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NotaPublicado: Vie May 18, 2018 11:03 am 
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El físico teórico, trabajador en el LHC del CERN, divulgador científico británico y siempre risueño Brian E. Cox, se maravilla al contemplar en directo el experimento más simple de la física. Experimento cuyo resultado predijo Galileo y demostró por primera vez Riccioli en el siglo XVII (Almagestum Novum, 1651).

En vez de hacerlo en una torre italiana o en la superficie lunar, la prueba se realiza para un documental de la BBC en una enorme cámara de vacío de veintidós mil metros cúbicos en la que se consigue una presión de tan solo 7 mPa (alto vacío).

https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs

Un saludo

P. S. Aquí una versión subtitulada en castellano, aunque creo que incompleta: https://www.youtube.com/watch?v=fW-gIIKr410

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NotaPublicado: Vie May 18, 2018 2:52 pm 
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Muy bueno!!! parece increible!


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NotaPublicado: Sab May 19, 2018 10:03 am 
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Más claro imposible. Impresionante además la cámara de vacío. Seguro que no va con bombas de las que puedes comprar en ebay...

Pienso que ese experimento podría probarlo con mi "frasquito de alcaparras" y mi bomba de aire acondicionado...

Imagen


...pero no sería tan espectacular... :)

Un saludo

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NotaPublicado: Sab May 19, 2018 12:58 pm 
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Anilandro escribió:
Impresionante además la cámara de vacío. Seguro que no va con una bomba de aire acondicionado...

con mi "frasquito de alcaparras"...pero no sería tan espectacular...

Efectivamente, la enorme cámara de vacío es casi más impresionante que el propio experimento.
Fue construida hace medio siglo para probar propulsores nucleares. En la sala de control hay mucho personal y muchas pantallas, así que supongo que las pruebas no consisten sólo en ver si revienta alguna junta.

En el documental dicen que las bombas extraen 30 toneladas de aire en tres horas. Esto suponen un caudal medio equivalente de unos dos metros cúbicos por segundo. Caudal equivalente al de unas 700 bombas de frigorista, pero consiguiendo un vacío unas cien veces mejor.

Anilandro escribió:
Más claro imposible.

A algunos nos han repetido tantas veces el hecho físico que se demuestra en este documental, que nos parece evidente.

Pero hasta el s. XVII nadie lo hubiese creído. Durante medio siglo la idea permaneció recluida en algún libro y en la mente de algunos eruditos. Y no fue hasta el s. XVIII, con Newton, que la creencia empezó a popularizarse.

Así que la idea de que las plumas y la bola caen al tiempo sólo tiene tres siglos. Y todavía hoy debe haber mucha gente que no lo sabe o no acaba de creérselo. De ahí la necesidad de documentales como éste.

El video acaba con unas frases un tanto enigmáticas, que apunta a la distinta explicación que dieron Newton y Einstein al mismo fenómeno. La sencilla prueba, al tiempo que espectacular, demuestra la explicación de Newton, es decir, que la velocidad que adquiere un cuerpo debido a la gravitación no depende de su masa.

Pero la explicación de Einstein es más osada, menos intuitiva, pero no menos acertada. Y pienso que también habría sido fácil de documentar. Con la bola y las plumas fosforescentes, apagando las luces y habiendo dejado caer la cámara al mismo tiempo, habría sido imposible distinguir si estaban siendo aceleradas hacia la Tierra. Si, en las imágenes del documental de la BBC, nos parece que caen es porque vemos ascender las paredes y el suelo de la habitación.

En consecuencia, como dice el profesor Cox, Einstein concluyó que la razón por la que la bola y las plumas permanecen juntas es porque no caen, sino que están paradas. No hay ninguna fuerza que actúe sobre ellas. Para Einstein esta fue la idea más feliz que tuvo en toda su vida. Esta idea revolucionaria permite explicar otros fenómenos como las lentes gravitatorias y las, recientemente detectadas, ondas gravitatorias, que no pueden explicarse con la interpretación de Newton.

En conclusión, parece más acertado pensar como nos enseñó Einstein, que las plumas y la bola no están cayendo, que como lo hizo Newton, que las plumas y la bola están siendo igualmente 'succionadas' por la Tierra.

Un saludo

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NotaPublicado: Dom May 20, 2018 11:59 am 
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En mi reconocida falta de formación teórica sobre algunos fenómenos, esta cuestión me parece más un problema de semántica que de física, porque "caer", en su principal acepción, es precisamente el hecho de moverse hacia la Tierra por causa de su atracción gravitatoria. Si este constatable movimiento es por algo que tira desde esta masa o de algo que empuja hacia ella, no sé si ha día de hoy la determinación científica sobrepasa demasiado el grado de conjetura.

Sobre lo que dice el profesor Cox, de que la bola y las plumas en realidad no caen, si no que se mantienen juntas porque están paradas, utiliza este mismo juego semántico que me recuerda la peregrina deducción del estudiante Niels Bohr sobre cómo utilizar un barómetro para averiguar la altura de un edificio, válido como posibilidad pero absurdo como alternativa. Entiendo en la lógica de Cox que si detectamos que ambos elementos caen es porque se mueven en relación a las paredes. Vale. ¿Significa esto que plumas y bola están paradas respecto a un intangible punto del espacio pero son las paredes que se mueven en sentido contrario? Naturalmente que no es así, pero si para mantener la coherencia prescindimos de las paredes, es decir, si ignoramos los puntos de referencia ¿Cómo será posible entonces establecer deducciones mínimamente fiables sobre las variables de un sistema?

Un saludo

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NotaPublicado: Mié May 23, 2018 1:45 pm 
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Anilandro escribió:
...esta cuestión me parece más un problema de semántica que de física, porque "caer", en su principal acepción, es precisamente el hecho de moverse hacia la Tierra por causa de su atracción gravitatoria.

Como dices, el significado que damos a las palabras es muy importante y, por ello, nos debemos poner antes de acuerdo para
entender o debatir sobre cualquier concepto. Sobre todo en un tema como éste en que la exposición sólo puede hacerse de forma precisa con un lenguaje matemático y no con el lenguaje común.

Creo que esta cuestión puede entenderse más fácilmente si la expresamos en otros términos.

Desde Galileo, aceptamos que estar parado sólo es un caso particular de moverse a velocidad constante. Y de la misma forma que no hay forma de establecer de forma absoluta cuál es la velocidad constante a la que se mueve un objeto, porque dicho valor depende del sistema de referencia elegido, tampoco existe forma de establecer si un objeto se mueve a velocidad constante o está parado.

Einstein amplió este principio de relatividad de Galileo (o invarianza galileana), primero con su principio de relatividad especial (o covarianza de Lorentz) y luego con el principio de relatividad general (o principio de covariancia).

Si los objetos cayesen hacia la Tierra con velocidad constante no podríamos distinguir si realmente lo harían por efecto de una atracción gravitatoria o si serían completamente libres, en cuyo caso los podríamos considerar equivalentes a estar parados, de acuerdo con la invarianza galileana. No podríamos hablar de fuerza gravitatoria porque no podríamos detectarla.

Por tanto, 'caer' no debemos asociarlo sólo a un movimiento hacia el centro de la Tierra, sino que debemos asociarlo, sobre todo, a su carácter acelerado. En otras palabras, a ser la consecuencia de una fuerza (a la que llamamos gravitatoria).

La idea de Einstein establece que es imposible distinguir localmente si un sistema está inmerso en un campo gravitatorio o si está sometido a una aceleración. Dicho de otra forma, es imposible distinguir la caída libre de la ingravidez. Hoy en día esta idea no nos resulta extraña pues alguna vez todos hemos podido ver (como en el video con el que he abierto esta conversación) o tener en carne propia esa experiencia de caída libre.

La ingravidez (en ausencia de otras fuerzas) sólo es compatible con el movimiento a velocidad constante. Y este movimiento uniforme es indistinguible de la quietud.

De todo lo anterior, podemos concluir que la caída libre es indistinguible de la ausencia de movimiento.

Parece que no hemos avanzado mucho en nuestro pensamiento, porque a partir de dos ideas fácilmente aceptables, llegamos a una conclusión sólo un poco menos intuitiva. Pero las consecuencias de esta conclusión son impresionantes.

Si dos fenómenos son absolutamente indistinguibles no puede determinarse cuándo estamos ante uno o ante el otro. No puede existir ninguna forma de hacerlo, ni teórica ni experimentalmente. El resultado de describirlo de una forma o de la otra debe ser absolutamente equivalente. En consecuencia, toda observación y todas las ecuaciones que describen lo que le ocurre a un sistema deben ser exactamente las mismas si el fenómeno es descrito de una forma o de la otra equivalente.

La física (teórica y experimental) que describe lo que ocurre al soltar en el vacío la bola y las plumas, debe ser idéntica tanto si se supone que están cayendo libremente en el seno de un campo gravitatorio o si se supone que no tienen movimiento.

A partir de aquí me siento incapaz de continuar la exposición sin introducir complejas ecuaciones matemáticas (que Einstein tardó entre ocho y diez años en desarrollar) pero la interpretación final la conocemos casi todos (aunque no la comprendamos bien):

La fuerza gravitatoria es una 'fuerza ficticia', porque se trata sólo de la sensación que produce el movimiento de dos cuerpos desplazándose uniformemente por un tejido espacio temporal curvo. Curvatura provocada por su sola presencia, ya que la capacidad de un objeto para curvar dicho tejido en el que todo existe y todo se mueve, es lo que siempre hemos conocido como masa.

Esta interpretación de la curvatura del espacio tiempo, ya no resulta evidente porque para llegar a ella se han dado muchos pasos intermedios. Pero matemáticamente estos pasos son intachables, por lo que tiene que ser acertada.

Si el espacio se curva, también debe hacerlo la trayectoria de los rayos luminosos. Y así se demostró experimentalmente en 1919, en una expedición organizada ex profeso durante un eclipse lunar total, en la que se apreció que la luz procedente de estrellas lejanas se desvia al pasar cerca del Sol. Este fenómeno, conocido como 'lente gravitatoria' es ampliamente utilizado en astronomía para calcular posiciones, masas, formas, etc. de los objetos astronómicos.

Anilandro escribió:
...si para mantener la coherencia prescindimos de las paredes, es decir, si ignoramos los puntos de referencia ¿Cómo será posible entonces establecer deducciones mínimamente fiables sobre las variables de un sistema?

En el razonamiento anterior he omitido deliberadamente que el principio de relatividad de Einstein hace referencia a una equivalencia 'local'. ¿Quiere esto decir que valdría para el sistema formado por la bola y las plumas, pero no vale cuando ampliamos el sistema y tenemos también en cuenta las paredes? No. Las paredes pueden considerarse parte de la Tierra y, por tanto parte del sistema en el que la teoría es válida.

¿Dónde está entonces la dificultad? La respuesta está en que no tenemos una imagen para representar cómo se curva el espacio. Las ecuaciones son demasiado complejas para representarlas perfectamente con una imagen simplificada. Normalmente se representar el efecto gravitatorio como el movimiento de una bola en una cama elástica deformada por el peso de una masa mayor. Pero esta analogía no es perfecta porque no transmite el hecho esencial de que la curvatura del espacio-tiempo apenas afecta las dimensiones espaciales, sino que se produce mayoritariamente en la dimensión del tiempo. Todo lo contrario de lo que ocurre en la analogía de la cama elástica.

La curvatura espacial producida por una masa como la Tierra es tan pequeña que en condiciones habituales no la notamos. Pero la curvatura espacio-temporal es suficiente para manifestarse de forma clara como una fuerza gravitatoria capaz de acelerar (en módulo, como en la caída libre de la bola y las plumas; o en dirección como ocurre en el tiro parabólico o la Luna) la trayectoria de un objeto. Esto es porque en el espacio-tiempo en el que nos encontramos, nos movemos mucho más en el tiempo que en el espacio y es la curvatura en la dimensión temporal la que principalmente apreciamos como fuerza gravitatoria.

Un saludo (y perdón por la extensión del escrito).

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NotaPublicado: Jue May 24, 2018 12:19 am 
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Para empezar, Vicente, he de decir que tu escrito no se merece perdón, si no agradecimiento, tanto por la extensión como por el esfuerzo de hacer entendibles temas de un nivel que pese al interés no siempre alcanzo.

Conocía la afirmación de Einstein sobre que los efectos de la aceleración y la gravedad son indistinguibles, y por tanto que las mismas ecuaciones son aplicables en uno y otro caso. También veo a través de tu planeamiento la equivalencia entre el movimiento uniforme y la ausencia de movimiento. Mi comentario tenía que ver con la importancia de los necesarios puntos de referencia, que tomamos como absolutos sin que realmente lo sean, pero que establecen la diferencia entre ambos.

Sin embargo, lo que más me cuesta asimilar es el aceptado efecto de curvatura del espacio-tiempo a causa de la masa, porque la existencia de este substrato siempre me ha parecido un oportuno constructo mental para explicar unos efectos, a modo de lo que fueron los epiciclos y los aferentes de Ptolomeo, o el "éter lumífero" del XIX hasta que el experimento de Michelson-Morley demostró su inexistencia. Mi parecer sobre este tema ya lo expuse en un hilo anterior en que argumentos y contraargumentos, principalmente con Joseluis7696, llegaron a un punto de mutuo agotamiento y que por tanto no voy a repetir ...pero sí me gustaría plantear una reflexión que me intriga.

En física los cambios son debidos a gradientes entre niveles de energía que tienden a igualarse. Al cortocircuitar las placas de un condensador cargado se establece un trasvase de cargas en forma de corriente eléctrica hasta que se igualan en ambos lados, calentando los elementos metálicos implicados con emisión de radiación infrarroja, provocando cambios mecánicos en los propios conductores y, en ciertos casos de relación RCL adecuada, incluso la generación de ondas de radio amortiguadas ...e igual ocurre con los gradientes térmicos, de energía mecánica cinética o potencial, o la nuclear.

...Tenemos entonces que según Einstein una masa causa una deformación del espacio-tiempo, a modo del simplificado símil gráfico de una bola colocada sobre una tela horizontal tensada, que al crear un cierto hundimiento de la superficie, que disminuye con la distancia, atraerá hacia el centro de este cono a otra bola provocando en ambas un movimiento acelerado inversamente proporcional a sus masas. Esta aceleración, el cambio de posición de las masas, su acercamiento y finalmente su choque disipa energía de distintas formas, y su consecuencia debería ser a la fuerza una situación final más estable (con menos gradiente) que la anterior, que por tanto debería implicar menos deformación del substrato espacio-tiempo ...pero si no me equivoco en el razonamiento, se da la incongruencia que la masa concentrada es mayor que antes y por tanto mayor será la deformación del espacio-tiempo... ¿cómo pueden congraciarse ambos estados en una situación que parece tender al desequilibrio aumentando los gradientes?

Saludos

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NotaPublicado: Lun May 28, 2018 7:48 pm 
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Anilandro escribió:
...agradecimiento, tanto por la extensión como por el esfuerzo ...

Me quedó muy largo y algo confuso. Pero no tuve tiempo de mejorarlo.

Anilandro escribió:
...lo que más me cuesta asimilar es el aceptado efecto de curvatura del espacio-tiempo a causa de la masa, porque la existencia de este substrato siempre me ha parecido un oportuno constructo mental para explicar unos efectos, a modo de lo que fueron los epiciclos y los aferentes de Ptolomeo, o el "éter lumífero" del XIX hasta que el experimento de Michelson-Morley demostró su inexistencia.

No te falta razón. Aunque yo diría que se trata de una construcción intelectual para poder explicar unos hechos. Matemáticamente, esta construcción es la más ajustada que tenemos, extraordinariamente precisa. Pero nuestra mente no da para imaginarnos todo lo que matemáticamente se puede escribir y por ello tenemos que hacernos representaciones mentales.

Pongo un ejemplo: si mañana descubro en el parque que existe un animal que absolutamente en todo se parece a una ardilla, pero nacido de un huevo, probablemente diga que he visto una ardilla ovípara, en lugar de cuestionarme la existencia de todas las ardillas. Mientras no tenga más datos y pueda entender cómo ha evolucionado tal especie, la llamaré 'ardilla ovípara' para que todo el mundo entienda que es como una ardilla pero cuya gestación no se realiza completamente en el interior de su madre. Con sólo dos palabras tengo una buena descripción del nuevo bicho a pesar de que muchos pueden creer que ser ardilla y ser ovípara son cosas totalmente incompatibles.

De forma similar, las ecuaciones de la relatividad general nos indican que "manteniendo nuestra idea previa de lo que es el espacio y el tiempo" todo ocurre como si estas coordenadas se curvasen con la presencia de la masa. Es más sencillo cambiar nuestro pensamiento en el sentido de que algo que creíamos siempre recto (el espacio y el tiempo) pueda curvarse, que admitir que ese concepto que teníamos bien asentado, no existe y no tenemos nada mejor con qué reemplazarlo, porque lo único que tenemos que realmente se aproxima a la realidad es una ecuación casi ininteligible.

Es más fácil imaginarnos que el espacio y el tiempo se curvan, que admitir que debemos cuestionarnos todo lo que 'sabemos', porque se basa en dos conceptos, espacio y tiempo, que sólo son construcciones mentales aproximadas.

Un saludo

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NotaPublicado: Lun May 28, 2018 7:55 pm 
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Anilandro escribió:
Esta aceleración, el cambio de posición de las masas, su acercamiento y finalmente su choque disipa energía de distintas formas, y su consecuencia debería ser a la fuerza una situación final más estable (con menos gradiente) que la anterior, que por tanto debería implicar menos deformación del substrato espacio-tiempo ...pero si no me equivoco en el razonamiento, se da la incongruencia que la masa concentrada es mayor que antes y por tanto mayor será la deformación del espacio-tiempo... ¿cómo pueden congraciarse ambos estados en una situación que parece tender al desequilibrio aumentando los gradientes?

No sé si he llegado a entender bien lo que quieres decir, porque lo que planteas lo veo igual tanto en el caso relativista como en el clásico. Tampoco se me ha ocurrido antes pensar en lo que dices, así que no tengo una respuesta clara, pero voy a escribir alguna idea que se me ocurre a bote pronto, por si sirve para encontrar solución a lo que planteas.

El gradiente se refiere a la comparación de una magnitud entre dos puntos espaciales. Dices que los sistemas cambian cuando evolucionan de forma que dicho gradiente disminuye. O sea, que tenemos una diferencia espacial que tiende a desaparecer a medida que aumenta la diferencia temporal.

(No olvidemos que también hay otros tipos de sistemas: los que oscilan y los que no cambian. En los que oscilan, el 'gradiente' disminuye y aumenta alternativamente. Es un tipo de cambio que también nos permite definir el tiempo. Por el contrario, los sistemas estáticos no permiten definir el concepto de tiempo. Un universo estático no es aquél en el que nada cambia con el tiempo, sino en el que el tiempo no existe.)

Al decir que un sistema es más estable en su estado de mínima energía, estamos suponiendo que dicho sistema es abierto, es decir, puede producirse una pérdida de energía, porque en un sistema cerrado, la energía se conserva (lo que puede ocurrir es un cambio de entropía). Asociar la mínima energía del sistema con el mínimo gradiente energético no sé si es siempre correcto. Porque ello supondría que cuando no hay gradiente, esto es, cuando el sistema es homogéneo ya no podría extraerse de él más energía. Y esto no es así, puesto que hay muchos sistemas homogéneos de los que sí puede extraerse energía.

En los ejemplos que citas, no hay un gradiente energético, sino un gradiente en un parámetro (como puede ser la temperatura, la concentración...) o de un 'tipo de energía' (energía potencial, química...).

Cuando un objeto cae a la Tierra, su energía potencial va disminuyendo (el gradiente de potencial disminuye), pero la cinética aumentando (el 'gradiente' de cinética aumenta). Al chocar, parte de la energía total puede perderse transformándose en calor y, quizás disipándose por el resto del Universo. Esto es igual en el caso relativista que en el clásico.

Hoy entendemos que la masa es 'energía empaquetada o concentrada'. Cuando un objeto cae sobre otro y sus masas acaban juntándose, casi toda la energía que antes estaba repartida en dos paquetes se junta en uno solo. Si no hay reacciones químicas de por medio, el resultado es un paquete más grande con más energía. La 'concentración de energía' no tiene por qué aumentar. Por tanto tampoco el gradiente (que hay que definirlo como la diferencia entre la cantidad de algo entre dos puntos cercanos).

El gradiente del que hablas es un concepto macroscópico ya que exige observar al sistema a cierta distancia y considerar muchos puntos, muchas partículas, etc. La disminución del gradiente se explica porque la energía total se distribuye entre todos esos puntos. Por el contrario, cuando dices que al caer un objeto a la Tierra y juntarse sus dos masas el gradiente aumenta, creo que lo estás viendo, como si se tratase de sólo dos partículas.

Entiendo que lo que quieres decir es que al juntarse dos masas, la masa resultante es mayor. Como consecuencia el resultado es que la lona tensa del símil se hunde más. Eso es equivalente a que el objeto resultante produce mayor atracción gravitatoria. Admitiendo que la masa es una forma de energía potencial, parece que la energía se ha concentrado en un punto. Pero se me ocurren tres observaciones:
1- La nueva masa no es un punto, sino un espacio extenso y su entorno un espacio aún mayor. Es compatible un 'mayor hundimiento de la lona' con una curvatura igual o menor que antes, en un entorno mayor. Y es esta curvatura quien da la medida del gradiente.
2- En este caso lo que consideramos que se curva o se estira es el propio espacio. Definimos el gradiente como la variación de una cierta magnitud por unidad de espacio, ¿Qué ocurre al estirar el espacio mismo? ¿Podemos hablar de mayor gradiente del propio espacio?
3- Podemos imaginar el caso límite en el que la deformación del espacio-tiempo podría aumentar sin que apenas lo hiciese la deformación de las componentes espaciales. Esto querría decir que parecería que el gradiente del fenómeno observado es el mismo pero que evoluciona a otro ritmo.

De nuevo me he enrollado y liado en exceso. Pero espero haber dado en la clave, aunque haya sido al tuntún, y que alguna de estas ideas propuestas sirva para aclarar el entuerto que propones. Le daré alguna vuelta más y si se me ocurre algo que crea mejor, amenazo con exponerlo.

Un saludo

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NotaPublicado: Mar Jun 05, 2018 4:13 pm 
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Hoy se me ha ocurrido que el experimento del video podría hacerse aún mucho más espectacular si en lugar de dejar caer una bola y unas plumas sustituyésemos éstas por algo aún más ligero. Por ejemplo, podríamos usar un neutrón y veríamos que la bola y el neutrón caerían exactamente al mismo ritmo.

Pero aún más interesante sería probar con un fotón, que no tiene masa, y también lo veríamos caer exactamente al mismo ritmo que la pesada bola.

El problema de hacer el experimento con un fotón es que éste no puede permanecer quieto y se mueve tan rápido que enseguida se va a otro sitio donde el campo gravitatorio es muy distinto al que actúa sobre la bola. Así que habría que hacer el experimento en muy poco tiempo, para que no le dé tiempo a alejarse.

Dejaríamos caer la bola en el mismo instante que disparamos un haz de fotones horizontalmente. Al cabo de 10 nanosegundos, el fotón se habrá alejado horizontalmente unos 3 m, y habrá caído 5E-16 m, exactamente lo mismo que la bola.

La caída de la bola sobre la Tierra puede explicarse con las leyes de Newton, mientras que la caída del fotón requiere las leyes de Einstein. Por tanto, las de Einstein describen la realidad con mayor precisión y las podemos considerarlas 'mas cercanas a la realidad' o 'más verdaderas', a pesar de que nos resulten menos intuitivas.

Un saludo

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