Categoría: "ciencia" - "2017-11-21 05:37:36"

¿Fuerza de la gravedad?

por Ed  

La llamamos Fuerza de la Gravedad y es lo que nos mantiene pegados a la Tierra, pero

¿Es realmente una Fuerza?

Partiendo de que el concepto "fuerza" es una utilidad matemática para relacionar el intercambio de momento o cantidad de movimiento, acuñado, creo, por Newton, podemos observar que la gravedad puede que no sea una fuerza.

¿Qué es una fuerza?

La fuerza, tal y como la definió Newton, es la diferencia de momento (diferencia de cantidad de movimiento) con respecto del tiempo.

El momento, o cantidad de movimiento, se obtiene en mecánica clásica multiplicando la masa por la velocidad. No sé muy bien cómo llegó Newton a esto mientras estudiaba el misterioso fenómeno de la inercia, pero el momento se ha convertido en uno de los pilares fundamentales de la física, desde la mecánica clásica a la cuántica, pasando por la relativista. La cantidad de movimiento es una pieza clave, una piedra angular. Si quitamos ese ladrillo, toda la física se desmorona, así que procuraré no hacerlo.

La variación de la cantidad de movimiento es lo que nos da una idea de la energía necesaria para que un objeto de una masa (o energía) determinada pase de una velocidad a otra ya que, si no interviene ninguna fuerza, la velocidad permanece constante de forma indefinida.

Para medir la magnitud del cambio, se utiliza el tiempo como divisor (se podría haber utilizado la distancia, por ejemplo, pero de esto hablaré en otro post) así que se deduce que la fuerza, en caso de que la masa no varíe (pregúntale a Einstein) se puede definir como el producto de la masa por la aceleración.

¿Qué atrae la Gravedad?

Esta es la pregunta principal. La gravedad lo atrae todo con la misma aceleración, con independencia de su masa (o energía) De tal forma que la gravedad puede verse más como una aceleración del espacio que como una fuerza.

Se puede medir la fuerza necesaria para vencer la aceleración de la gravedad, pero no se puede hablar de la fuerza de la gravedad porque, como he explicado antes, frente a la gravedad las masas no son importantes más que para generar la aceleración, no interviniendo en absoluto como magnitud para que algo sea atraído.

El famoso experimiento lunar del martillo y la pluma cayendo a la vez en ausencia de atmósfera demuestra el hecho de que la gravedad es una aceleración independiente de la masa.

Newton, el mago de la ciencia, descubrió que la aceleración de la gravedad era proporcional a la masa (tomada como puntual) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de dicha masa. Como si la aceleración se percibiera en la superficie de una esfera imaginaria cuyo centro es la masa que atrae. De hecho, la famosa fórmula de Newton se puede expresar como la masa dividido por la superficie de una esfera de radio igual a la distancia estudiada. Pero aún hay más.

La constante de Gravitación Universal

No lo he visto expresado lo que voy a decir, pero la constante de la gravitación tiene un valor muy extraño. El inverso de G (la Constante de Gravitación Universal) es casi exactamente igual que multiplicar 16 por π por C (la velocidad de la luz en el vacío)

Voy a repetirlo de otra forma: si multiplicamos G x 16 x π x C nos da 1,0057, esto es, casi la unidad.

De hecho, si expresamos la aceleración de la gravedad tal y como se expresan las otras fuerzas de atracción (eléctrica y magnética) sobre 4·π·d2 todavía nos queda un remanente de 1/(4·C) para llegar a la famosa G (que, dicho sea de paso, Newton nunca conoció ya que él se "limitó" a establecer la relación no proporcional de m/d2 gracias al trabajo de Keppler)

Si ese valor (1,0057...) lo expresamos en una constante (pongamos G' por abreviar) también resultan curiosas las unidades de dicha "constante", equivalentes a m/s2 · m/s · m2/kg (unidades de aceleración para cada unidad de velocidad para cada superficie por cada unidad de masa) (atención a los "por cada" y a los "para cada";-)

Y G'/(4·C) nos daría un valor cuyas unidades son m/s2 · m2/kg, es decir, unidades de aceleración para cada superficie por cada unidad de masa.

Desconozco la relación de 4·C con la gravedad. Desconozco qué tiene que ver la velocidad de la luz con la gravedad, pero es obvio que existe una relación intrínseca de dicha velocidad y Pi con la aceleración de la gravedad (sabiendo que Pi tiene una relación intrínseca con casi todo).

Limite de atracción

En muchas ocasiones, me he planteado si la aceleración de la gravedad tiene un límite. Sí he podido concluir que, si los postulados en los que se basa Einstein son ciertos, existe un límite claro con la velocidad de la luz. Es más, se produce un curioso fenómeno con la velocidad de la luz y la aceleración de la gravedad que nos hace rozar la superficie de los agujeros negros.

Imaginemos un fotón que se dirige hacia una gran masa que acelera todo su alrededor de una manera increíble. El fotón, que viaja a la velocidad de la luz, se resiste a ser acelerado, pero tendríamos que cumplir con la ley de la gravedad (Newton, Einstein, aquí da lo mismo) de tal forma que su aceleración debería de cambiarse por su masa (por lo que he explicado antes de la fuerza como variación del momento) Si la gravedad fuera una fuerza, indudablemente causaría una variación en el momento del fotón, pero como no puede aumentar su velocidad más allá de la de la luz, este incremento tiene que verse observado en la masa del propio fotón, que aumentaría su masa. Como un fotón no tiene masa conocida, habría que utilizar su "pseudónimo" de Energía (utilizando la ecuación pre-einsteniana de E=m·c2, diríamos que m=E/c2 ) y percibiríamos un aumento de su energía, pero, un aumento de la energía de un fotón es mucho decir porque un aumento de energía en un fotón implica un aumento de su frecuencia y una disminución de su longitud de onda, por lo que percibiríamos un "corrimiento al azul" del fotón.

¿Alguien ha visto un rayo de luz verde que apunte a la Tierra y se vuelva azulado a medida que avanza? Creo que no.

¿Alguien ha visto un fotón que empiece a ganar masa como si comiera grasas e hidratos de carbono a todas horas? Sería muy chocante apuntar con un láser al sol y que llegara un meteoríto en lugar de fotones)

Pues por ese motivo, la atracción gravitatoria, no puede ser una fuerza, sino una aceleración, dado que no causa un cambio de cantidad de movimiento, sino de velocidad, teniendo esta un límite en la velocidad de la luz, lo cual me hace pensar en la posibilidad del límite de atracción como algo más real de lo que imaginaba en un principio.

Y si existe un límite de atracción, nos topamos con el increíble mundo de los agujeros negros. No sólo son negros porque la luz no puede salir, sino porque la luz puede viajar a su velocidad natural dentro del horizonte de sucesos, curvándose, retorciéndose, pero jamás pudiendo salir de él ¿o sí? (estas disquisicioes las dejaré para otro post)

Mientras tanto, dudad, que es sano.

El Tiempo

por Ed  

Dando vueltas al concepto de tiempo utilizado en la ciencia, en general, he visto que su utilización es incorrecta.

El tiempo que medimos es una sucesión de hechos, en concreto, podemos hablar de estados de algo. Como mínimo, podemos decir que ha transcurrido tiempo si un marcador deja de estar. Y podemos decir que hay un tiempo estándar si hay un marcador que está y deja de estar de una forma cadente, de tal manera que, comparada con otras señales o marcadores, su cadencia sea estable.

De esta forma, el tiempo que podemos apreciar no es más que una frecuencia de estados "on"-"off", señales X-NoX-X-NoX.

Si tomamos el tiempo como una frecuencia, tenemos que sacar el tiempo del concepto físico y atribuirle una mera utilidad funcional para relacionar unos procesos con otros.

Por ejemplo, el concepto de frecuencia ya no sería sobre un tiempo real o absoluto, sino sobre una cadencia o frecuencia base. La frecuencia pasa a ser "número de veces que ocurre algo por cada vez que ocurre el marcador base".

De esto se deriva, para empezar, la inexistencia del concepto "espacio-tiempo", por lo que teorías tales como la relatividad tienen que ser redefinidas para poder comprender su significado real.

Velocidad

por Ed  

Es difícil definir un concepto tan manipulado y, a la vez, tan sencillo.

Velocidad es la cantidad de espacio que se recorre en un tiempo determinado, pero, ¿si el tiempo resulta ser una simple latencia? ¿En qué se transforma la velocidad?

Velocidad es la diferencia espacial que encontramos en un observable por cada intervalo de observación. De esta manera, la velocidad no es algo intrínseco a un móvil o un objeto material, sino que es algo que aprecia un observador junto a su capacidad perceptiva.

train-345072_960_720Desde la simulación informatizada de escenarios físicos, se puede comprobar cómo el tiempo elegido para la simulación, la latencia, es fundamental para obtener resultados realistas. Es necesario un mínimo de latencia para que los móviles se comporten de forma natural. A partir de ese mínimo, la lentitud del cálculo aumenta tanto que no compensa su afinación.

Igualmente, en la obtención de la velocidad “instantánea”, se debe utilizar una latencia apropiada, un tiempo lo suficientemente corto como para obtener la velocidad más fiable posibe, teniendo en cuenta que hay que establecer dos medidas: una espacial y otra temporal.

Si el tiempo deja de ser una unidad preexistente y lo tomamos como la apreciación de un hecho recurrente con cierta homogeneidad, estamos hablando de algo diferente de lo que hasta ahora se ha considerado en física como “velocidad”.

Así vista, la velocidad se convierte en la distancia recorrida por un móvil en cada unidad de latencia, en cada “click” del reloj del observador, que no tiene por qué coincidir con el del móvil que tratamos de medir.

Cualquier fuente de latencia es local al observador, por tanto, la posición de éste con respecto al móvil influye tanto como su posición absoluta respecto a otros puntos de referencia. Por ejemplo, toda fuente de latencia está afectada por los campos gravitatorios, siendo más rápida dicha latencia cuanto más intenso es el campo gravitatorio (o lo que es lo mismo, cuanto más acelerado esté el observador)

Ya la teoría de la relatividad general nos hace un apunte al respecto de la variación temporal respecto de los campos gravitatorios, aunque para ello el mismo Albert Einstein tuvo que utilizar el tiempo como una dimensión más del espacio, algo absurdo si tenemos en cuenta que el tiempo no existe, pero algo genial si tenemos que convivir con su existencia por la utilidad matemática que le hemos venido dando.

En este punto, cabe reseñar que el concepto de velocidad, en el fondo (matemáticamente) no varía, aunque sí varía el significado de la temporalidad.

En otro lugar ya se hablará de lo que esto implica cuando transportamos el sentido a conceptos más complejos como el de la aceleración, la fuerza o la energía misma y cómo todo da un vuelco tanto semántico como morfológico (matemática y filosóficamente)

Por el momento, nos podemos detener aquí, pensando en cómo es posible que un móvil se desplace entre dos puntos del espacio si entre pulso y pulso del reloj no hay tiempo.

(igualmente, la radiación total de un cuerpo negro es infinita, si la energía no estuviera cuantizada, lo cual es la llave maestra para abrir un mundo aparentemente lineal)

Aceleración

por Ed  

El concepto de aceleración se define como la variación de la velocidad respecto del tiempo, pero ¿y si el tiempo no cambiara? ¿y si el tiempo no existiera más que como una frecuencia de señales SÍ-NO?

En un tiempo así, carece de sentido hablar de cambio de velocidad respecto del tiempo, puesto que el tiempo es siempre el mismo. En cambio resulta interesante hablar de un cambio de velocidad respecto de la distancia.

¿Qué significaría una variación de la velocidad respecto de la distancia?

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Para empezar, las leyes de Newton, la mecánica clásica, cambian a partir de este punto, puesto que la mecánica está basada en un soporte temporal, no lineal, lo cual puede hacerlas más oscuras de lo que ya son.

Una variación de la velocidad respecto de la distancia, indica qué magnitud tiene un cambio de velocidad respecto de una trayectoria definida.

Curiosamente, para describir el concepto de energía, sí se hace uso de la distancia, pero para este más básico de la aceleración, se utiliza el tiempo, haciendo un mejunje de conceptos entre los ya de por sí embrollados hasta casi la metafísica.

Para advertir que existe una aceleración, como mínimo es necesario saber dos velocidades “instantáneas”, aunque el concepto de velocidad instantánea es inexistente, ya que para advertir que existe velocidad, es decir, movimiento, ya es necesaria una distancia y un tiempo dado.

Dado este sentido, la aceleración sólo se conocerá cuando un móvil cualquiera haya podido ser detectado y medida su velocidad en dos puntos de su trayectoria, que, con suerte, pueden ser consecutivos, pero no tiene por qué ser así. De esta manera, descubriremos la aceleración de un cuerpo cuando haya recorrido un primer tramo, en el que conocemos su velocidad inicial, tras haber recorrido un segundo tramo desconocido y tras haber recorrido un tercer tramo en el que conocemos su velocidad final. La suma de estos tres tramos es la que nos indica la distancia en la que la velocidad ha variado. En un caso concreto, el segundo tramo puede ser cero, cuando el final del primero coincide con el inicio del tercero.

De cualquier manera, la aceleración respecto de la distancia se definiría como la diferencia de velocidades partido por la distancia en la que se ha observado.

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En la mecánica clásica, esta aceleración se obtiene con la diferencia de velocidades partido por el tiempo en el que se han obtenido las mismas, llegando a arrojar un resultado tan extraño como metros partido por segundo al cuadrado. La pregunta es obvia: ¿qué es un segundo cuadrado?

El uso de unidades abstractas como utilidad matemática nos debe llevar a cuestionarnos cuál es el uso que le estamos dando a las matemáticas. En este caso, llegamos a un concepto absurdo: el cuadrado de un tiempo, que, en el fondo, es el cuadrado de un período, puesto que el tiempo no es más que una sucesión de períodos o una frecuencia (más bien una latencia)

En cambio, haciendo un uso de la variación de velocidad respecto de la distancia, obtenemos una frecuencia (la inversa del tiempo) puesto que perdemos la magnitud lineal o de distancia, simplificando así las unidades que entran en juego.

¿Qué significaría una frecuencia aplicada a la aceleración? Pues ni más ni menos que la frecuencia con la que un móvil es acelerado.

¿Qué implica este cambio en la teoría mecánica? Pues, en realidad, esto es quitar a la física el suelo por el que camina, directamente. A partir de aquí, habría que construir un nuevo modelo mecánico sobre esta simple modificación conceptual y simplificación algebraica.