de error, que era 2. 00:10:27
Un caso extremo de este mismo fenómeno se llama los anillos de Einstein. 00:10:37
Y tiene que ver con lo siguiente. 00:10:43
Si yo tengo un objeto perfectamente alineado con otro objeto, y aquí estoy yo mirando, 00:10:45
entonces la trayectoria de los rayos que vienen de ahí podría ser una posibilidad así, otra posibilidad así 00:10:52
y todo esto me da la impresión de ver un anillo, un anillo que se llama un anillo de Einstein 00:11:00
y que por cierto Einstein no inventó, lo inventó un señor que se llamaba Ashfordson 00:11:07
bastantes años antes pero que se lleva la fama es Einstein 00:11:13
Einstein, que era un hombre pesimista en cuanto al progreso de la ciencia experimental, 00:11:18
escribió que estos anillos requerían una precisión que nunca conseguiríamos, 00:11:23
lo cual es falso, como podemos ver en esta estupenda fotografía 00:11:28
de una galaxia que está curvando los rayos de luz que proceden de otra galaxia más lejana 00:11:33
que vemos como este anillo. 00:11:40
Como siempre, el último que se llevó la fama de predecir la existencia de estos anillos 00:11:42
no fue el primero que los predijo, sino el último, el señor Einstein en este caso 00:11:49
Uno de los aspectos más interesantes de la vida de Einstein 00:11:53
es su relación con la mecánica cuántica 00:12:02
Ya en 1900 o así, se sabía que una luz de energía E 00:12:05
si tenía una frecuencia nu 00:12:13
estas dos cantidades eran proporcionales 00:12:17
y esto se llama la constante de Planck 00:12:19
bien, pues Einstein supo interpretar 00:12:22
esta fórmula de la manera siguiente 00:12:29
lo que pasa es que la luz está compuesta de partículas 00:12:31
de cuantos que se llaman fotones 00:12:35
y cada uno de los fotones tiene una energía 00:12:37
que es proporcional a su frecuencia 00:12:40
de manera que Einstein inventó el primer cuanto, el cuanto de luz 00:12:42
y, por cierto, por eso se llevó el premio Nobel y no por las muchas otras cosas que hizo. 00:12:46
Esta relación es válida para una partícula como los fotones cuya masa es nula. 00:12:51
Para una partícula que tenga una masa no nula, la relación es que su impulso es proporcional a la inversa de su longitud de onda. 00:12:57
Esta, por cierto, como la energía y el momento son el impulso, son la misma cosa para una partícula de masa nula, 00:13:06
Esta es válida en todos los casos, esta fórmula de aquí. 00:13:14
Bien, una cosa que Einstein aborrecía era la incertidumbre de la mecánica cuántica. 00:13:18
Por ejemplo, en el caso anterior, en el que hablábamos de moléculas excitadas 00:13:26
que se excitaban por la emisión de un fotón, 00:13:31
uno no puede predecir, ni en la realidad ni en la mecánica cuántica, 00:13:36
cuando cada una de las moléculas se va a desintegrar. 00:13:41
Lo único que puede predecir es una probabilidad de desintegración. 00:13:45
Si al fabricar estas moléculas tenemos un cierto número de ellas, n a tiempo cero, 00:13:49
disminuye su número con el tiempo de manera exponencial, 00:13:56
con el tiempo, y esta es la vida media de una partícula, 00:14:00
y estas las que quedan después de un cierto tiempo t. 00:14:02
Y solo se puede predecir en un conjunto de muchas partículas cómo su número va disminuyendo, pero no cuándo cada una se va a desintegrar. 00:14:06
Esto es una ley en la cual el número de partículas disminuye exponencialmente con el tiempo. 00:14:16
Pues bien, Einstein opinaba que esto de que no pudiera uno predecir algo era particularmente desagradable. 00:14:23
Y creía en las variables ocultas. Es decir, creía que cada molécula tenía dentro una especie de bomba de relojería que tenía en las distintas moléculas esa distribución y esa bomba de relojería para cada una de las moléculas implicaba cuándo precisamente esa precisa molécula se iba a desintegrar. 00:14:32
Esto se llama, como digo, la teoría de las variables ocultas. 00:14:55
Pero lo que a Einstein le molestaba particularmente no era esto, sino una cosa, entre comillas, peor todavía. 00:15:00
Que es la siguiente. 00:15:10
Supongamos que yo tengo una partícula, un pi cero, por ejemplo, que es una partícula cuyo spin es cero, que se desintegra en dos fótales. 00:15:13
Si esta partícula está en reposo, los dos fotones partirán con la misma energía en direcciones contrarias. 00:15:23
Pues bien, si ahora mido la polarización, el spin, a dónde apunta de uno de estos fotones, 00:15:34
el spin del fotón es 1, y me sale, por ejemplo, que este tiene un spin apuntando así, 00:15:44
como el spin total, que es un momento angular, se tiene que conservar, 00:15:52
es también una cantidad exactamente conservada, la polarización, la dirección del spin, 00:15:55
del otro fotón tiene que ser exactamente la contraria. 00:16:04
Entonces, si yo mido la de este, sé inmediatamente cuál era la polarización del otro. 00:16:08
Incluso da la sensación de que esto lo puedo hacer mandando información a una velocidad mayor que la de la luz, 00:16:16
porque puedo hacer esto instantáneamente. 00:16:23
Y a este le molestaba muchísimo eso, y por lo tanto pensaba que el pi cero de sus relojes ocultos 00:16:25
heredaban los fotones información sobre la polarización 00:16:33
y que eso es lo que se propagaba, es esta información. 00:16:37
Pues bien, esto es lo que Einstein llamaba 00:16:42
Spooky Action at a Distance. 00:16:44
Spooky quiere decir algo así como escalofriante, 00:16:48
encantadoramente absurdo, espeluznante, etc. 00:16:52
Pues bien, la mecánica cuántica y la teoría de Einstein 00:16:57
de las variables ocultas que explicaría este tipo de cosas, no son exactamente iguales 00:17:02
en sus predicciones. De esto se dio cuenta un genial inglés que se llamaba John Stuart 00:17:08
Bell, que estudió la manera de, midiendo muchos casos como este, medir las correlaciones 00:17:15
entre un lado y el otro lado y demostró que cualquier teoría de variables ocultas tendría 00:17:24
correlaciones inferiores a aquellas que predice la mecánica cuántica. Por lo tanto, si uno 00:17:33
demostraba observacionalmente que las correlaciones eran superiores a la máxima posible en la teoría 00:17:39
de las variables ocultas, había demostrado que esa teoría era falsa y que la mecánica cuántica 00:17:46
era cierta, y después de unos 50 años de experimentación 00:17:52
para eliminar todas las posibilidades conspiratorias 00:17:55
de las variables ocultas, etc., hoy sabemos observacionalmente 00:18:00
que la mecánica cuántica resiste y que la teoría de las variables ocultas 00:18:03
no está excluida. El quit de la cuestión 00:18:07
de por qué la mecánica cuántica permite 00:18:12
estas cosas sin violar la teoría 00:18:15
de la relatividad, que no se puede enviar información a mayor velocidad que la de la luz, 00:18:20
el quid de la cuestión es que este objeto, por extenso que sea, 00:18:25
incluso si estos dos fotones han viajado hasta la mitad del universo en direcciones contrarias, 00:18:29
todo el objeto en mecánica cuántica es un solo objeto que se dice entrelazado. 00:18:35
Y eso es lo que explica la diferencia entre mecánica cuántica y variables ocultas. 00:18:40
De manera que Einstein también se equivocó en esto de las variables ocultas, pero de modo particularmente interesante. 00:18:45
Pasemos al siguiente tema, que son las ondas gravitacionales. 00:18:59
Las ondas gravitacionales emitidas por una fusión o muchas fusiones hoy en día entre dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones están muy de moda. 00:19:04
Casi que todo el mundo ha oído hablar de ellas o las ha visto comentadas en vídeos del IFT. 00:19:15
Pues bien, las ondas gravitacionales son una predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein. 00:19:22
Pero Einstein y su colega Rosen publicaron un artículo y lo enviaron a una prestigiosa publicación 00:19:31
que se llama The Physical Review, en la cual escribían que las ondas gravitacionales no existían 00:19:40
y no eran una predicción de la teoría de Einstein. 00:19:48
El astuto referí se dio cuenta de que se habían equivocado y les refutó el artículo 00:19:52
diciéndoles cómo y dónde se habían equivocado. 00:19:58
Con la ayuda de otros colegas, Einstein y Rosen se convencieron entonces de que efectivamente 00:20:01
se habían equivocado de pleno y enviaron el mismo artículo a otra revista escrito 00:20:06
más o menos igual pero con la conclusión contraria esto hoy en día creo yo que lo 00:20:13
consideraríamos un pelín deshonesto pero también einstein en esto dudó y pasó de 00:20:20
un punto de vista a precisamente el contrario 00:20:26
Siguiente tema, tema candente, la constante cosmológica. 00:20:34
Einstein cuando empezó a pensar el universo como un caso que podría estar descrito por su teoría de la relatividad general, 00:20:40
pensaba que las galaxias se creían entonces, contrariamente a lo que uno supondría, están en posiciones estables, el universo es estático. 00:20:48
Esto es contradictorio con el hecho de que la gravedad de las galaxias debería atraerlas unas hacia otras y desestabilizar el universo. 00:21:01
Para que el universo fuese estable, Einstein incluyó en su teoría algo que se llama la constante cosmológica, que se suele llamar como lambda. 00:21:10
La constante cosmológica sería una especie de densidad de energía del vacío, 00:21:21
de manera que cualquier pedazo del vacío del universo repeliese cualquier otro pedazo de energía del universo, 00:21:25
de manera que el universo en su conjunto, atracción gravitatoria y repulsión también gravitatoria, 00:21:33
pero de signo contrario, debido a la constante cosmológica, fuese estable. 00:21:40
Esto no era muy elegante y un buen día varios señores, Slipher, Lemaître, Robertson y Hubble, descubrieron que el universo no es estable. 00:21:44
De hecho se está expandiendo. Las galaxias aparentemente se alejan unas de otras. 00:22:00
Cuando supo esto, Einstein concluyó que la constante cosmológica era el mayor de sus errores. 00:22:06
Vemos en esta transparencia, en esta figura, al señor Einstein con sus ecuaciones de la reactividad general que están en la pizarra de abajo 00:22:14
y el añadido de la constante cosmológica que está en la pizarra de arriba. 00:22:23
Y Einstein decidió que la constante cosmológica era una tontería que se le había ocurrido. 00:22:30
Pero hoy en día sabemos que el universo está en expansión acelerada. 00:22:36
es decir, cada vez se expande más deprisa 00:22:40
mañana se expandirá más deprisa que hoy 00:22:43
y ayer se expandía más despacio 00:22:45
y la explicación más sencilla y elegante 00:22:47
de este fenómeno observado 00:22:51
es de hecho la existencia de una constante cosmológica 00:22:54
que no es nula 00:22:57
y por lo tanto es posible que lo que Einstein 00:22:58
consideró su mayor error 00:23:03
fuese de hecho uno de sus mayores inciertos 00:23:04
Yo diría que la constante cosmológica significa que el mayor error de Einstein fue haber considerado que la constante cosmológica era su mayor error. 00:23:08
Espero haber dejado moderadamente claro las siguientes cosas. 00:23:23
Primero, quien se lleva la fama de haber hecho un descubrimiento no es el primero que la historia dice que lo descubrió, sino el último 00:23:27
Todos sabemos, por ejemplo, que Colón, el descubridor de América, no lo fue en realidad 00:23:40
porque sabemos que los vikingos estuvieron por allí unos 800 años antes 00:23:48
por no hablar de los aborígenes de América del Norte y América del Sur y América Central 00:23:52
que estaban allí desde por lo menos hacía 20.000 años, se pasaron desde Asia por el estrecho de Bering. 00:23:59
De manera que la fama, como en el caso de los anillos de Einstein o como en el caso de Hubble y otras personas, 00:24:06
se las lleva el último que la historia dice que descubrió algo y no el primero. 00:24:13
Otra cosa que creo haber explicado es que los errores científicos, ya sean reales o 00:24:18
aparentes, también tienen su interés. Incluso teorías que resultan ser perfectamente falsas, 00:24:26
como la teoría de las variables ocultas, el hecho de que estén excluidas nos enseña 00:24:33
algo importante. Y esto es realidad general en la ciencia. Las cosas que vamos aprendiendo 00:24:39
que no son ciertas, son casi tan importantes, casi, como las cosas que descubrimos que, 00:24:46
al menos por el momento, tienen pinta de ser ciertas. Por último, hemos visto que incluso 00:24:53
Einstein, como era un ser humano, tenía, como tenemos todos, derecho a equivocarse. 00:25:00
Y colorín colorado, este vídeo se ha acabado. 00:25:07
Subido por:
Carlos R.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
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Fecha:
18 de marzo de 2019 - 18:33
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ANTONIO DOMINGUEZ ORTIZ
Duración:
25′ 21″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
640x360 píxeles
Tamaño:
65.16 MBytes

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