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agosto 13, 2009

La paradoja de los gemelos

Paradoja, del griego παρα (para) y δόξος (doxos), que significa “más allá de lo creíble”, es un concepto filosófico que emplea la lógica para darle nombre a situaciones, textos o circunstancias que resultan contradictorias pero con una serie de factores que se consideran validos o reales. Una paradoja es una declaración en apariencia verdadera que conlleva a una autocontradicción lógica o a una situación que contradice el sentido común. En palabras simples, una paradoja es lo opuesto a lo que uno considera cierto: es un contrasentido con sentido.

¿De qué trata la paradoja de los gemelos? Bueno, imaginemos a dos hermanos gemelos, uno de los cuales se monta en una nave espacial y se dirige hacia una estrella a unos pocos años luz, mientras que el otro se queda en la Tierra. La nave espacial no puede viajar más rápido que la luz, pero sí que lo hace a una fracción considerable de ésta. En consecuencia, el viaje dura algunos años. El viajero llega a su destino, se queda un tiempo y decide volver. La Relatividad Especial nos dice que el tiempo se ralentiza con la velocidad, de forma que para el viajero, el tiempo transcurre más lentamente que para su hermano, y por tanto envejece más despacio. Así, cuando se ambos se reencuentran en la Tierra, ambos han envejecido, pero el viajero es más joven que su hermano. Pues bien, esto no es ninguna paradoja. No hay ninguna contradicción. Es una forma sencilla de explicar el efecto de dilatación temporal de la Relatividad Especial.

La verdadera paradoja surge cuando tenemos en cuenta que la velocidad no tiene un sentido absoluto, sino que es relativa. En efecto, si viajo en tren y voy caminando hacia la cafetería ¿cuál es mi velocidad? Pues depende, ya que una pregunta así está mal formulada. Velocidad ¿con respecto a qué? Mi velocidad con respecto al tren será muy diferente a mi velocidad con respecto al exterior. Pues bien, la explicación anterior de los gemelos está explicada desde el punto de vista del gemelo que se queda en la Tierra. Él ve a su hermano moverse a una velocidad considerable con respecto a su sistema de referencia, y por tanto el tiempo transcurre más despacio para su hermano. Pero ¿qué pasa si lo hacemos desde el punto de vista del gemelo viajero? En su sistema de referencia (la nave), sería la Tierra la que se mueve con respecto a él, por lo que sería su hermano (el de la Tierra) el que experimentara la dilatación temporal. Al regresar, el viajero esperaría encontrarse a su hermano más joven que él. Es decir, ambos esperan ver a su otro hermano más joven que él mismo. Y lógicamente, esto no puede ocurrir. O tienen la misma edad, o uno es más joven que el otro, pero no puede ser que ambos sean más jovenes que el otro simultáneamente. Pues bien, eso sí es una paradoja.

Los amantes de las matemáticas y la física pueden ver una explicación más rigurosa en esta página de la Universidad de Hawaii. Los que prefieran algo más vistoso e interactivo, pueden visitar ésta página de ENCIGA, que contiene un applet Java que muestra el viaje (con aceleraciones y deceleraciones incluidas) desde el punto de vista de la Tierra, la nave y el otro planeta (al que han llamado Barataria). Para disfrutar de él, hay que tener instalado el último plugin de Java, y además el API de Java 3D. Es muy interesante ver lo que ocurre desde el punto de vista de la nave: a medida que acelera, el espacio se contrae, y el transcurso del tiempo varía en ambos planetas, pero ¡de forma diferente!

Es algo bastante poco intuitivo, pero es otra de las consecuencias de la Relatividad Especial: la relatividad de la simultaneidad, es decir, dos eventos pueden ser simultáneos para un observador, pero no para otro. Imaginaos que justo a mitad de camino, las televisiones de la Tierra y Barataria emiten simultáneamente un especial sobre el viaje de la nave. Para la tripulación de la nave, esas emisiones no suceden a la vez.

febrero 04, 2008

Las maravillas de las matemáticas: Yo soy el Papa

En cierta ocasión Bertrand Russel (1872-1970) estaba especulando sobre enunciados condicionales del tipo :"Si llueve las calles están mojadas" y afirmaba que de un enunciado falso se puede deducir cualquier cosa. Alguien que le escuchaba le interrumpió con la siguiente pregunta: "Quiere usted decir que si 2 + 2 = 5 entonces usted es el Papa". Russel contestó afirmativamente y procedió a demostrarlo de la siguiente manera: "Si suponemos que 2 + 2 = 5, entonces estará de acuerdo que si restamos 2 de cada lado obtenemos 2 = 3. Invirtiendo la igualdad y restando 1 de cada lado, da 2 = 1. Como el Papa y yo somos dos personas y 2 = 1 entonces el Papa y yo somos uno, luego yo soy el Papa"

enero 25, 2008

Acerca de Pi

Pi es la razón de la circunferencia de un circulo a su diámetro. En distintas culturas, china, egipcia, europea, india, etc., se trató de obtener mejores aproximaciones de Pi por ser de aplicación en campos tan distintos como la astronomía o la construcción. Muchos de los intentos para evaluar Pi en la antigüedad utilizaban el método de calcular el perímetro de polígonos inscritos y circunscritos a circunferencias. Modernamente para evaluar Pi se utiliza una serie infinita convergente. Este método fue utilizado por primera vez en Kerala (India) en el Siglo XV. En 1706, el inglés William Jones fue el primero en utilizar el símbolo griego para denotar la relación entre la circunferencia y su diámetro. Euler en su obra “Introducción al cálculo infinitesimal”, publicada en 1748, le dio el espaldarazo definitivo.

Muchos intentos para determinar Pi con exactitud están relacionados con el clásico problema de la cuadratura del círculo: “construir, utilizando únicamente regla y compás, un cuadrado de área igual a un círculo dado”. Ferdinand Lindemann(1852-1939) demostró que Pi es un número trascendental. Esto significa entre otras cosas que el problema de la cuadratura del círculo no tiene solución. Pese a ello todavía se sigue intentando.

Johan Heinrich Lambert(1728-1777), matemático alemán, probó que Pi es irracional (un número irracional no se puede escribir en forma de fracción racional. Números racionales son : 1, 2 , 3/4, 17/23)

El matemático alemán Ludolph van Ceulen(1540-1610) pidió que, como epitafio, escribiesen en su lápida las 35 cifras del número Pi que había calculado. Los alemanes llaman a Pi el número ludofiano.

William Shanks, matemático inglés, dedicó 20 años de su vida a la obtención de 707 decimales de Pi. En 1945 se descubrió que había cometido un error en el decimal 528 y a partir de este todos los demás eran incorrectos.

En 1949 uno de los primeros ordenadores el ENIAC, trabajando durante 70 horas, determinó Pi con 2037 decimales. En 1959, ordenadores en Francia e Inglaterra calcularon más de 10,000 cifras de Pi. En 1961 Daniell Shanks (sin relación con William Shanks) y Wrench, obtuvieron en 8 hrs. 23 min., 100,265 cifras en un IBM 7090. En 1983, Yoshiaki Tamura y Yasumasa Kanada, en menos de 30 hrs., en un HITAC M-280 H obtuvieron 16,777,206 cifras. En Julio de 1997, Yasumasa Kanada y Daisuke Takahashi obtuvieron 51,539,600,000 cifras, utilizando un HITACHI SR2201 con 1024 procesadores.