“La ciencia nos hace seres más críticos y mejor informados y, por tanto, más libres”

Por: Salvador López Arnal

Entrevista a Daniel Farías y Juan Carlos Cuevas sobre Las ideas que cambiaron el mundo.

DANIEL FARÍAS (Buenos Aires, 1965) es físico experimental, formado en la Universidad de Buenos Aires y en la Universidad Libre de Berlín, donde se doctoró en 1996. Desde 2007 es profesor titular en la Universidad Autónoma de Madrid, donde investiga en diversos temas de Física de la Materia Condensada. Ha publicado más de 100 artículos en las revistas científicas más prestigiosas, incluidas Science Nature.

JUAN CARLOS CUEVAS (Medina del Campo, 1970), cursó sus estudios en Ciencias Físicas en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) donde se graduó en 1993 y se doctoró en 1999. Posteriormente, trabajó en el prestigioso Karlsruhe Institute of Technology (Alemania) durante siete años, donde dirigió su propio grupo de investigación. Desde 2007 es profesor titular en la UAM donde continúa su labor investigadora en diversos temas de Física de la Materia Condensada y Nanotecnología, en los que es un referente a nivel mundial. Ha publicado más de 120 artículos en las revistas científicas más prestigiosas, incluidas Science Nature.  

Nos habíamos quedado aquí. Les pido un comentario de texto sobre una frase a veces usada en la cultura popular o en los ámbitos de la filosofía y las ciencias sociales: “Como demostró Einstein, todo es relativo. Por lo tanto, el conocimiento es relativo, la verdad es relativa, la moral también, etc”.  

Es cierto que relatividad a veces se malinterpreta como sinónimo de relativismo y se cita a Einstein para negar la existencia de una verdad objetiva o de valores morales. Esto ya ocurría en los tiempos de Einstein, y llegó a molestarle tanto que sugirió el cambio de nombre de su teoría por el de “teoría de los invariantes”, un nombre poco atractivo que nunca cuajó.

Es completamente falso que la relatividad nos diga que todo es relativo. De hecho, hay muchas cosas absolutas en la teoría de la relatividad. La relatividad nos dice que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, que la velocidad de la luz es la misma para todos o que el concepto de espacio-tiempo también lo es. La relatividad también unificó conceptos como los de masa y energía o como el campo eléctrico y magnético. En definitiva, la relatividad nos habla de un montón de cuestiones absolutas y su verdadero poder reside en la capacidad de unificar conceptos que se creían independientes.

¿Se puede afirmar a día de hoy que la teoría de Einstein ha sido corroborada? ¿Cuáles serían los experimentos más decisivos que han jugado ese papel?  

La teoría de la relatividad es muy amplia y tiene muchas implicaciones, pero podemos afirmar que la mayor parte de sus predicciones han sido comprobadas experimentalmente. Por ejemplo, en el caso de la relatividad especial, esas predicciones son corroboradas a diario en millones de reacciones nucleares y de partículas que tienen lugar en reactores nucleares y aceleradores de partículas de todo el mundo. Con respecto a la relatividad general, la confirmación de las diversas predicciones ha ido llegando con cuenta gotas a lo largo de los últimos 100 años. Entre los experimentos más emblemáticos destacan: la medición de la desviación de la luz por acción de la gravedad (1919), la observación de la expansión del universo por Edwin Hubble (1929), la detección del corrimiento al rojo gravitacional (1960), la confirmación de la acción de la gravedad en la medición del tiempo (1971) o la existencia de ondas gravitacionales (2015).

Les pido casi un imposible: ¿pueden resumir en diez líneas, no más, lo esencial de la mecánica cuántica?  

La principal característica del mundo cuántico es la existencia de valores discretos para las propiedades físicas. Por ejemplo, si pensamos en el modelo planetario del átomo, los niveles de energía para un electrón son discretos, no continuos. Además, la cuántica es una teoría no-determinista, es decir, afirma que el estado actual de un sistema ya no determina el resultado de un evento; solo la probabilidad de que ocurra. Respecto a la nueva visión que nos da de la realidad externa, se puede resumir en estos dos puntos: 1. Las partículas cuánticas poseen propiedades indefinidas o borrosas mientras no se realiza una medición, es decir, adoptan propiedades bien definidas solo cuando son medidas. 2. En el mundo cuántico existe la acción a distancia instantánea, lo que se conoce como “no-localidad”. Esto es consecuencia del entrelazamiento, una propiedad cuántica que no tiene analogía en física clásica.  

Que no sea determinista, ¿implica que debemos abandonar el concepto de causalidad en este ámbito teórico?  

No, no realmente. Causalidad en el contexto de la física significa que los efectos no pueden preceder a las causas. Esto quiere decir, por ejemplo, que una madre no puede nacer antes que su hijo o un lector no puede leer esta entrevista antes de que usted la escriba. La mecánica cuántica sigue respetando la causalidad y, de hecho, toda teoría física seria ha de respetarla.  

¿Por qué es tan difícil comprender la mecánica cuántica? ¿Por qué son tantas sus interpretaciones?  

La principal dificultad se debe a que la cuántica describe el estado de un sistema mediante un objeto matemático conocido como “función de onda”, que contiene toda la información acerca de dicho sistema. Esto representa un cambio conceptual enorme: mientras que la física clásica describe un sistema especificando directamente las posiciones y velocidades de sus componentes, la cuántica los reemplaza por un objeto matemático complejo, proporcionando una descripción indirecta del sistema. Ahora bien, la función de onda no se puede medir en un experimento. Desde un punto de vista formal, esto supone una gran diferencia entre la física clásica y la mecánica cuántica, y es en gran medida una de las principales causas del carácter no intuitivo de esta última.

En cuanto a las interpretaciones, su origen está en el llamado “problema de la medición”. El formalismo cuántico nos dice que un sistema se encuentra en una superposición de estados (los resultados posibles de un experimento) hasta que se realiza el proceso de medición, mediante el cual el sistema adoptará uno de los estados posibles. Al medir, en cierta forma se “obliga” al sistema a definir instantáneamente su estado. Cómo ocurre esto es el principal problema conceptual de la mecánica cuántica. Este problema se ve claramente en la paradoja del gato de Schrödinger. La cuántica divide al mundo entre objetos microscópicos (con propiedades indefinidas) y macroscópicos (con propiedades bien definidas), aunque no aclara en qué punto se encuentra la división.

En un determinado momento citan ustedes a Borges, ¿qué tiene que ver el poeta argentino con la teoría de Heisenberg y Schrödinger?  

En la llamada “interpretación de los muchos mundos” de la cuántica, propuesta por Everett en 1957, se postula la existencia de varios mundos paralelos para librarse del problema de la medición. En cada uno de estos universos paralelos, habría diferentes “yo”, cada uno de los cuales será consciente de un solo resultado. Avisamos de paso que la mayoría de físicos no se toma en serio esta interpretación, que entre otras cosas no es falsable (en el sentido de Popper), o sea, no es científica. La idea de una continua bifurcación en el tiempo de la realidad es el tema central de un célebre cuento de Borges, “El jardín de senderos que se bifurcan”, publicado muchos años antes de que Everett formulara su interpretación. ¡Parece que algunos físicos no leen a Borges!

 Niels Bohr

Me voy un poco de tema. ¿Colaboró Heisenberg con los nazis en su opinión? ¿Por convencimiento? ¿No le quedó otra?  

El papel de Heisenberg en el proyecto nuclear alemán sigue siendo tema de debate entre los especialistas. Lo cierto es que permaneció durante la segunda guerra mundial en Alemania, donde estuvo a cargo de dicho proyecto, algo que es muy poco conocido incluso entre los físicos profesionales. Es difícil entender los motivos que pudieron llevar a Heisenberg a trabajar en este proyecto. Si bien nunca fue miembro del partido nazi, Heisenberg trabajó durante años a las órdenes del Tercer Reich sin oponerse nunca a nada. Creemos que Heisenberg representa un muy buen ejemplo de cómo no hay que comportarse en circunstancias similares. En este sentido, quizás su caso pueda servir para replantear la manera en que formamos a nuestros estudiantes de física.

¿Se les forma mal? ¿Cómo debería formárseles en ese caso?  

Los estudiantes de ciencias no reciben ningún tipo de formación ética en la universidad y cada vez menos en la educación secundaria. Esto es un grave error ya que, como hemos dicho antes, la ciencia encierra un gran poder, también para hacer el mal. El caso Heisenberg, por ejemplo, no se menciona en ningún libro de texto de mecánica cuántica; aunque sus motivos pueden ser tema de debate, hay hechos concretos que están fuera de toda duda. Ya hemos mencionado alguno de los retos futuros a los que se van a tener que enfrentar las nuevas generaciones de científicos. Por esta razón, debemos anticiparnos y asegurarnos de que tienen la formación necesaria para abordar esos retos y tomar las decisiones correctas ante tales desafíos. En definitiva, la ética debe ser una parte integral de la formación de cualquier ciudadano, y los científicos no pueden ni deben ser una excepción.

 

¿Pueden enunciar, de manera asequible, el principio de incertidumbre? ¿Da pie al subjetivismo filosófico?  

El principio de incertidumbre establece el hecho de que es imposible medir con total precisión y de forma simultánea algunas propiedades de un objeto como su posición y su velocidad. En otras palabras, nos dice que no importa la precisión de nuestros instrumentos, hay cosas que no se pueden medir de forma exacta. Esto implica que la naturaleza es un tanto difusa y no podemos acceder a toda la información que nos gustaría. Sin embargo, es importante recalcar que los límites que establece este principio no son muy restrictivos y sólo son importantes en el mundo microscópico. Además, nada impide medir propiedades individuales con toda la precisión del mundo. Así pues, en nuestra opinión, el principio de incertidumbre no da pie en absoluto al subjetivismo filosófico.

Quizá el aspecto de la mecánica cuántica que esté más relacionado con el subjetivismo es el acto de medición. Según la interpretación más extendida de la cuántica, la realidad sólo se crea cuando se realiza una medición, lo cual parece conferir al observador un papel fundamental que podría asociarse con el subjetivismo. Sin embargo, la cuántica no dice en ningún momento que el resultado de una medida dependa de alguna cualidad o propiedad del observador. De hecho, conviene recordar que hoy en día las mediciones en nuestros experimentos son realizadas típicamente de forma automatizada sin la intervención de un ser humano, lo cual excluye cualquier interpretación subjetiva. La realidad sigue siendo tan “real” como antes, solo que ahora sabemos que sus propiedades (la velocidad de un electrón, por ejemplo) no están bien definidas hasta que no se las mide.

¿Demuestra o fundamenta ese principio la noción o aspiración de libertad humana?  

Bueno, para ser precisos no es tanto el principio de incertidumbre, sino el hecho de que sólo seamos capaces de predecir probabilidades lo que está más relacionado con la noción de libertad y libre albedrío.

De acuerdo, de acuerdo, gracias por la corrección.  

Es obvio que en el mundo determinista de la física anterior a la mecánica cuántica, el libre albedrío no tenía cabida, todo “estaba escrito”. En ese sentido, mucha gente ha querido ver en la mecánica cuántica y su aleatoriedad intrínseca una posibilidad para rescatar el libre albedrío. Pero que algo sea aleatorio no implica necesariamente libertad. Lo cierto es que se sabe muy poco, por no decir nada, sobre cómo podría estar conectada la aleatoriedad cuántica con la conciencia y luego, con la libertad. Este es sin duda un tema fascinante en el que esperamos que se pueda avanzar en este siglo.

¿De qué hablarían Heisenberg y Bohr en su encuentro en Copenhague?  

Este encuentro es el tema central de la obra de teatro “Copenhague”, de Michael Frayn, publicada en 1998, donde el autor dramatiza el encuentro y plantea una hipotética discusión entre ambos. Pero hay que decir que, en realidad, no se sabe demasiado de qué hablaron, solo que Bohr salió muy impresionado del encuentro. Parece obvio que hablaron de la posibilidad de fabricar una bomba atómica, y fue probablemente este episodio el que hizo decidirse a Bohr a colaborar con el proyecto nuclear aliado.

En el último capítulo de su libro dedican muchas páginas al láser. ¿Por qué es tan importante?  

Por sus innumerables aplicaciones, que van desde la medicina (cirugía, corrección de miopía) y la industria (cortar o soldar materiales) a las comunicaciones, donde el láser es esencial para enviar información usando fibras ópticas. Estas aplicaciones son el resultado de décadas de investigación, con once premios Nobel concedidos por trabajos en los que el láser desempeña un papel esencial. Por dar algunos ejemplos, la espectroscopía láser ha permitido medir periodos de tiempo con mayor precisión que la de los relojes atómicos, algo equivalente a un segundo en la edad del universo. Otro resultado notable es el desarrollo del microscopio STED, que permitió superar el llamado “límite de difracción” de los microscopios ópticos, algo que se suponía imposible hasta hace muy poco. Hoy en día, el 80% de los estudios en células vivas que se realizan en el mundo emplean un microscopio STED.

De las interpretaciones de la mecánica cuántica, ¿cuál les convence más a ustedes?  

Como casi todos los físicos que emplean la cuántica a diario en el laboratorio, la llamada interpretación de Copenhague es la que adoptamos de forma natural. Esta es la interpretación más pragmática de la cuántica, debida sobre todo a Bohr, la gran autoridad sobre el tema desde el nacimiento de esta teoría. Como le gusta decir a Bunge, “los físicos de la época hablaban del espíritu de Copenhague como los cristianos del Espíritu Santo.”  

¿Pueden hacer un resumen de esa interpretación?  

La cuántica predice probabilidades, lo que implica que el mismo experimento puede dar resultados diferentes cada vez (si lo repito muchas veces, las probabilidades medidas son las que predice la cuántica). Si uno pregunta, como hacía Einstein, ¿qué hace que el mismo experimento dé diferente cada vez? La interpretación de Copenhague responde: no puede saberse. Esta interpretación asume que toda la información de un sistema está contenida en su función de onda, no podemos decir nada más. Al medir, se obliga al sistema a adoptar uno de los posibles valores, sin más explicaciones. Como consecuencia, el determinismo tal y como se entendía clásicamente ya no puede considerarse una propiedad del mundo microscópico, ya que los eventos individuales son objetivamente aleatoriosSu pragmatismo queda claro en algunas afirmaciones célebres de defensores de esta interpretación, como Heisenberg (“La transición de lo posible a lo real ocurre en el acto de observación”) o Jordan (“La medición no solo perturba lo que se mide, lo produce”).

Charles Townes, inventor del láser

La pregunta es casi innecesario después de lo dicho pero debo hacerla. ¿Por qué están tan interesados los filósofos de la ciencia por la mecánica cuántica, acaso más que por cualquier otra teoría? Pienso en Bunge o en Popper por ejemplo.  

La cuántica es la primera teoría donde, además de las ecuaciones, aparece el concepto de interpretación. Esto la hace muy atractiva para los filósofos. Einstein y Bohr pusieron de moda los “experimentos pensados”, que son esencialmente preguntas filosóficas sobre la realidad. Por ejemplo, la cuántica nos dice que las propiedades de los objetos están “objetivamente indefinidas” (son borrosas) hasta que se las mide, momento en que toman un valor definido. Einstein opinaba que esto no podía ser, que las propiedades están siempre bien definidas, incluso antes de medir. Esto es un debate puramente filosófico que, sorprendentemente, pudo dirimirse con un experimento, realizado por Alain Aspect en París en 1982. Hoy sabemos que Einstein estaba equivocado, y que las propiedades a nivel microscópico son “borrosas” hasta que se las mide.

¿Llegó Einstein a aceptar los resultados de la mecánica cuántica?  

Einstein aceptó los éxitos de la mecánica cuántica, cuya capacidad para predecir los resultados experimentales es indiscutible, pero siempre se negó a creer que era una teoría completa. Murió convencido de que algún día la cuántica sería reemplazada por otra teoría que se adaptara mejor a su visión de la naturaleza. Había varias cosas que le desagradaban de la mecánica cuántica. Una de ellas era la interpretación probabilística, es decir, el hecho de que sólo podemos predecir la probabilidad de que algo ocurra. A Einstein le costaba aceptar este abandono del determinismo como resumió en su célebre frase: “Dios no juega a los dados”. Pero quizá lo que mayor rechazo le producía a Einstein es la nueva concepción de la realidad que surge de la cuántica.

¿Y por qué ese rechazo a la nueva concepción cuántica de la realidad? ¿No son ustedes einsteinianos en este punto?  

Einstein era un firme defensor de la existencia de una realidad objetiva, con propiedades bien definidas, independiente del acto de medición, algo que niega la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Esa era la principal razón de su rechazo. Nosotros somos pragmáticos y no podemos obviar todas las evidencias experimentales que apuntan claramente a que la visión correcta es la de la mecánica cuántica y no la de Einstein. La visión einsteiniana es seguramente más hermosa y más fácil de reconciliar con nuestra experiencia cotidiana, pero resulta que a la Naturaleza no le importan nada nuestros prejuicios o preferencias.

¿Qué se quiere decir cuando se afirma que no existe aún una relatividad cuántica? ¿Por qué es tan importante que la haya?  

La relatividad general es capaz de describir la mayor parte de los fenómenos que involucran la gravedad, mientras que la cuántica describe correctamente la mayor parte de los efectos relacionados con las otras tres fuerzas fundamentales en la naturaleza (electromagnética y nuclear fuerte y débil). Sin embargo, hay fenómenos donde las cuatro fuerzas pueden jugar un papel importante y es entonces cuando se requeriría una teoría que unificara la relatividad y la cuántica. A pesar de intentos prometedores como los de la llamada gravedad cuántica o de la teoría de cuerdas, aún nadie ha sido capaz de desarrollar esa teoría del todo que describiría cualquier fenómeno físico. Dicha teoría sería importante para comprender fenómenos extremos como el Big Bang, el acto de creación del universo, o el interior de los agujeros negros. Estas son situaciones un tanto exóticas, pero de gran interés fundamental porque en ellas las leyes físicas actuales dejan de ser válidas.

¿Cuál es la relación entre ciencia y verdad desde su punto de vista de científicos e investigadores?  

La ciencia asume que existe una verdad objetiva y que puede conocerse. Contrariamente a lo que proponen los posmodernistas, los hechos existen, y afortunadamente la verdad objetiva es accesible mediante observación de la realidad (experimentos). En una época como ésta, donde somos bombardeados a diario con “fake news” y mucha gente no sabe distinguir un argumento de un hecho o una opinión, conviene destacar una vez más este punto tan elemental que ciertos irracionalistas modernos nos quieren hacer olvidar: ¡los hechos existen!

¿Quieren añadir algo más?  

Nos gustaría animar a la gente a leer más divulgación científica y, en general, a acercarse al mundo de la ciencia. La ciencia es obviamente una parte esencial de nuestra cultura y no se puede aspirar a comprender el mundo en el que vivimos sin conocer la visión que nos da la ciencia moderna. Además, creemos sinceramente que la ciencia nos hace seres más críticos y mejor informados y, por tanto, más libres. Por último, esperamos que libros como el nuestro ayuden a la gente a entender mejor la conexión íntima que existe entre la ciencia básica y el mundo también fascinante de las aplicaciones tecnológicas, por no mencionar las obvias implicaciones económicas. Como dice Hiroshi Amano (Nobel de Física en 2014 por la invención del LED azul): “hacemos física para mejorar la vida de la gente.”

Fuente: http://www.rebelion.org/noticia.php?id=255619&titular=%93la-ciencia-nos-hace-seres-m%E1s-cr%EDticos-y-mejor-informados-y-por-tanto-m%E1s-libres%94-

 

 

 

 

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Las ideas que cambiaron el mundo

Por: Juan Carlos Cuevas y Danie Farías/Rebelión

Las ideas que cambiaron el mundo es un atractivo ensayo que presenta una introducción amena y dirigida a todos los públicos a la teoría de relatividad, la mecánica cuántica y a la revolución tecnológica que provocaron. Una buena lectura para el 2019.

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN

¿Cómo recordará la historia al siglo XX? Si una civilización alienígena viniera a la Tierra dentro de 30 siglos y repasara la historia de la humanidad para entender nuestras costumbres, ¿qué le llamaría la atención acerca del siglo pasado? No es fácil contestar a esta pregunta, especialmente cuando para nosotros el siglo XX es el siglo en el que crecimos. A bote pronto, uno diría que los hechos más destacables fueron las guerras mundiales, el holocausto, la guerra fría, las dictaduras latinoamericanas y otros conflictos internacionales. Ciertamente da la impresión de que el siglo XX fue muy sangriento, aunque en términos relativos no lo fue mucho más que otras épocas. El periodo de la Grecia Clásica fue también muy violento, pero lo recordamos sobre todo por el nacimiento de la filosofía, la literatura o el teatro. La época del Imperio Romano vivió numerosas guerras, pero la recordamos por el nacimiento del derecho moderno, la ingeniería civil o el latín. El Renacimiento tampoco fue un camino de rosas, pero es recordado en especial por el renacer de las artes (pintura, arquitectura, escultura, literatura, etc.).

Nosotros creemos que el siglo XX será recordado como el siglo de la ciencia, el siglo en que la ciencia avanzó más que en todo el resto de la historia de la humanidad y en el que se asentó como un pilar básico de nuestras sociedades. En general, todas las ciencias vivieron una edad de oro en el siglo pasado. La biología siempre recordará el siglo XX como aquel en el que se descubrió el ADN, la molécula de la vida, y en el que nació la ciencia de la genética. La geología jamás olvidará que la teoría de la tectónica de placas, que explica la estructura de la superficie de la Tierra, surgió en el siglo XX, en el que además se determinó por fin con precisión la edad de la Tierra. Pero creemos que es justo decir que el siglo XX fue el siglo de la física. Obviamente, como físicos profesionales, no podemos ser del todo objetivos, pero creemos que ninguna otra ciencia experimentó la revolución que sufrió la física en el siglo XX. Para sustanciar esta opinión, baste con recordar que antes del siglo XX no sabíamos nada sobre la estructura de la materia y, en particular, no sabíamos con certeza que los átomos existían y que éstos a su vez están hechos de partículas elementales, no sabíamos nada del poder enorme que guardan estos átomos en su interior (para hacer el bien y el mal), no sabíamos cómo funcionaba el Sol ni el resto de las estrellas del firmamento, no sabíamos si nuestra galaxia era la única que existía, o si había más, no sabíamos si el Universo había tenido un comienzo o cuál era su estructura global y tampoco sabíamos que se podían crear materiales artificiales que serían la base de nuestro actual sistema de comunicaciones y de generación de información y conocimiento. El siglo XX fue el siglo de la física no solo porque cambió nuestra visión del mundo, sino porque también cambió la vida de la gente en este planeta para siempre.

Nada hacía presagiar a finales del siglo XIX que la física jugaría un papel tan importante en el final del milenio pasado. La física era una ciencia ciertamente respetada y nombres como los de Galileo Galilei e Isaac Newton siempre estarán en el Olimpo de la ciencia y de la historia del pensamiento. El siglo XIX vivió la consolidación de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa del intercambio de energía entre los cuerpos y que jugó un papel importante en las revoluciones industriales de la época. Ese siglo también fue testigo del nacimiento del electromagnetismo, la parte de la física que se encarga del estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos y que florecería a comienzos del siglo XX para convertirse en una pieza fundamental de toda la tecnología moderna. Sin embargo, a finales del XIX sólo había un puñado de físicos profesionales dispersos por algunos de los países más desarrollados de la época (fundamentalmente en Europa) y la física mostraba algunos síntomas de agotamiento y de falta de horizontes. Así, por ejemplo, el físico estadounidense de origen alemán Albert Michelson, autor de uno de los experimentos más importantes de la historia de la física y que aparecerá en el siguiente capítulo, predijo en 1894 que el fin de la física estaba cercano ya que todos los fundamentos básicos habían sido establecidos. Por su parte, cuando Max Planck, físico alemán y uno de los padres de la física cuántica, terminó sus estudios de educación secundaria allá por la década de 1870, su profesor de física le recomendó que no se dedicara a la física porque era una ciencia sin ningún futuro en la que casi todo estaba ya descubierto. Es probable que pocas veces en la historia alguien haya estado más equivocado. Efectivamente, en los últimos 15 años del siglo XIX se descubrieron las ondas electromagnéticas, el efecto fotoeléctrico, la radiactividad, los rayos X y la primera partícula elemental, el electrón. Estos descubrimientos y algunos otros a comienzos del siglo XX darían paso a dos de las revoluciones más importantes de la historia del pensamiento humano, las revoluciones protagonizadas por la teoría de la relatividad y por la mecánica cuántica.

La teoría de la relatividad y la mecánica cuántica son los dos pilares fundamentales sobre los que descansa la física moderna. Estas dos grandes teorías, que surgieron en las tres primeras décadas del siglo XX, comparten algunas cosas, pero también se diferencian notablemente en otras. Por un lado, ambas teorías son tremendamente radicales y rompieron en su momento con principios establecidos hacía siglos y que se creían intocables. Ambas teorías cambiaron, de una forma u otra, nuestra visión del mundo y nuestra percepción de la realidad. Ambas teorías son tremendamente exitosas y superan a diario innumerables pruebas experimentales y son la base de muchas ramas de la física, pero también del desarrollo de incontables aplicaciones prácticas, en especial la mecánica cuántica. También ambas teorías comparten el aura de ser un tanto misteriosas e inaccesibles pa­ra el gran público, una visión con la que no estamos de acuerdo y que esperamos ayudar a cambiar con este libro.

Por otra parte, ambas teorías tienen diferencias básicas. La primera está en su génesis. Mientras que la relatividad fue principalmente el producto de un solo hombre, Albert Einstein, el prototipo de genio, la mecánica cuántica surgió del esfuerzo colectivo de un grupo de físicos, todos ellos brillantes, que se complementaron mutuamente. Otra diferencia en su génesis es que, mientras que el desarrollo de la mecánica cuántica fue motivado por la dificultad de explicar numerosos experimentos, esto no ocurrió con la teoría de la relatividad, donde la motivación obedeció esencialmente al deseo de Einstein de construir una teoría armoniosa que unificara o generalizara conceptos ya conocidos. En este sentido, aunque la relatividad es para mucha gente el arquetipo de teoría física, esta teoría es, en realidad, una excepción, una anomalía dentro de la física moderna.

Otra diferencia entre estas dos teorías es que, a pesar de su radicalidad y originalidad, la teoría de la relatividad aún se asienta sobre conceptos clásicos como el determinismo o el realismo, conceptos que abordaremos a su debido tiempo en este libro. En este sentido, la mecánica cuántica es, si cabe, aún más radical y acaba con el concepto de determinismo y proporciona una nueva visión de lo que entendemos por realidad. Estas diferencias son profundas y, en buena medida, son el motivo por el cual estas dos teorías aún existen por separado y no ha sido posible hasta el momento unificarlas en una sola teoría que explique todos los fenómenos de la naturaleza.

El objetivo de este libro es ayudar en la tarea de acercar las ideas básicas de la relatividad y de la mecánica cuántica al gran público. Estas teorías son la base de nuestra visión moderna del mundo y proporcionan las mejores respuestas que tenemos hasta el momento a algunas de las preguntas más básicas que la humanidad se ha formulado desde siempre. En este sentido, cree­mos que estas teorías deberían formar parte del bagaje intelectual de cualquier persona culta o simplemente curiosa.

Contrariamente a lo que se piensa habitualmente, las ideas fundamentales de estas dos grandes teorías son relativamente accesibles y, sobre todo, nos hablan de infinidad de cosas que suceden a nuestro alrededor y, por tanto, son de indudable interés. Como veremos en este libro, la relatividad y la mecánica cuántica permitieron finalmente dar respuesta a cuestiones muy profundas como la naturaleza del espacio y el tiempo, los constituyentes últimos de la materia, cómo funcionan los astros del cielo o cómo surgió el Universo. Pero también dieron respuesta a preguntas milenarias como por qué un metal conduce la electricidad y la madera no, por qué el vidrio es transparente, por qué el diamante es tan duro, y abrieron la puerta al diseño inteligente de materiales y dispositivos con los que ni siquiera éramos capaces de soñar.

La conexión entre ciencia básica y una ciencia más aplicada es algo que no está muy presente en los libros de divulgación y es, en nuestra humilde opinión, un error. Lo que hace especial a la física moderna, frente por ejemplo a la física de Newton en el siglo XVII, es su poder transformador de la vida cotidiana de la gente. Desgraciadamente, esta idea no es tan conocida por el gran público y, obviamente, solo puede ser culpa nuestra, de los profesionales de la física. Cada año en nuestra universidad organizamos visitas de institutos de educación secundaria para mostrarles la investigación que hacemos en nuestros departamentos y explicarles así en qué consiste el trabajo de un físico. En dichas visitas solemos hacer a los estudiantes la siguiente pregunta: ¿conocéis alguna aplicación de la mecánica cuántica? Este libro surge en parte del estupor que nos causa ver cómo, año tras año, ningún estudiante puede darnos ni siquiera un ejemplo, algo que, insistimos, no es culpa suya. Es entonces cuando les pedi­mos que saquen sus teléfonos móviles y se sorprenden cuando aprenden que llevan en su bolsillo un prodigio de tecnología cuántica que, entre otras cosas, implementa varias ideas que en su día merecieron cada una de ellas el premio Nobel de Física. Los estudiantes se sorprenden aún más cuando les contamos que se estima que aproximadamente el 30% del PIB (producto interior bruto) de Estados Unidos es consecuencia directa de aplicacio­nes de la mecánica cuántica (más sobre todo esto en el ca­­pítulo 5). ¿Cómo es posible que todo esto no sea de dominio público? En fin, por nuestra parte no va a quedar y, al menos, esperamos que este libro ayude a que en los próximos años algún estudiante sea capaz de contestar sin vacilaciones a nuestra pregunta.

Las historias de la relatividad y de la mecánica cuántica son historias que aún se siguen escribiendo y que no dejan de fascinarnos. Es realmente notable cómo el simple deseo por mejorar nuestra compresión del mundo llevó al desarrollo de estos dos monumentos del pensamiento moderno, y cómo esa curiosidad fue el germen que dio lugar a, quizás, la mayor revolución del siglo XX. Esta historia es, sin duda, un excelente ejemplo de lo que podríamos llamar la curiosidad como fuente de riqueza, un tema central en este libro.

Digamos, a título personal, que son varios los motivos que nos han llevado a escribir este libro. En primer lugar, está el deseo de compartir el placer de aprender y descubrir. Realmente daríamos lo que fuera por estar en la posición de un lector que se acerca a la teoría de la relatividad y a la mecánica cuántica por primera vez. En segundo lugar, nos mueve el deseo de contribuir a diseminar la visión moderna del mundo que nos ofrece la física actual. Esperamos que con este libro su mundo sea un poco menos misterioso, pero también un poco más fascinante. Tercero, está el anhelo de transmitir nuestra pasión por la investigación fundamental y de explicar su estrecha conexión con el mundo, no menos fascinante, de la tecnología y las aplicaciones que mejoran nuestra vida cotidiana.

Finalmente, esperamos que este libro contribuya a acabar con el mito de que estos temas no están al alcance de todos. Del mismo modo que es posible disfrutar de la música clásica sin ser capaz de leer una partitura, creemos que es posible entender las ideas fundamentales de la física sin estudiar matemáticas avanzadas.

¿Qué va encontrar en este libro? Va a encontrar una introducción amena, sin tecnicismos, pero con mucho rigor, a los dos grandes pilares de la física moderna: la teoría de relatividad y la mecánica cuántica, y a algunas de sus aplicaciones. Después de leer este libro sabrá que el tiempo se puede dilatar, que las longitudes se pueden contraer, cómo puede permanecer más joven viajando cerca de la velocidad de la luz, cómo se puede convertir masa en pura energía, por qué brilla una estrella, por qué el tiempo que marca un reloj depende de la altura a la que se encuentra, qué tiene que ver el GPS con la relatividad, qué se siente al caer en un agujero negro, qué es un agujero de gusano, si se puede viajar en el tiempo, por qué es tan importante que se hayan detectado hace poco ondas gravitacionales, cuál es el origen del Universo y qué es la energía oscura. Por otro lado, la lectura de este libro le permitirá entender qué es el entrelazamiento cuántico, qué es el efecto túnel, qué es el principio de incertidumbre, cómo es posible que algo esté en dos sitios a la vez, por qué se dice que la mecánica cuántica no es determinista, qué quiere decir que la cuántica sea una teoría no-local, por qué el transistor es el invento del siglo y cómo funciona, cómo la cuántica condujo al invento del láser y del LED, cómo se pueden ver los átomos, cómo los Laboratorios Bell se convirtieron en la mejor factoría de ideas que ha existido jamás, cuántos premios Nobel lleva en su bolsillo, por qué los materiales tienen las propiedades que tienen o qué es un superconductor y para qué sirve.

¿Qué tiene de especial este libro? Obviamente, es difícil decir a estas alturas algo completamente nuevo sobre la relatividad y la cuántica y hay que decir que ya existe una amplia literatura al respecto, sobre todo en otros idiomas como inglés y alemán. Sin embargo, la mayor parte de los libros de divulgación adoptan, en nuestra opinión, una actitud condescendiente con el lector y renuncian a tratar de explicar las ideas básicas de estas teorías para centrarse en aspectos más bien anecdóticos. Esto suele dejar al lector con la sensación de que, efectivamente, estas teorías no son muy accesibles. Este libro tiene por objeto que el lector comprenda realmente los fundamentos lógicos de la relatividad y de la cuántica y no renuncia a explicar sus consecuencias básicas, en lugar de meramente describirlas. Además, este libro está escrito desde la experiencia de dos físicos que usan y ponen a prueba esas teorías a diario en su trabajo de investigación y que llevan años enseñando estas materias. Así pues, los argumentos, ejemplos y analogías que encontrará aquí son el fruto de muchos años de reflexión y de experiencia en el uso y enseñanza de la relatividad y de la mecánica cuántica. Por otra parte, la selección de temas es relativamente original y así, por ejemplo, presentaremos una introducción a la física del estado sólido, una rama quizá no tan conocida y que suele estar ausente en la mayor parte de los libros de divulgación, pero que en realidad fue y sigue siendo la gran protagonista de la revolución cuántica.

¿A quién va dirigido este libro? Va dirigido a todos aquellos curiosos sin formación científica que deseen conocer cuál es la visión moderna del mundo que nos ofrecen la relatividad y la mecánica cuántica. Va dirigido a estudiantes de secundaria o de carreras de humanidades que deseen acercarse por primera vez a estas dos grandes teorías de la ciencia de una forma amena y accesible. Va dirigido a aquellos que piensan que la relatividad nos dice que todo es relativo, a aquellos que creen que la cuántica solo nos habla de gatos que pueden estar vivos y muertos a la vez, y a quienes piensan que la relatividad y la cuántica no tienen ninguna aplicación práctica.
El director de cine Steven Spielberg dijo en una entrevista que, como espectador, si en una película no ocurría nada en los cinco primeros minutos, él abandonaba el cine. Nuestros cinco minutos de gracia están tocando a su fin, así que va siendo hora de que comience la acción. Y recuerde, si hay algo que no entiende, la culpa es enteramente nuestra.

Capítulo introductorio del libro de Daniel Farías y Juan Carlos Cuevas Las ideas que cambiaron el mundoRelatividad, mecánica cuántica y la revolución tecnológica del siglo XX. Montesinos, Vilassar de Mar (Barcelona), 2018.

Fuente: https://www.elviejotopo.com/topoexpress/las-ideas-que-cambiaron-el-mundo/

Fuente: https://www.rebelion.org/noticia.php?id=250829

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