Relativitat i física quàntica: teories, implicacions i cosmovisió

Versions de la teoria de la relativitat

Existeixen dues versions de la teoria de la Relativitat d’Einstein:

1. Teoria especial de la relativitat (1905).
2. Teoria general de la relativitat (1915).

Teoria especial de la relativitat

Einstein proposa que l’espai i el temps són relatius a la velocitat. Abans es considerava que l’espai i el temps eren absoluts, que no variaven; en canvi, Einstein diu que són relatius a la velocitat, ja que a grans velocitats l’espai es contrau i el temps es dilata. En la seva època això semblava contrari al sentit comú, perquè tendim a pensar que el temps és uniforme, però Einstein ens diu que no: tant l’espai com el temps no ho són.

Fórmula que apareix en aquesta teoria: E = m c².

Teoria general de la relativitat

Einstein estableix que la velocitat de la llum és insuperable i invariable. A partir del que va proposar a la teoria especial extreu conclusions cosmologiques i una explicació nova de la gravetat. Ens proposa l’existència d’un camp gravitatori que permet explicar les trajectòries dels astres.

Segons Newton, dues masses s’atrauen per una força d’atracció (per exemple, el Sol i la Terra). En canvi, segons Einstein, les grans masses deformen l’espai-temps: el Sol corba l’espai i per això la Terra “cau” cap al Sol i gira al seu voltant, ja que l’òrbita és la trajectòria resultant d’aquesta curvatura. Això és el que s’entén per camp gravitatori en relativitat general.

Quantes dimensions hi ha? Segons Einstein, parlem de 4 dimensions: tres espai-ials i una temporal. Les dimensions espacials són: longitud, amplada i profunditat. Aquestes dimensions estan relacionades: si modifiques una, les altres es veuen afectades. Una manera de modificar-ho és canviar la velocitat; l’espai es contrau i el temps es dilata.

Repercussions de la teoria general

1. Nova explicació del moviment dels astres. Einstein proposa una interpretació geomètrica de la gravetat que explica millor certes anomalies respecte a la física newtoniana.
2. Univers dinàmic i evolutiu. Per Einstein l’univers pot ser dinàmic, fet que implica un suposat origen (el Big Bang) i una evolució (actualment s’entén que s’està expandint). Big Bang: suposadament, en un inici hi havia una gran massa molt concentrada a temperatures elevadíssimes; aquesta situació va donar lloc a una gran expansió. Avui dia es considera que el Big Bang no és un origen absolut sinó un model que descriu l’origen i l’evolució de l’univers tal com el coneixem.
3. Fenòmens extrems i noves possibilitats teòriques. A partir de la relativitat general es parla de forats negres, viatges en el temps i fins i tot de mons paral·lels. Un forat negre es produeix quan una estrella arriba al final de la seva vida i deforma l’espai-temps al seu voltant fins a una singularitat aparent; englobeix tot el que té a prop. Hi ha diferents hipòtesis sobre el destí d’un forat negre: una d’elles és que tot el que entra en un forat negre podria acabar en un altre univers o en una regió distància, i que el temps s’hi dilata extremadament.

Aportacions de la física quàntica a la cosmovisió actual

Antigament els presocràtics ja parlaven d’«àtoms» com a partícules invisibles. Avui dia no podem dir el mateix, ja que progressivament s’han anat descobrint components de l’àtom. Fins als inicis del segle XX es distingia en un àtom un nucli compost per protons i neutrons i una perifèria d’electrons.

Al segle XX es va plantejar si els protons eren compostos i com definir electrons, neutrons i protons. S’arriba a la conclusió que estan compostos per quarks, dels quals se’n distingeixen sis tipus. Llavors es van preguntar: què és un quark? I què és un electró? Per a molts físics, una partícula també pot mostrar comportament d’ona; per això alguns investigadors utilitzen el terme ondícules, ja que aquestes entitats tenen propietats de les dues realitats. Depèn de l’experiment: aquesta matèria actua com a partícula o com a ona.

Per acabar, es diu que el micromón no és estrictament previsible; només es pot parlar de probabilitats. És incert. Heisenberg va formular el principi d’incertesa: no es poden determinar amb precisió arbitrària dues magnituds conjugades (per exemple, posició i moment lineal) de manera simultània. Un exemple il·lustratiu és aquest: per mesurar la velocitat d’un electró cal il·luminar-lo, però les ones de la llum interaccionen amb l’electró i modifiquen la seva trajectòria, alterant el resultat. Gràcies a això podem afirmar que el micromón és incert; en el micromón no sempre s’apliquen les mateixes lleis que en el macromón (el nostre món quotidià).

Abreviacions: macromón = el nostre món observable a escala humana; micromón = el món de les partícules, els àtoms i les ones.

Quines són les implicacions filosòfiques de la cosmovisió actual?

Impossibilitat de separació subjecte–objecte: en relació amb la física quàntica s’arriba a la conclusió d’una incertesa sobre la velocitat, la posició o el temps dels components últims de la matèria. Hi ha incertesa perquè, en investigar-los, l’observador modifica el sistema observat.

Indeterminisme i imprevisibilitat: en la cosmovisió moderna ja no es pensa que tot sigui perfectament previsible a la manera determinista newtoniana. En aquesta nova cosmovisió no hi ha certeses absolutes, sinó probabilitats i distribucions estadístiques per a molts fenòmens fonamentals.

Allunyament respecte del sentit comú: la teoria de la relativitat, la física quàntica i la teoria del caos s’allunyen de les nostres intuïcions i percepcions habituals, de manera que resulten poc comprensibles per a qui no és expert. Hi contribueix que aquestes teories s’apliquen, bàsicament, a àmbits de la realitat molt llunyans de les experiències quotidianes.