Tres consideraciones respecto al movimiento relativo en Galileo (1de2)

Como ya he comentado en varios posts previos (sobre todo en éste), creo que uno de los momentos más importantes de la historia de la ciencia es el tránsito de la mentalidad moderna (que es la que tenemos todos cotidianamente) y la mentalidad contemporánea. Hacía mención a la figura de Lorentz quien, a pesar de contribuir relevantemente al gran paso que dio Einstein, no pudo cruzar el umbral al planteamiento contemporáneo: sus resultados matemáticos apuntaban a algo que no era capaz de comprender. Pues bien, para intentar ‘pensar como Lorentz’ en la medida en que eso me sea posible, quisiera reproducir los sucesos que se fueron dando, los cuales nos ayudarán también a comprender el salto de la mecánica moderna a la relatividad especial. Para ello partiré de algunas consideraciones respecto a las ecuaciones de Galileo, en las que, no lo olvidemos, también se daba la posibilidad de la relatividad del movimiento. No voy a insistir mucho en explicarlas, porque bueno, hay muchas páginas de divulgación científica que seguro que lo hacen mejor que yo. Sólo las comento rápidamente para extraer alguna conclusión. En concreto tres.

Sabido es el ejemplo de un pasajero que viaja en un tren (que, por ejemplo, se desplaza a 100 km/h) y que lanza una pelota desde su asiento (pongamos, a 20 km/h). Desde su punto de vista, desde su asiento, la pelota lleva la velocidad a la que la lanza, la de 20 km/h; pero para un observador que está situado en un andén fuera del tren, la pelota llevará la velocidad resultante de sumar la del tren más la que ella lleva respecto al tren, es decir, 120 km/h. Lo mismo ocurre con el espacio recorrido: la pelota no recorre el mismo espacio para el observador sentando en el tren, que para el que está en el andén; si han transcurrido seis minutos (décima parte de una hora), para el espectador sentado en el vagón la pelota se habrá desplazado 2 km (habrá que imaginarse un tren lo suficientemente largo), y para el del andén esos 2 km más los 10 km que haya recorrido el tren, 12 km en total. Hasta aquí creo que no he descubierto nada bajo el sol.

Podemos preguntarnos —y aquí voy con la primera consideración— cuál es la velocidad real que lleva la pelota: si 20 km/h o si 120 km/h; o qué espacio ha recorrido: si 2 km o 12 km. Pues bien, la respuesta a esta pregunta es que no tiene sentido. La pelota no lleva ni una velocidad ni otra, sino que lleva las dos, dependiendo del sistema de referencia desde el cual estemos observando. Esto es algo que forma parte de nuestra experiencia cotidiana, como cuando distintas personas tienen simultáneamente distintas percepciones de la sirena de una ambulancia, por ejemplo: no la escucha igual alguien hacia quien vaya la ambulancia que alguien de quien se aleje. Todos hemos tenido esa experiencia cuando hemos visto acercarse a nosotros una ambulancia y luego alejarse. ¿Cuál es el sonido real de la ambulancia? Pues los dos, ya que depende de cuál sea el desplazamiento relativo de la ambulancia con respecto a quien escuche la sirena. No deja de llamar la atención cómo un mismo hecho físico (la ambulancia desplazándose) puede dar lugar a dos fenómenos perceptivos diversos. Las leyes de la física (de la acústica en este caso) se cumplen en ambas situaciones, si bien los resultados son distintos dadas las diferentes situaciones de quienes escuchan; es decir: las leyes son invariantes. 

La segunda consideración nos lleva al que se conoce como principio de relatividad de Galileo. Tiene que ver con la afirmación de Galileo de que no es posible saber si un sistema de referencia está quieto o se desplaza a velocidad constante, porque en el fondo sus efectos son los mismos, algo que él decía para combatir la potente barrera psicológica para aceptar el giro copernicano de la astronomía. La percepción que tiene el viajero sentado en el tren (que se está desplazando a una velocidad constante junto con él) de la pelota que ha tirado a 20 km/h, es exactamente la misma que la que tendría el del andén si también tirara una pelota a esa velocidad, independientemente de que uno se desplaza en un tren y el otro está ‘quieto’ en el andén. Esto es algo de lo que el mismo Galileo se hizo eco, en estas famosas palabras, que se pueden leer en la Biografía de la Física de Gamow:

«Enciérrese usted con algún amigo en la estancia más grande bajo la cubierta de algún gran barco y encierre también allí mosquitos, moscas y otras pequeñas criaturas aladas. Lleve también una gran artesa llena de agua y ponga dentro ciertos peces; cuelgue una cierta botella que gotee su agua en otra botella de cuello estrecho colocada debajo. Entonces, estando el barco quieto, observe cómo estos pequeños animales alados vuelan con parecida velocidad hacia todas las partes de la estancia, cómo los peces nadan indiferentemente hacia todas las partes de la estancia, cómo los peces nadan indiferentemente hacia todos los lados y cómo todas las gotas caen en la botella situada debajo. Y lanzando cualquier cosa hacia su amigo, usted no necesita arrojarla con más fuerza en una dirección que en otra, siempre que las distancias sean iguales, y saltando a lo largo, usted llegará tan lejos en una dirección como en otra. Después de observar estas particularidades, ceo que nadie dudará de que mientras el barco permanezca quieto, deben ocurrir de esta manera; haced que el barco se mueva con la velocidad que usted quiera, siempre que el movimiento sea uniforme y no oscile en esta dirección o en otra. Usted no será capaz de distinguir la menor alteración en todos los efectos citados ni podrá colegir por uno de ellos si el barco se mueve o está quieto».

Y bueno, la tercera consideración la dejamos para el siguiente post.