#233 El Triunfo de Lorentz

Dr. craig’s response

No tenía planes de responder dos preguntas sobre el tiempo, pero muchísimas personas preguntaron acerca de este desarrollo potencialmente importante que es irresistible. De hecho, hice un audio-blog acerca de esta emocionante noticia, pero nuestro equipo de sonido falló y así que, para bien o para mal, voy a abordarla aquí.

Este desarrollo está muy bienvenido, algo confirmatorio de la posición que defendí concerniente a la interpretación apropiada de física de la Teoría Especial de la Relatividad (TER) en mis libros Time and the Metaphysics of Special Relativity [El Tiempo y la Metafísica de la Relatividad Especial] (Kluwer, 2001) y Einstein, Relativity, and Absolute Simultaneity [Einstein, Relatividad y la Simultaneidad Absoluta] (co-editado con Quentin Smith, publicado por Routledge en el 2007). Es una confirmación empírica dramática de la interpretación física de las ecuaciones matemáticas de la TER ​que hizo el gran físico holandés Hendrik Antoon Lorentz.

Como puedes ver, la teoría física comprende el núcleo matemático y una interpretación física de esas ecuaciones básicas. El núcleo matemático de TER ​​es las ecuaciones de transformación de Lorentz, las cuales dicen cómo calcular las coordenadas espacio-temporales de un objeto relativas a los diferentes marcos de referencia. Pero hay por lo menos tres diferentes interpretaciones físicas de esas ecuaciones:

1. La interpretación original de Einstein, la cual negaba la existencia del espacio y tiempo absoluto y preveía deformaciones físicas de los objetos tridimensionales que perduran en el tiempo.

2. La interpretación de Minkowski, que negaba la existencia de los objetos físicos tridimensionales que perduran a través del tiempo a favor de los objetos de 4 dimensión que existen atemporalmente en el espacio-tiempo. Una vez Minkowski propuso su interpretación del espacio-tiempo en el 1908, Einstein abandonó de inmediato su interpretación original de la de Minkowski, la cual desde entonces se ha convertido en la versión estándar de TER.

3. La interpretación de Lorentz, la cual 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 simultaneidad absoluta, aún si no podemos detectarlos empíricamente. Los relojes y las varas de medir en moción relativas al marco de referencia absoluto (el "éter") corren lentamente y se encogen como lo sugirió Einstein.

Hasta estos últimos días, estas tres interpretaciones han sido equivalentes empíricamente, de modo que ha sido científicamente imposible escoger una entre ellas. Durante el apogeo del positivismo, las teorías que eran equivalentes empíricamente tenían la tendencia de ser consideradas como exactamente la misma teoría, a pesar de las visiones muy diferentes del espacio y tiempo que ellos pudieran implicar, ya que no había manera de verificar las diferentes interpretaciones. Con el colapso del verificacionismo, los filósofos de la ciencia una vez más se encuentran apreciando las grandes diferencias ontológicas que existen entre las interpretaciones de Einstein, Minkowski y Lorentz, diferencias que no se pueden ignorar.

En los últimos años, los resultados experimentales que tienen que ver con las predicciones del teorema de la mecánica cuántica, llamado “Teorema de Bell”, han hecho que la interpretación de Lorentz (la cual por mucho tiempo fue ignorada por los positivistas) una vez más se convierta en una opción seria. El mismo John Bell, quien formuló el teorema, apoyaba que se regresara 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 siguen este patrón. Permíteme explicar.

En realidad, la TER no prohíbe la existencia de partículas que viajan a velocidades superlumínicas. Lo ésta que prohíbe es la aceleración de una partícula desde una velocidad subluminal a una velocidad superluminal. Pero ella no elimina que las partículas viajen siempre a velocidades superlumínicas. De hecho, se ha discutido mucho acerca de esas partículas teóricas llamadas "taquiones" (de la palabra griega que significa veloz), a pesar de que todavía no se haya encontrado ninguna. ¡Si estos nuevos resultados se sostienen, entonces estos neutrinos, de hecho, son los taquiones, y alguien está probablemente en línea para ganarse un Premio Nobel!

Ahora bien, si los taquiones son compatibles con la TER, entonces, puedes preguntar, ¿de qué se trata todo este alboroto? Sólo esto: en el vocabulario de la interpretación de Einstein de la TER​​, la simultaneidad de los acontecimientos lejanos es relativa a los marcos de referencia, los cuales son los marcos inerciales de observadores en movimiento relativo. Para determinar la simultaneidad de dos acontecimientos espacialmente separados, le envías una señal de luz a un observador distante, el cual la refleja de regreso a ti. Al suponer que la velocidad de la luz es la misma tanto de ida como de vuelta, te das cuenta que el acontecimiento simultáneo con el acontecimiento de reflejo lejano es el acontecimiento en tu ubicación, que está a medio camino entre el tiempo que enviaste la señal y el tiempo que la recibiste de regreso. Así que puedes trazar una línea de simultaneidad, por así decirlo, entre esos dos acontecimientos y utilizar eso como base para averiguar cuales otros acontecimientos en los dos lugares son simultáneos. Eso suena bien, pero tiene la consecuencia de que la simultaneidad se hace relativa, ya que cual acontecimiento es el que está a medio camino entre el tiempo que enviaste la señal y el tiempo que la recibiste de regreso va a depender de la moción relativa de los dos observadores. Los observadores en esos mismos lugares que tienen diferentes marcos de referencia van a determinar que los diferentes acontecimientos son simultáneos. No hay un marco de simultaneidad absoluto (es decir, marco independiente).

Pero si existen los taquiones, entonces puedes enviar señales entre los dos observadores más rápidas que la velocidad de la luz. Pero aquí está el problema: ¡eso implica que relativo a algunos marcos de referencia, los taquiones se van hacia atrás en el tiempo! ya que si no hay simultaneidad absoluta, algunos observadores van a trazar la línea de simultaneidad entre los dos acontecimientos distantes de tal manera que el taquión es reflejado de regreso antes de que incluso haya sido enviado. Tal comportamiento es patológico. Esto es lo que está en la mente cuando se dice que las partículas más rápidas que luz violarían la causalidad: un efecto podría ocurrir (como la recepción de una señal) antes de que sea causado (que se envía la señal).

La forma más fácil y natural para evitar tal comportamiento patológico es decir que la línea de simultaneidad trazada por los observadores que están relativamente en movimiento está simplemente incorrecta. El uso de las señales de luz para calcular la simultaneidad sólo funciona en el marco fundamental de referencia, pero no entre marcos que se estén moviendo relativamente. ¡En otras palabras, Lorentz tuvo todo el tiempo la razón! Si existen relaciones de simultaneidad absoluta, entonces simplemente no hay problema con señales que sean más rápidas que la luz. De hecho, si tuviéramos los taquiones de velocidad infinita, podríamos utilizarlos para medir la simultaneidad absoluta. La razón para el pánico que sientes en los comunicados de prensa sobre los resultados de CERN es que los científicos entrevistados asumen implícitamente o una interpretación de Einstein o un interpretación de Minkowski de TER. Sin embargo, Lorentz se estaría regocijando.

De hecho, el propio Lorentz predijo que algo como esto podría suceder. En el 1913, escribió,

Según Einstein, no tiene sentido hablar de movimiento relativo al éter. Él, del mismo modo, niega la existencia de la simultaneidad absoluta.

Es sin duda notable que estos conceptos de la relatividad, además los conceptos relacionados al tiempo, hayan encontrado una aceptación tan rápida.

La aceptación de estos conceptos pertenece principalmente a la epistemología [. . .] Es cierto, sin embargo, de que este dependa en gran medida de la forma en que uno esté acostumbrado a pensar, de si uno se siente atraído por una u otra interpretación. En lo que tiene que ver con este profesor, él encuentra cierta satisfacción en las interpretaciones más antiguas, según las cuales el éter posee por lo menos alguna substancialidad, el espacio y tiempo pueden estar rigurosamente separados, y se puede hablar de una simultaneidad sin más especificaciones. En lo que respecta a este último punto, uno puede quizás recurrir o apelar a nuestra habilidad de imaginar arbitrariamente grandes velocidades. De esa manera, se llega muy cercano al concepto de la simultaneidad absoluta.

Por último, se debería notar que la afirmación atrevida de que uno nunca puede observar las velocidades mayores que la velocidad de la luz contiene una restricción hipotética de lo que es accesible a nosotros, [la restricción] la cual no se puede aceptar sin alguna reserva.

Aquí Lorentz discierne claramente el papel crucial que juega la teoría verificacionista del significado de Einstein y la rechaza. En defensa de la simultaneidad absoluta, él recurre al uso de señales arbitrariamente rápidas, a pesar de que no estuviesen presentemente observables. Él expresa muy correctamente la precaución acerca de que nunca podemos detectar empíricamente dichas velocidades superlumínicas.

La interpretación de Lorentz, como la interpretación original de Einstein, presupone una Teoría A del tiempo. Pero ésta disfruta de la ventaja sobre la interpretación de Einstein en hacer las deformaciones físicas sufridas por los objetos en movimiento relativas al marco fundamental inteligible.

Espero que perdone el triunfalismo de mi título para esta Pregunta de la Semana. Lorentz es uno de mis héroes científicos. Los resultados obtenidos por CERN no podrían sostenerse. Pero de seguro que espero que lo que hagan.