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Espacio-tiempo antes de Einstein

Antigüedad clásica

¿Qué es el espacio y tiempo? ¿Existe absolutamente, o sólo en relación con la materia? ¿Constituyen el fondo fijo o etapa en la que se juega el drama de la vida, o que ellos mismos también toma parte en la acción? Estas preguntas son tan antiguas como la filosofía en sí misma.
Sculptured bust of Zeno
El filósofo estoico Zenón de Citio (344-262 A.C., no se debe confundir con la anterior Zenón de Elea, autor de las paradojas de Zenón) sostuvo que el espacio y el tiempo eran irreales ya que ellos tampoco podían actuar ni ser actuados sobre por la materia. Estos argumentos se consideraban puramente metafísicos. Si, entonces Gravity Probe B demuestra que incluso las metafísicas proposiciones pueden probarse por el experimento! Sería difícil imaginar una demostración más directa que espacio-tiempo actúa sobre la materia que el efecto geodésico (spacetime combado tuerce un giroscopio de giro), o una más convincente prueba de ello actúa detrás en espacio-tiempo que el efecto de arrastre de marco (la tierra gira tira espacio-tiempo alrededor con ella).

Sculptured bust of ArchytasZeno fue una versión extrema de la visión relacional del espacio (espacio existe sólo en la medida está relacionado a la materia). De hecho, él enseñó que el concepto de "espacio vacío" era una contradicción de términos, ya que si el espacio estuviera verdaderamente vacío sería nada y por lo tanto inexistente. La vista contraria o absolutista, que el espacio existe independientemente de la materia, se remonta a Leucipo de Abdera (activo c. 450 A.C.), el primero de los atomistas griegos (más tarde los epicúreos), quien introdujo el concepto de un vacío existente como el "vacío entre los átomos". La declaración más de la visión absolutista ha sido atribuida por Max Jammer (en conceptos de espacio, 1954) al filósofo pitagórico Archytas (428-347 A.C.): "puesto que todo lo que se mueve se mueve en un determinado lugar, es evidente que el lugar donde la cosa están en movimiento o siendo movido será, debe existir primero."

Sculptured bust of AristotleAristóteles (384-322 A.C.) construyen un híbrido cuidadoso y meticuloso de las vistas relacionales y absolutas. Fue algo displicente de sus antepasados, escribiendo (en el libro IV de la física): "hemos encontrado dificultades cuando intentamos decir lo que es exactamente el 'lugar' de una cosa... Ni mis precursores nada han previsto, o incluso formular alguna pregunta sobre este tema. Él aceptó argumentos similares a la de Archytas, pero estaba profundamente descontento con la idea atomística de vacío, "ya que no puede preferencia a una línea de movimiento más que a otro, ya que el vacío, como tal, es incapaz de diferenciación... Cómo [entonces] puede haber cualquier movimiento natural en el vacío ilimitado indiferenciado?" Para evitar esta dificultad Aristóteles desarrollaron la idea inteligente que espacio se define por que lo contiene. Se dirigió de esta manera a su influyente imagen de un cosmos cuyo marco de referencia se define por el firmamento de estrellas fijas y el centro de la tierra abajo: "el centro del universo y la superficie interna de los cielos giratorios constituyen el Supremo 'abajo' y el Supremo 'arriba'; el primero siendo absolutamente estable y la constante de este último en su posición como un todo".

Antigüedad tardía hasta la Edad Media

Sculptured bust of LucretiusLa naturaleza del tiempo como espacio se debatió con entusiasmo de esta manera por los antiguos. El filósofo epicúreo Lucrecio (c. 99-55 A.C.) pudo haber sido el primero en defender explícitamente una visión relacional del tiempo, escrito en la naturaleza del universo que: "el tiempo por sí mismo no existe... Se debe no ser declarado que cualquier persona puede percibir el tiempo por sí mismo aparte del movimiento de las cosas."

Medieval artist's rendering of PtolemyClaudius Ptolemy (c. 85-165) elaborado esencialmente en el sistema de Aristóteles, usando sólo movimientos circulares y velocidad uniforme con el fin de "salvar los fenómenos" frente a observaciones cada vez más exactas. Puntos de la manera en que lo hizo por el absoluto, en contraposición a los aspectos relacionales del pensamiento de Aristóteles, que anticipa el principio de Mach sólo en la medida del "firmamento de estrellas fijas" o el "centro de la tierra" puede considerarse como material. La adopción de una idea anterior de Hiparco, Ptolomeo primero desaloja el centro de "órbita" del sol del centro de la tierra ("excentricidad"). Más tarde añadió "establecieron" planetarios "epiciclos" y finalmente "equants" todos los preferidos puntos o curvas en espacio vacío (algunos de ellos incluso con sus propios movimientos). Él puede haber pretendido tales "puntos de vacíos" tener posiciones definidas o propuestas en relación con una especie de materia divina de la impregnación al vacío, pues escribió (en el Almagest): "la primera causa del primer movimiento del universo, si se lo considera simplemente, puede ser pensada como una deidad invisible e inmóvil." Si es así, Ptolomeo había previsto a Newton, quien se referiría a espacio absoluto muchos siglos más tarde (en el Opticks) como el "Sensorium" de Dios.

Painting of St. AugustineSan Agustín (354-430) pone un giro teológico en el argumento de Lucrecio de la naturaleza relacional del tiempo en sus confesiones, haciendo hincapié en que "Dios creó el mundo con el tiempo, no en el tiempo". Tiempo vinieron en existencia junto con la materia, en otras palabras, un punto de vista que curiosamente anticipa el celebrado por los cosmólogos del big bang hoy.

Opiniones de Aristóteles reinaba en la mayor parte de este período, pero fueron desafiados por librepensadores intrépidos ocasionales tales como John Philoponus (c. 490-570), que pedían una imagen puramente absoluta más y reaccionó en particular contra la idea de que el espacio se define de alguna manera por lo que lo contiene: "el lugar es no la parte adyacente del cuerpo circundante... Es un intervalo determinado, mensurable en tres dimensiones; es distinta de los cuerpos en él y es, por su propia naturaleza, incorpóreo. En otras palabras, es las dimensiones solas, desprovisto de cualquier cuerpo."

La revolución científica

Nota EQ: Debo recalcar que lo que sigue es posterior a Colón. Observen como se expande el pensamiento después de que el Gran Almirante y Científico "choca" con América. Colón no venía a América, con sus espejos y vidrio, el navegaba hacia Las Indias para intercambiar todo esto por sedas y especies...
Muchos antes que Colón estuvieron en América, Vikingos, Asiáticos, etc... Pero al no tener su gran invento "El palo de Mesana" que porta una vela triangular y la "Botavara" , no pudieron ir y venir a su antojo, como Colón. 
Dos reyes jóvenes con gran riqueza, no solo en oro, si no en espíritu y conocimiento, este último aportado por 9 siglos de ocupación Árabe , pudieron dar este gigantesco salta para la humanidad Europea y sobre todo abrir la mente al libre pensamiento. Puedo opinar, que este último algo restringido pero in atajable y menos in dominable.... Texto que es parte de mi libro "Cuando Colón chocó con América" de hace 4 décadas... jiji!!!!

 
Painting of CopernicusNicolaus Copernicus (1473-1543) trasladó el universo de Aristóteles de la Tierra al Sol. Este traslado era, sin embargo, no tan atrevido pensado tan a menudo, por Hiparco y Ptolomeo ya habían movido "la órbita" del Sol del centro de la Tierra (mediante la introducción de "excentricidad"). Como Copérnico, se observó cerca del principio De Revolutionibus: "nada impide la tierra... Para, que no sea el centro de todas las revoluciones." Además, aunque él vuelva a centrada en el cosmos cinemático en el Sol, Copérnico no fija espacio dinámicamente a la estructura del resto del Sol o de cualquier otro organismo, pero siguieron a Aristóteles en asociar metafísicamente con la "esfera de las estrellas fijas", que (él escribió): "contiene en sí mismo y todo y por lo tanto es inamovible. Es sin duda el lugar del universo, a la que se comparan con el movimiento y la posición de todos los otros cuerpos celestes".

 
Painting of KeplerCincuenta años después, observaciones astronómicas ya no pudieran ser conciliados con la noción de esferas planetarias rígidas, que Johannes Kepler (1571-1630) al declarar: "de ahora en adelante los planetas siguen sus caminos a través del éter como los pájaros en el aire. Nosotros debemos por lo tanto filosofar acerca de estas cosas diferentemente". Pensamientos como estos lo llevaron a la idea radical de fijar el marco del resto del espacio a cuerpos físicos en lugar de construcciones metafísicas (concibió las fuerzas que se extienden hacia fuera desde el Sol y barriendo los planetas a lo largo de sus órbitas). Las leyes del movimiento planetario que deriva posteriormente se han caracterizado por Julian Barbour en el descubrimiento de la dinámica (1989) como un "triunfo Machianas antes del principio de Mach".

Painting of GalileoPainting of DescartesUn cambio sutil pero similar en el pensamiento había afectado Galilei Galileo (1564-1642). En lugar de identificar las estrellas fijas con el marco del resto del espacio en un sentido abstracto, afirmó (en el diálogo) que físicamente están en reposo en el espacio: "las estrellas fijas (que son muchos soles) de acuerdo con nuestro sol disfrutando de descanso perpetuo". Sin embargo, Galileo no investiga más sobre cómo se podría definir este estado de "descanso", y parece que más bien inconscientemente adopta una visión absolutista del espacio. De hecho él fue el primero en utilizar el término real "movimiento absoluto", en su teoría de las mareas. Réné Descartes (1596-1650) cree implícitamente en espacio absoluto y utilizó el concepto para llegar a algo muy similar a la eventual primera ley del movimiento de Newton. Después de Galileo el juicio por la Inquisición, sin embargo, él pospuso de publicar sus resultados por más de una década y les había prologada (en los Principia Philosophiae) por un aviso declarando que todo el movimiento era, después de todo, relativo! Pudo haber sido el primero en sostener la absolutista y la vistas relacionales a la vez.






Cubo de Newton

Painting of NewtonIsaac Newton (1643-1727) era infeliz con esta inconsistencia y se quejó (en De Gravitatione) que si todo el movimiento era realmente relativo como Descartes dijo, entonces "se deduce que un cuerpo en movimiento tiene sin determinada velocidad y ninguna línea definida en la que se mueve". Fue en parte para quitar cualquier tal confusión que fue trasladado a expresarse tan categóricamente en estas famosas líneas de los Principia: "absoluto, verdadero y matemático de tiempo, de sí mismo y de su propia naturaleza, fluye regularmente sin relación con nada externo... espacio absoluto, en su propia naturaleza, sin relación con nada externo, permanece siempre similar e inmuebles." Agregó que se pudo demostrar la existencia del espacio absoluto por colgar un cubo de agua de una cuerda y girar, como se muestra en la figura siguiente.

Drawing of Newton's BucketEl hecho de que la superficie del agua poco a poco asumió una forma cóncava demostró que estaba girando con respecto a algo; ¿¿sabe qué hacer? Prueba de la realidad del espacio, en otras palabras, podría encontrarse en la inercia de la materia. Más formidable crítica relacional de Newton fue ...








Painting of LeibnizPainting of BerkeleyEl matemático y filósofo Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), que replicó en un debate con el discípulo de Newton Samuel Clarke que "el espacio es nada más que una orden de la existencia de las cosas, observada como existente; y por lo tanto, la ficción de un universo finito material, avanzando en un infinito espacio vacío, no puede ser admitida... Tal acción sería sin ningún diseño en él: estaría trabajando sin hacer cualquier cosa... No pasaría ningún cambio, que podría ser observado por cualquier persona".



Una declaración más explícita de la visión relacional vino del "padre filosófico del idealismo", obispo George Berkeley (1685-1753), quien escribió (en De Motu) que en el espacio vacío sería ni siquiera posible concebir, por ejemplo, dos globos que orbitan alrededor de un centro común (para un observador que se desplace junto con los globos ver que nada cambiando en todos) , pero "Supongamos que se crea el cielo de las estrellas fijas; de repente desde la concepción del enfoque de los globos a diferentes partes del cielo el movimiento será concebido."



Principio de Mach

Photo of MachSi Newton fue la declaración definitiva de la visión absolutista de espacio, entonces su homólogo relacional más notorio fue Ernst Mach (1838-1916), quien se dirigió directamente a argumento del cubo de Newton, en la ciencia de la mecánica (1883): "nadie es competente para decir cómo el experimento resultaría si los lados del vaso aumentaron de espesor y masas hasta que fueron finalmente varias ligas de espesor". Un cubo lo suficientemente masivo, en otras palabras, podría llevar el local marco inercial del agua alrededor de él, dejando la superficie del agua plana.

Drawing of Mach's modified bucket experimentPrincipio de Mach, como esta idea ha llegado a ser conocida, ha demostrado ser obstinadamente difícil de formular en forma física precisa y aún más difícil para poner a prueba experimentalmente. En una conferencia sobre este tema en Tübingen en 1993, expertos discuten por lo menos 21 versiones diferentes del "Principio de Mach" en la literatura científica, algunas de ellas contradictorias. Probablemente es por ello que ideas relacionales de Mach han demostrado ser menos fructuosas de inspiración en la física. Sin embargo condujeron a algunas fascinantes investigaciones experimentales, incluso antes de Einstein. En 1894 Immanuel Friedlaender (1871-1948) buscó evidencia que una pesada piedra de molino de rotación podría ejercer una fuerza de tipo Mach en una sensible balanza de torsión, pero confesó (en movimiento relativo o absoluto?) que él podría encontrar no definido de cualquier manera los resultados. El físico más conocido Agosto Föppl (1854-1924) buscó un acoplamiento entre el giro de la Tierra y de un par de volantes pesados cuyo eje de rotación podría alinearse a lo largo de cualquiera de los dos líneas de latitud o longitud. También no encontraron nada, pero observó que su precisión experimental limitada a aproximadamente dos por ciento. Föppl publicó esta obra en 1904, un año antes de la teoría de Einstein de la relatividad especial.

Einstein también fue influenciado poderosamente por el pensamiento de Mach, y anunció originalmente que el  principio de Mach como uno de los tres pilares de su teoría general de la relatividad en 1918. Posteriormente, sin embargo, quedó claro que la relatividad general es sólo la mejor parte "Machianas", y se desvanecieron el interés de Einstein. En 1954 escribió a un colega: "de hecho, uno debe ya no hablar del principio de Mach en todo". (Para su parte Mach inicial entusiasmo por el trabajo de Einstein también disminuyó, y escribió en 1913: "tengo que... ciertamente rechazan para ser un precursor de los relativistas".)

Experimentos como Gravity Probe B no deben considerarse como pruebas del principio de Mach (que es mal definida), sino como pruebas de teorías específicas de la gravedad (que puede o no puede incorporar características bien definidas "Machianas" como marco y arrastrar). Sin embargo, es posible pensar de Gravity Probe B como una realización del moderno-día del experimento del cubo de Newton en la que el rotativo "buque" es tan grande y masivo que nuestro planeta y el papel de la superficie del agua por giróscopos en órbita más de un millón de veces más sensible que los giroscopios de navegación de inercia mejor en la Tierra.

James Overduin, October 2007

Nota EQ: Creo que por esta nota es suficiente por hoy, hay mucho que pensar y relacionar...Será hasta la próxima.

Crédito: Gravity Probe B: Testing Einstein's Universe


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