Determinismo y libre albedrío


La física moderna tiene sus raíces en la física clásica, y en la formulación en matemática diferencial que Newton (padre del cálculo) hubo de desarrollar para establecer las bases de la misma. Cuando se estudia física clásica (el clásico problema del péndulo, el tiro parabólico o la caja que resbala por la cuña) se le enseña al estudiante que el movimiento de un cuerpo puede calcularse de forma exacta sabiendo las fuerzas a las que está siendo sometido. Este razonamiento se desarrolla de sobremanera en los primeros dos cursos de la licenciatura en Física, describiendo el movimiento de sistemas enormemente complejos de forma asombrosamente precisa. De hecho, la física estadística clásica es capaz de describir el movimiento de gases de partículas (es decir, el movimiento conjunto de billones de partículas). Este tratamiento ya no se desarrolla con las ecuaciones de Newton, sino con ecuaciones más complejas (llamadas de Euler-Lagrange); pero que siguen usando el método de Newton.

La potencia del método clásico y su precisión, hicieron que la física se convirtiera en una ciencia determinista; es decir, se creía que podría existir una ecuación absoluta que condensara todas las fuerzas del universo y todas las partículas que están en él. Esta ecuación daría como resultado la historia del universo. Por supuesto, esta ecuación eliminaría de un plumazo nuestra capacidad de decisión, ya que en ella estarían escritos todos nuestros futuros pasos.

No os creáis que estoy desvariando, la física clásica es cierta (los aviones, los satélites...). De hecho, cuando surgió el problema de las ecuaciones de Maxwell y la relatividad, se tomaron como teorías erróneas por la terrible exactitud que nos da la física clásica. Todo esto condujo a filósofos y científicos de la época a creer durante años en la filosofía determinista... y a cuestionarse el libre albedrío (se llenaron muchas páginas con el tema).

Hubo que esperar a la explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico (explicación que le valió un Nobel) para que empezaran a establecerse las bases de la mecánica cuántica. Uno de los pioneros en la mecánica cuántica fueron Erwin Schöedinger y Werner Heisenberg. Este último postuló el llamado "principio de indeterminación", que de hecho es un fenómeno que se deduce desde la base del cuerpo de la mecánica cuántica. Este principio postula la imposibilidad de conocer simultáneamente varios fenómenos de origen cuántico.


El secreto de todo lo anterior reside en que el pensamiento humano está gobernado por procesos electroquímicos de origen cuántico, que son, por naturaleza, aleatorios. Es decir, ¡nuestro pensamiento está gobernado por las leyes de la mecánica cuántica!. El principio de incertidumbre es una verdad universal, una ley física que cumplen todos los cuerpos sin excepción. Es algo de lo que no podemos escapar... y salvaguarda de una forma maravillosa el enigma del libre albedrío, dejando en punto muerto todas aquellas teorías (en su mayoría de base religiosa) que postulan la existencia de un destino manifiesto para cada persona y para el conjunto de la humanidad. Por cierto, Heisenberg fue un científico alemán que luchó (científiamente) del lado del eje durante la segunda guerra mundial... así que no lo idolatréis mucho.

Y así fue como la mecánica cuántica salvó a la humanidad de sí misma.

...y parece que fue ayer...

¿Cuantas ilusiones traje a este mundo al revés?
Que perdiendo una al día
creo que aún me quedan dos o tres...


O nacemos fracasados
o se fracasa después

Arte contra la ignorancia

La foto que aquí os presento la hice hace ya tiempo en una de mis frecuentes visitas a museos con "mi mujer", la he recordado a raíz de un reciente debate sobre la televisión que ha habido en el post anterior a este. Esta figura está expuesta en el museo de arte y arqueológico de Cádiz (es un museo público de entrada gratuita que recomiendo visitar a todo el mundo). Espero que os guste.


Un paso a la esclavitud

Con motivo de la "violenta crisis económica en la que nos vemos inmersos", gobiernos de todos los países han tomado medidas para reducir el gasto público y así contener la deuda que tienen asumida. Empezando por la quiebra económica de Grecia, todos los países de Europa han ido haciendo estos recortes. Grecia, España, Alemania, Portugal, Italia, Francia, Inglaterra... La inmensa mayoría de ellos con una justificación bastante penosa.

La cuestión es que estamos perdiendo derechos sociales a una velocidad pasmosa, una contracción de libertades y derechos tan rápida que sólo es comparable con la instauración de una dictadura totalitaria, a saber:

- Recorte de salario a los funcionarios
- Aumento de la edad de jubilación
- Supresión del cheque-bebé
- Anulación de la construcción de viviendas VPO
- Reducción en la contratación de policías, bomberos, médicos... en más de un 80%!!!!
- Ley de "protección de derechos" en internet
- Reducción drástica del número de investigadores y de los recursos destinados a I+D

La lista seguirá creciendo a cada día que pase, y todos sabemos lo que cuesta recuperar derechos sociales, ningún (admitámoslo) partido político es la solución a este problema. Ningún partido tomará medida contra los causantes de la crisis (los bancos) ni sacará recursos de las capas sociales más altas. No hay alternativas, más que el cambio de sistema económico.

Tan cerca... tan lejos...

Hoy ha llegado la clasificación de las becas para formación de investigadores (becas para formar científicos). A la espera de su ya próxima resolución. Además, compito contra titulados (gente que ya son físicos y, posiblemente, investigadores). Si sólo pudierais imaginar lo que puede cambiar mi vida en función de unas míseras décimas...


Tan cerca..
..tan lejos

Grandes resultados de la Física: La teoría del Big Bang IV

Este será, previsiblemente, el último post sobre modelos de universo; en este apartado trataremos la gravedad cuántica y el modelo de colapsos y expansiones sin fin. Espero que os halla gustado y si queréis conocer más sobre el tema, sólo poned un comentario y profundizaré en los puntos que queráis. Muchas gracias por vuestras visitas.

La teoría de cuerdas no es la única solución a los problemas actuales de la física. Otro enfoque distinto es el de la Gravedad Cuántica de Bucles o LQG por sus siglas en inglés. El problema principal es que tenemos dos teorías que funcionan estupendamente bien cada una en su ámbito de acción, a saber, la mecánica cuántica describe el comportamiento del mundo de los átomos y las partículas y por otro lado tenemos la relatividad general la cual describe el Universo a su más grande escala.

El problema viene cuando tenemos que usar las dos para describir un mismo objeto, por ejemplo, para estudiar los agujeros negros. Dichos objetos son estrellas que han colapsado bajo la fuerza de su propia gravedad hasta convertirse en algo tremenda mente pequeño, más pequeño que las partículas elementales por lo que se necesita la mecánica cuántica para estudiarlo, pero al mismo tiempo su gravedad es tremendamente intensa por lo que necesitamos la relatividad general para estudiarla. Una situación similar se da cuando se pretende estudiar los primeros instantes del Universo tras el Big Bang. Intentar solventar los problemas que surgen al usar ambas teorías juntas es lo que se quiere conseguir mediante la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles.



Al igual que sucede con la teoría de cuerdas, la gravedad cuántica de bucles también puede aplicarse a la cosmología y se obtiene un resultado parecido al propuesto por Gabriele Veneciano basándose en la teoría de cuerdas.

La base de la gravedad cuántica de bucles es que el espacio-tiempo no es continuo, sino discreto, aunque eso si, a escalas tremendamente pequeñas, del orden de la longitud de Planck, es decir unos 1,6161624 10-35 metros, resulta difícil, por no decir imposible, imaginarse una longitud tan pequeña, para captar lo minúscula que es esta longitud, un buen ejercicio puede ser escribirla sin usar la notación científica, con lo que nos queda tal y como sigue 0,0000000000000000000000000000000000161624 metros. Por así decirlo es como si en última instancia existieran “átomos” del espacio-tiempo. Si la gravedad cuántica de bucles hace una descripción acertada de la naturaleza del espacio-tiempo entonces las singularidades no pueden existir ya que existiría un tamaño mínimo el cual no se puede superar.


La aplicación a la cosmología de la gravedad cuántica de bucles permite indagar en los primeros instantes de nuestro Universo, ya que la supuesta singularidad donde todo comenzó no existiría. En cambio, lo que proponen es que todo nuestro Universo procede de un Universo anterior que sufrió un colapso, lo cual sólo puede suceder si la cantidad de masa es la suficiente como para parar la expansión y comenzar una contracción. Toda la masa de ese anterior Universo se iría concentrando en un espacio cada vez más pequeño, hasta que se alcanzara el tamaño mínimo posible en el cual sólo cabría una determinada cantidad de masa, alcanzado ese límite, al no poder concentrar más cantidad de masa, se produciría un “rebote”, es decir, todo el espacio-tiempo comprimido empezaría a expandirse de nuevo formándose nuestro universo durante ese proceso. Este proceso pudo haberse estado repitiendo indefinidamente.

Lo bueno del modelo del rebote es que difiere del modelo lambda-inflacionario con materia oscura fría, que es el que mejor describe nuestro Universo, en lo que a la producción de ondas gravitatorias, en los instantes “iniciales”, se refiere. Las cuales pueden ser detectadas de forma indirecta por la futura misión Planck como ya hemos comentado. Por lo que en principio podremos saber si el modelo es acertado o no.

La imagen que se nos suele presentar de la ciencia en los medios de comunicación, es la de una actividad fría y aburrida. Pero no es cierto, como hemos visto, desde la cosmología se realizan hipótesis sobre la existencia de otros universos, sobre la posibilidad de que el momento del Big Bang simplemente fuera una fase más en un universo que ha estado evolucionando desde siempre, o sobre la posibilidad de que nuestro Universo sea eterno y esté sometido a un periodo cíclico de contracción y expansión. ¿Fría y aburrida? Más bien la ciencia parece ser una empresa que demanda una curiosidad imposible de satisfacer y una imaginación fértil que permita imaginar lo inconcebible. Pero esto no basta, si nos conformáramos con esto tendríamos historias, cuentos y fabulas sobre como puede ser el Universo, para avanzar en nuestro conocimiento se necesita curiosidad e imaginación, sí, pero también escepticismo, conocimientos y unos profundos conocimientos matemáticos. Tenemos que someter a prueba nuestras hipótesis y teorías para saber que hay de cierto en las mismas, y eso es porque la ciencia es ambiciosa, no se conforma con imaginar como es el Universo sino que quiere saber cómo es y por qué es así, desde la más pequeña de las partículas hasta la más recóndita de las galaxias.

Grandes resultados de la Física: La teoría del Big Bang III

En el presente post continuaré destripando el modelo inflacionario y sus implicaciones, además, me gustaría hacer una breve introducción a la famosa teoría de cuerdas... ya que desde que el modelo inflacionario hizo su aparición la idea de que pueden existir otros universos además del nuestro no ha dejado de aparecer en la especulación cosmológica.


Lo cierto es que más que de teoría de cuerdas habría que hablar de hipótesis de cuerdas, ya que dicha “teoría” todavía no ha realizado predicciones que se puedan someter al juicio de los experimentos, aunque como recuerda el físico Brian Greene en sus libros El Universo Elegantey El tejido del Cosmos, la “teoría de cuerdas” si ha realizado postdicciones, es decir, durante el desarrollo de la misma ha dado valores correctos sobre valores que ya conocíamos, como por ejemplo, la carga del electrón.

La idea base de la teoría de cuerdas es que todas las partículas elementales, electrones, quarks, etc., no son puntuales como se piensa actualmente, sino que en realidad serían como unos finas cuerdas extremadamente pequeñas, dichas cuerdas estarían oscilando continuamente, y dependiendo de la frecuencia de dicha oscilación las propiedades de la partícula serían diferentes, dando así lugar a electrones, quarks, etc. La teoría de cuerdas no está exenta de controversia ya que para que este modelo de la realidad funcione necesita que existan como mínimo 11 dimensiones, diez de ellas espaciales y la undécima sería el tiempo. Debido a la complejidad creciente de dicha teoría, que cada vez incluye objetos más exotéricos como las branas, a que hasta el momento no ha realizado predicciones que puedan ser sometidas a experimentos para verificar su validez y que además algunos defensores de dicha teoría argumentan que debe ser cierta porque es matemáticamente bella, ha hecho que algunos físicos como Sheldon Glashow, Lee Smolin y Peter Woit, se muestren muy críticos con dicha teoría, incluso filósofos como Mario Bunge también se han mostrado críticos con la misma (sí, filósofos, macho).

No obstante la teoría de cuerdas se puede aplicar a la cosmología y como resultado ofrece respuestas interesantes y sugerentes.

Gabriele Veneciano, padre de la teoría de cuerdas y su equipo, han propuesto un modelo cosmológico en el cual el denominado Big Bang no sería el principio del universo. Por lo tanto, el tiempo no tendría su inicio en él. Su modelo, basado en la teoría de cuerdas, expone que el Universo ha existido desde siempre. La materia en él estaba muy enrarecida, y con el paso del tiempo dicha materia fue agrupándose poco a poco. En algunos lugares se llegó a acumular tanta materia que se formaron agujeros negros. La materia que caía en su interior quedaba para siempre separada del Universo.

Esto sucedía en todos los agujeros negros; así pues, el Universo primigenio quedaba dividido en fragmentos desconectados de él. Este proceso seguía inexorablemente y la materia continuaba acumulándose, aumentando así su densidad en el interior de dichos agujeros, pero según la teoría de cuerdas existe un límite para la densidad de materia que no puede ser rebasado. Cuando se alcanzó dicho límite la materia rebotó, comenzando así a expandirse. Ese momento sería lo que nosotros hemos denominado Big Bang. Según este modelo, nuestro universo, sería el interior de un agujero negro (ahí es nada).

Los físicos Paul J. Steinhardt y Neil Turok (no es el cazador de dinosaurios, ni mi pj del wow) han propuesto un modelo más extraño aún. Su modelo cosmológico parte de la idea de que nuestro universo es una membrana de varias dimensiones moviéndose a través de un espacio de más dimensiones. Para que la cosa no nos resulte tan extraña y difícil de digerir, reduzcamos el número de las dimensiones. Imaginen que nuestro universo y otros que pudieran existir sólo tienen dos dimensiones, es decir, que fueran planos. Serían como enormes folios moviéndose en el espacio de tres dimensiones, al que tan acostumbrados estamos.

Según este modelo, dos universos membranas (los folios en nuestro caso) se irían acercando, hasta que llegaran a chocar, ese choque sería lo que nosotros conocemos como Big Bang. A partir de ahí los universos membranas se irían separando y evolucionando cada uno por su lado. Pero llegaría un momento en el cual dejarían de alejarse y empezarían a acercarse de nuevo, comenzando así, un nuevo ciclo, el proceso continuaría indefinidamente. Sería indefinido en el tiempo tanto hacia el futuro como hacia el pasado, esto es, nunca hubo un principio.

Lo más interesante de todo esto es que los modelos cosmológicos que defienden estos dos grupos de científicos son falsables. Dicho de otro modo, que podemos comprobarlos. Ambos grupos, basándose en sus modelos cosmológicos, han hecho unas predicciones sobre la frecuencia e intensidad de las ondas gravitatorias que deberían ser detectadas. Las ondas gravitatorias son oscilaciones del espacio-tiempo. Serían algo parecido a las ondas que se desplazan por la superficie de un estanque cuando alguien tira una piedra en él. Si una onda gravitatoria alcanza un cuerpo, éste, al paso de la onda a través suyo, se estirará y se comprimirá.

La teoría predice la existencia de dichas ondas, aunque hasta el día de hoy no se ha detectado ninguna. Situación que puede cambiar con los observatorios como el LIGO y el VIRGO. Estos observatorios, junto con el satélite Planck, podrán, en opinión de Gabriele Veneciano, confirmar o desmentir estos modelos cosmológicos.

Uf, y ya para el próximo post, el último modelo de universo.

Why socialism?


La anarquía económica de la sociedad capitalista tal como existe hoy es, en mi opinión, la verdadera fuente del mal. (...) El capital privado tiende a concentrarse en pocas manos, en parte debido a la competencia entre los capitalistas, y en parte porque el desarrollo tecnológico y el aumento de la división del trabajo animan la formación de unidades de producción más grandes a expensas de las más pequeñas. El resultado de este proceso es una oligarquía del capital privado cuyo enorme poder no se puede controlar con eficacia incluso en una sociedad organizada políticamente de forma democrática. Esto es así porque los miembros de los cuerpos legislativos son seleccionados por los partidos políticos, financiados en gran parte o influidos de otra manera por los capitalistas privados quienes, para todos los propósitos prácticos, separan al electorado de la legislatura. La consecuencia es que los representantes del pueblo de hecho no protegen suficientemente los intereses de los grupos no privilegiados de la población. (...)

Estoy convencido de que hay solamente un camino para eliminar estos graves males, el establecimiento de una economía socialista, acompañado por un sistema educativo orientado hacia metas sociales.

Albert Einstein, Why Socialism?