22/5/13

Sobre la teoría de la relatividad - Einstein - 2.El sistema de coordenadas



2.   El sistema de coordenadas

Basándonos en la interpretación física de la distancia que acabamos de señalar estamos también en condicio­nes de determinar la distancia entre dos puntos de un cuerpo rígido por medio de mediciones. Para ello ne­cesitamos un segmento (regla S) que podamos utilizar de una vez para siempre y que sirva de escala unidad. Si A y B son dos puntos de un cuerpo rígido, su recta de unión es entonces construible según las leyes de la Geometría; sobre esta recta de unión, y a partir de A, llevamos el segmento S tantas veces como sea necesa­rio para llegar a B. El número de repeticiones de esta operación es la medida del segmento AB. Sobre esto descansa toda medición de longitudes[1].

Cualquier descripción espacial del lugar de un suceso o de un objeto consiste en especificar el punto de un cuerpo rígido (cuerpo de referencia) con el cual coin­cide el suceso, y esto vale no sólo para la descripción científica, sino también para la vida cotidiana. Si analizo la especificación de lugar «en Berlín, en la Plaza de Potsdam», veo que significa lo siguiente. El suelo te­rrestre es el cuerpo rígido al que se refiere la especificación de lugar; sobre él, «Plaza de Potsdam en Ber­lín» es un punto marcado, provisto de nombre, con el cual coincide espacialmente el suceso [2].
Este primitivo modo de localización sólo atiende a lugares situados en la superficie de cuerpos rígidos y depende de la existencia de puntos distinguibles sobre aquélla. Veamos cómo el ingenio humano se libera de estas dos limitaciones sin que la esencia del método de localización sufra modificación alguna. Si sobre la Plaza de Potsdam flota por ejemplo una nube, su posición, referida a la superficie terrestre, cabrá fijarla sin más que erigir en la plaza un mástil vertical que llegue hasta la nube. La longitud del mástil medida con la regla unidad, junto con la especificación del lugar que ocupa el pie del mástil, constituyen entonces una localización completa. El ejemplo nos muestra de qué manera se fue refinando el concepto de lugar:

a)        Se prolonga el cuerpo rígido al que se refiere la localización, de modo que el cuerpo rígido ampliado llegue hasta el objeto a localizar.
b)                 Para la caracterización del lugar se utilizan núme­ros, y no la nomenclatura de puntos notables (en el caso anterior, la longitud del mástil medida con la regla).
c)                  Se sigue hablando de la altura de la nube aun cuando no se erija un mástil que llegue hasta ella. En nuestro caso, se determina —mediante fotografías de la nube desde diversos puntos del suelo y teniendo en cuenta las propiedades de propagación de la luz— qué longitud habría que dar al mástil para llegar a la nube.

De estas consideraciones se echa de ver que para la descripción de lugares es ventajoso independizarse de la existencia de puntos notables, provistos de nombres y situados sobre el cuerpo rígido al que se refiere la localización, y utilizar en lugar de ello números. La física experimental cubre este objetivo empleando el sistema de coordenadas cartesianas.
Este sistema consta de tres paredes rígidas, planas, perpendiculares entre sí y ligadas a un cuerpo rígido. El lugar de cualquier suceso, referido al sistema de coor­denadas, viene descrito (en esencia) por la especifica­ción de la longitud de las tres verticales o coordenadas (x, y, z) (cf. Fig. 2, p. 33) que pueden trazarse desde el suceso hasta esas tres paredes. Las longitudes de estas tres perpendiculares pueden determinarse mediante una sucesión de manipulaciones con reglas rígidas, ma­nipulaciones que vienen prescritas por las leyes y mé­todos de la Geometría euclidiana.
En las aplicaciones no suelen construirse realmente esas paredes rígidas que forman el sistema de coorde­nadas; y las coordenadas tampoco se determinan real­mente por medio de construcciones con reglas rígidas, sino indirectamente. Pero el sentido físico de las localizaciones debe buscarse siempre en concordancia con las consideraciones anteriores, so pena de que los re­sultados de la física y la astronomía se diluyan en la falta de claridad[3].
La conclusión es, por tanto, la siguiente: toda des­cripción espacial de sucesos se sirve de un cuerpo rí­gido al que hay que referirlos espacialmente. Esa refe­rencia presupone que los «segmentos» se rigen por las leyes de la Geometría euclídea, viniendo representados físicamente por dos marcas sobre un cuerpo rígido.


[1] Se ha supuesto, sin embargo, que la medición es exacta, es decir, que da un número entero. De esta dificultad se deshace uno empleando escalas subdivididas, cuya introducción no exige ningún método fundamentalmente nuevo.
[2] No es preciso entrar aquí con más detenimiento en el signifi­cado de «coincidencia espacial», pues este concepto es claro en la medida en que, en un caso real, apenas habría división de opiniones en torno a su validez
[3] No es sino en la teoría de la relatividad general, estudiada en la segunda parte del libro, donde se hace necesario afinar y modificar esta concepción.


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