Principi de Mach
El principi de Mach és una hipòtesis sobre la naturalea de les forces inerciales expressada per primera volta pel físic Ernst Mach en 1893. Este principi s'enuncia de la següent forma:
El principi de Mach és enunciat de manera clarificadora en el célebre experiment mental de la gaveta de Mach. En un univers desprovisto de matèria seria impossible detectar la rotació d'un objecte únic com una gaveta plena d'aigua la rotació de la qual produïx forces centrífugas i de Coriolis que deformen la seua superfície produint una forma parabòlica. Segons este principi estes forces sorgixen com a resultat de l'interacció gravitacional en el restant de l'Univers per lo que una gaveta rotando en un Univers buit de matèria tindria la seua superfície plana.
El principi de Mach va influir molt a Albert Einstein en l'época en la que estava desenrollant la seua teoria general de la relativitat. No obstant este principi no té una formulació matemàtica precisa i no forma part integral de la teoria de la relativitat. Algunes teories posteriors que inclouen la relativitat com a cas particular com la teoria de Brans Dicke es formulen des d'un punt de vista alguna cosa més propenc al principi de Mach.
Principi de Mach i mecànica quàntica
[editar | editar còdic]Quan no hi ha forces que actuen sobre el cos, este es mou de manera rectilínea i uniforme. Per a alterar la seua trayectòria, és necessari aplicar força sobre el cos. Quant més massiu és el cos, més difícil és canviar el seu moviment. Per a que el cos que té la massa m, obtinga l'acceleració a, és necessari aplicar força: F=ma. Aixina ho postula la Segona Llei de Newton. De tal manera, qualsevol massa opon resistència a l'acceleració. Sorgix la pregunta: ¿l'acceleració respecte a qué?
La resposta correcta (que es pot llegir en qualsevol manual de física) seria la següent: respecte al sistema de referència inercial. Pero el sistema inercial no és res més que una oportuna noció abstracta. ¿Que relació física pot haver entre el cos i el sistema de referència inercial?
A finals de el XIX el físic austríac Ernst Mach va propondre la següent hipòtesis que més vesprada va ser cridada el principi de Mach. Els sistemes de referència inerciales existixen només per l'existència de les estreles immòvils, és dir, les masses alluntades del Univers. I el centre de masses de l'Univers és un sistema natural de referència inercial. Llavors, un cos que es mou lliurement, es mou en la velocitat constant respecte al centre de masses de l'Univers, és dir, els alluntats objectes massiços. En tal case el cos opon resistència només perque s'accelera respecte a les estreles immòvils.
Seria convenient fer la següent comparació. Existixen els camps que actuen sobre el cos, independentment de si este es mou o no. Són camps gravitatorios i camps elèctrics. Pero el camp magnètic actua solament sobre una càrrega mòvil. Les forces inerciales fins a cert punt es podrien comparar en les forces magnètiques. Estes sorgixen solament quan una massa es mou en acceleració respecte a les estreles immòvils. És com si tota la massa enorme de les estreles originara el camp de les forces inerciales.
Els físics preguntaven a Mach: ¿que passaria si llevàrem les estreles?, ¿el cos hauria deixat d'opondre resistència a l'acceleració i hauria perdut la seua inèrcia? Pero Mach evitava donar una reposta unívoca a esta pregunta. Albert Einstein, que simpatizaba molt en el principi de Mach, era més conseqüent en esta qüestió. Mentres estava investigant en la teoria general de la relativitat, esperava que el principi de Mach trobaria el seu lloc dins de la seua teoria. En aquell periodo Einstein va escriure: «en la conseqüent teoria de la relativitat no es pot definir l'inèrcia respecte a el “espai”, pero sí es pot definir l'inèrcia de les masses una respecte a una atra. Per això, si alluntem una massa qualsevol a una distància gran de totes les demés masses de l'Univers, l'inèrcia de tal massa deu tendir a zero. Anem a intentar a formular estes condicions matemàticament». Aixina que Einstein afirmava que un cos alluntat de totes les masses de l'Univers a una distància prou important cariria d'inèrcia. En esta qüestió Pauli estava d'acort en Einstein: Com Mach es donava conte del dalt mencionat defecte de la mecànica de Newton i va substituir a l'acceleració absoluta per l'acceleració respecte a les demés masses de l'Univers, Einstein va cridar a este postulat «principi de Mach». Este principi, en particular, exigix que l'inèrcia de la matèria siga definida exclusivament per les masses que la rodegen i de tal manera, desapareixeria en cas de llevar totes les demés masses, perque des del punt de vista relativista no té cap sentit parlar de la resistència a l'acceleració absoluta (relativitat d'inèrcia).
No obstant, quan la teoria general de la relativitat va ser terminada, va resultar que no satisfea el principi de Mach. A lo llarc de tot el XX varis estudiosos varen intentar construir una teoria a pur de el principi de Mach. Pero els seus intents no varen tindre èxit. Sembla que el principi de Mach no quadra en la física moderna.
En la Gran Enciclopèdia Soviètica, editada en 1974, Tom 15, trobem el següent paràgraf al respecte: «el principi de Mach seguix usant-se àmpliament en els treballs destinats a l'investigació de l'estructura i característiques de l'Univers en general, encara que el problema de quadrar el principi de Mach en les conclusions de la cosmologia procedents de la teoria general de la relativitat d'Einstein, aixina com procedents d'atres teories de gravitació, choca en les contradiccions séries que fan pensar que el principi de Mach pot ser erròneu o impossible de provar experimentalment».
En el Curs de Física de Berkeley sobre este tema està escrit lo següent: «L'existència dels sistemes de referència inerciales implica una pregunta que carix de resposta: ¿Quina influència eixercix tota la demés matèria de l'Univers a un experiment que es realisa en un laboratori en la Terra?» I a continuació: «l'idea de que només l'acceleració respecte a les estrela immòvils té sentit és una hipòtesis que habitualment és coneguda com el principi de Mach. Encara que dita idea no va ser ni comprovada, ni desmentida experimentalment, alguns físics com Einstein, consideren que este principi a priori és d'interés. Atres físics són d'opinió contrària. Esta qüestió és important per a la cosmologia teòrica. Si suponem que el moviment del restant de l'Univers influïx sobre l'estat de qualsevol partícula, llavors sorgix una série de preguntes que carixen de respostes. ¿Existix alguna relació recíproca entre les característiques d'una partícula i l'estat del restant de l'Univers? En cas que es canviara la cantitat de partícules en l'Univers o la densitat de la seua distribució, ¿hauria variat la càrrega del electró o la seua massa o l'energia de lligam de nucleones? Pel moment, no coneixem la resposta a esta profunda pregunta sobre la correlació entre l'Univers lluntà i les característiques de les partícules en la Terra.»
Resumint, hui en dia és desconegut si el principi de Mach és correcte o no. Tampoc està clar cóm es podria comprovar-ho experimentalment. És convenient recordar que el principi de Mach va ser plantejat a finals de el XIX i per això va ser formulat en el marc de la mecànica clàssica de Newton. En el XX varen aparéixer branques de la física com la teoria de la relativitat i la mecànica quàntica. Per la qual cosa, és provable que per a poder quadrar el principi de Mach en la física moderna, siga necessari prendre en consideració les conclusions tant de la teoria de la relativitat com les de la mecànica quàntica.
El físic rus Vasily Yanchilin va propondre una nova interpretació del principi de Mach. Si alluntem un cos experimental de les masses grans de l'Univers, la indeterminación quàntica en el seu moviment escomençarà a créixer. Com la constant de Planck es determina pel potencial gravitatorio Ф creat per totes les masses que existixen en l'Univers, fòra de l'Univers la constant de Planck tendirà a l'infinit, mentres que quant més prop d'un cos enorme, menor serà el seu valor.
A mida que s'allunta de totes les masses de l'Univers, creix la indeterminación quàntica en el moviment dels cossos, aixina com la indeterminación quàntica en el moviment de les partícules elementals de les quals estan composts tots els cossos. Per això els cossos macroscòpics, alluntats de totes les masses de l'Univers, es desintegraran en partícules elementals. La indeterminación en el moviment de les partícules elementals serà tan alta que les partícules ni tan sols tindran la trayectòria aproximada del moviment. És obvi que la noció del sistema de referència en tals condicions pert el seu sentit físic. Les nocions de temps i espai cariran de sentit. D'acort en la nova interpretació el nostre Univers està rodejat pel Caos.
Dins del nostre Univers, pel fort efecte gravitatorio de les estreles i galàxies (esta influència es reflectix en el valor enorme del potencial gravitatorio de l'Univers |Ф| ≈ 10 х 17 m²/seg2), la indeterminación en el moviment de les partícules elementals disminuïx considerablement. Dins del nostre Univers, una partícula elemental es mou “casi” en llínea recta i en una velocitat “casi” constant. Resulta que una partícula es mou per inèrcia només pels esforços comuns de totes les estreles. Com cada estrela fa la seua contribució en el valor del potencial gravitatorio de l'Univers Ф, reduint el valor de la constant de Planck. La nova interpretació consistix que l'efecte gravitatorio de les estreles i galàxies reduïx la indeterminación en el moviment de les partícules i com a resultat, el fenomen de la indeterminación s'observa solament en el micromundo. De tal manera, Vasily Yanchilin basant-se en el principi de Mach, va donar una nova interpretació a la mecànica quàntica: la indeterminación en el micromundo és el restant del moviment caòtic de les partícules elementals despuix de l'imposició de l'efecte gravitatorio de l'enorme massa de l'Univers.
Lo més important és que ara es pot provar el principi de Mach experimentalment: aumentant l'altura sobre la superfície de la Terra, el valor de la constant de Plank deu anar creixent (aproximadament 10-16 m de les unitats relatives per cada metro de pujada). Si poguérem medir esta chicoteta variació en el valor de la constant de Planck, nos asseguraríem de l'existència del Caos fora de l'Univers i de la validea del principi de Mach.
Vore també
[editar | editar còdic]Bibliografia
[editar | editar còdic]- Annalen der Physik.
- 769-822. (Text en espanyol)
- Einstein, Albert. Obres científiques completes. Tom.1. Editorial Nauka, 1965, Moscou.
- Pauli, В. La teoria de la relativitat. Editorial Nauka, 1983, Moscou.
- Kittel, Charles. Night, V. Ruderman, M. Curs de Física de Berkeley. Tom 1. Mecànica. Editorial Nauka, Moscou, 1983.
- Yanchilin, Vasily. Indeterminación, gravitació, cosmos. Editorial URSS, Moscou, 2003.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Principio de Mach» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.