Diversidad de ideas

Me gusta escribir sin tener un objetivo predeterminado y hacer un vuelo rasante sobre la física para escribir todo lo que estoy viendo (lo que sin llamarlo, acude a mi Mente en cada instante). Es un buen ejercicio de repaso de cosas diversas que recuerdas. Por ejemplo, ahora mismo me llega la idea de que, desde la más remota antigüedad nos viene fascinando los fenómenos ópticos. De hecho, los estudios encaminados a desvelar la naturaleza de la luz han sido uno de los motores más fructíferos de la física. A ello se dedica la óptica, hoy día una de las áreas más activas de la física.

Buena prueba de ello es la rápida sucesión de Premios Nobel en ese campo en años recientes: 1.997, 2.001 y 2.005. La mitad del último premio fue a manos de Roy J. Glauber, de la Universidad de Harvard, “por sus contribuciones a la teoría cuántica de la coherencia óptica“. Estas contribuciones se recogen esencialmente en tres artículos publicados en 1.963 (se lo reconocen en 2.005). Sobre ellas se ha desarrollado la óptica cuántica. En la luz se apreció por primera vez la naturaleza dual onda-partícula de los objetos cuánticos.

El comportamiento ondulatorio de la luz sirvió de prueba experimental para la teoría electromagnética de Maxwell. La idea de la luz como un haz de fotones reapareció con Einstein en 1.905 para explicar el efecto fotoeléctrico (que le valió el Nobel de física). El dualismo onda-partícula de la luz, que De Broglie extendió a las partículas materiales, es contradictorio en el marco de la física clásica. Para reconciliar ambas imágenes hubo que desarrollar la física cuántica. No obstante, como señalaba Glauber en uno de los artículos mencionados, “la teoría cuántica ha tenido una influencia sobre la óptica que es sólo una fracción de la que históricamente ha tenido la óptica sobre la teoría cuántica”.

Motivado por los experimentos de Hanbury-Brown y Twiss en 1.954-56, y por la invención del láser en 1.960, Glauber realizó una aplicación de la electrodinámica cuántica a problemas ópticos. Mientras que los experimentos previos habían usado interferencia de amplitudes y registraban intensidades con un solo detector, Hanbury-Brown y Twiss estudiaron correlaciones en las intensidades recibidas de una estrella por dos detectores separados, observando que los fotones térmicos parecen emitirse agrupados (bunched). ¿También los de un haz de láser? Esta y otras cuestiones llevaron a Glauber a desarrollar la teoría cuántica de la coherencia, basada en los estados coherentes y en la teoría cuántica de la fotodetección. Estudiando coincidencias retardadas en la detección de fotones por varios detectores, Glauber introdujo una sucesión de funciones de correlación que mostraban las características cuánticas de la radiación y permitían diferenciar entre haces de luz con la misma distribución espectral, pero diferente estadística de fotones.

Particularmente relevantes han sido los estudios posteriores de “luz no clásica”, tales como resonancia-fluorescencia de un solo átomo, que muestra el llamado anti-bunching, luz cuyo ruido cuántico depende de la fase; y pares de fotones entrelazados.

El estado más común de la materia en el universo, no es ni líquido, ni sólido, ni gaseoso, sino que es el plasma; el estado de la materia que conforman las estrellas. Sin embargo, particularmente apuesto por una idea que no se va de mi cabeza, el estado último de la materia es la luz.

La otra mitad del Premio Nobel se otorgó a partes iguales a John L. Hall, de la Universidad de Colorado, JILA y NIST, Boulder y a Theodor W. Hänsch, del Max Planck Instit für Quantenoptik, Garching, y de la Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, “por sus contribuciones al desarrollo de métodos de espectroscopia láser de precisión, incluyendo la técnica de peines de frecuencias ópticas“.

En espectroscopia se analiza la composición en frecuencias de la luz absorbida o emitida por la materia, lo cual proporciona información valiosa, por ejemplo, sobre la estructura cuántica de los átomos.

Los galardonados lideraron un proyecto espectacular en el desarrollo de métodos para producir y medir estas frecuencias ópticas, con una precisión actual de 15 cifras significativas y potencial de 18. De hecho, este tipo de medidas son de las de mayor precisión alcanzadas en física y permiten abordar cuestiones de gran interés básico, como la observación de la variación temporal de “constantes” fundamentales, como la estructura fina (α = 1/137, ó 2πe²/hc). Tienen también repercusión en el desarrollo de relojes atómicos ultra-precisos (con desajuste menor a una décima de segundo cada 100 años), útiles por ejemplo en sistemas GPS.

En espectroscopia óptica de precisión han de determinarse frecuencias de varios cientos de THz en términos de la definición del patrón de tiempo representado por desdoblamiento hiperfino del estado fundamental del cesio a 9’2 GHz. Hasta el año 2.000, esta tarea requería esfuerzos heroicos porque los detectores sólo permiten comparar directamente frecuencias separadas por algunas decenas de GHz. Se usaban por tanto complejas cadenas de generación de sucesivos armónicos de la frecuencia del cesio.

Esas cadenas eran costosas, delicadas, y de hecho, sólo algunos laboratorios las desarrollaron. El problema se ha simplificado enormemente con la introducción por Hall y Hänsch del llamado peine de frecuencias ópticas, formado por del orden de un millón de frecuencias equiespaciadas unos 100 MHz y cubriendo varios cientos de THz. De estas frecuencias pueden realizarse una medida absoluta con el patrón de cesio. Por tanto el peine sirve como una “regla” para determinar cualquier frecuencia óptica desconocida. Estos peines o sintetizadores de frecuencias, que ya se comercializan, usan láseres de femtosegundos y un nuevo tipo de fibra óptica micro-estructurada o de cristal fotónico…

Hay acontecimientos que son dignos de recordar.

Albert Einstein, al igual que Max Planck, amó los principios que regían las leyes de la naturaleza; sus trabajos siempre contenían estos principios. A parte de los principios de la relatividad y de constancia de la velocidad de la luz, unos años más tarde A. Einstein enunciaba la hipótesis de que un campo gravitatorio uniforme es físicamente indistinguible de una aceleración uniforme del sistema de referencia, y erigiría sobre ésta su teoría de la relatividad general, obra cumbre, por su originalidad y belleza, del pensamiento científico de todos los tiempos.

La comenzó a elaborar en 1.907 y la concluyó esencialmente el 25 de noviembre de 1.915, tras ocho años de tenaz trabajo, de búsqueda, de profundos pensamientos, de seguir por derroteros y caminos equivocados, hasta crear una fascinante teoría de la gravitación, conocida como Teoría General de la Relatividad.

Obligado a renunciar al espacio-tiempo absoluto de la relatividad, o mejor, teoría newtoniana, para dar cobijo a la relatividad especial a la gravedad, Einstein geometrizó ésta y derrocó la de Newton. Muchos años más tarde, en sus notas autobiográficas, Einstein pediría humildemente perdón a Newton por su osadía al modificar su mecánica: “Newton, perdóname; Tú encontraste el único camino que en tu época estaba justo al alcance de un hombre de potencia mental y creadora suprema”.

Tan sólo una semana antes, el 18 de noviembre, A. Einstein comunicaba a la Academia de Ciencias Prusiana que su teoría explicaba de forma natural el avance anómalo del perihelio de Mercurio. Cuenta él mismo que este histórico descubrimiento llegó a sumirle en estado de excitante alegría. También en esa sesión corrigió, doblándolo, su cálculo previo (en los años 1.907 y 1.911) del ángulo de deflexión de la luz al pasar por las proximidades del Sol. La corroboración de este valor, dentro de un margen de error de un 20%, aprovechando un eclipse solar de aquella época, catapultaría a Einstein a la fama universal.

Hoy, el principio de equivalencia de Einstein engloba tres afirmaciones:

1. El principio de equivalencia débil (la caída libre de una partícula prueba, neutra, en un campo gravitatorio, desde una posición dada y con una velocidad inicial dada, es independiente de su estructura interna y composición).
2. El principio de invariancia Lorentz local (el resultado de cualquier experimento no gravitacional con partículas prueba, de modo que sean ignoradas las fuerzas de marea y las auto-energías gravitatorias, es independiente de la velocidad del inercial local).
3. El principio de invariancia posicional local (el resultado de cualquier experimento prueba no gravitacional es independiente del lugar e instante en que se realice).

Hay diversas teorías de la gravitación compatibles con el principio de equivalencia de Einstein. Son las llamadas teorías métricas de la gravitación, entre las cuales se halla la Teoría General de la Relatividad de Einstein, que dicho sea de paso, es la única que hasta el momento ha pasado con éxito todas las pruebas a las que ha sido sometida (deflexión de la luz, avance de periastros, efecto Shapiro, ondas gravitatorias, etc., etc.), y se está a la espera del análisis de los datos sobre el efecto Lense-Thirring (arrastre de inerciales) obtenidos en 2.004 con la sonda Gravity Probe de la NASA.

                                                                La sonda Gravity Probe de la NASA

Cuando se enriquece el principio de equivalencia de Einstein con partículas con alto contenido de auto-energía gravitatoria y experimentos gravitacionales, se pasa al principio de equivalencia fuerte. Se conjetura PEF → TGR.

Como los griegos y como Newton, Einstein creía en 1.917 en la inmutabilidad (a gran escala) de los cielos. También era defensor ardiente del principio de Mach (la inercia de los cuerpos es relativa a otras masas, y desaparece en ausencia de éstas). Para salvaguardar éste, se ve obligado a suponer un espacio finito, y sin borde. Pero entonces para evitar su colapso Einstein tiene que introducir su famoso término, llamado constante cosmológica, que simula una repulsión cósmica capaz de contrarrestar la atracción gravitatoria entre los astros de ese universo finito y supuestamente estático.

Este primer modelo cosmológico relativista se conoce como universo cilíndrico de Einstein, en el que las acciones espaciales son esferas S³. Al descubrirse la expansión del universo (Hubble, 1.929), Einstein se arrepintió de haber introducido ese término en su ecuación; “La mayor equivocación de mi vida“, dijo en una ocasión.

En 1.932, y en colaboración con el astrónomo Willem de Sitter, propone Einstein un sencillo modelo de universo de materia no relativista en expansión crítica, que emana de una gran explosión y es especialmente plano. En ese trabajo se habla por primera vez de la constante cosmológica. Pero bastante antes (1.923), Einstein ya estaba dispuesto a renunciar a su uso si no hubiera un universo cuasi-estático, y los resultados teóricos de Friedmann y observacionales de Hubble le precipitan a ello. Su decepción tardía con el principio de Mach es también digna de mención, llegando a escribir en carta a Pirani (1.954), “Von dem Mach’schen Prinzip solten man eigentlich überhaupt nicht mehr sprechen“.

Irónicamente, en los últimos años parece haber renacido de sus cenizas la idea de constante cosmológica, como explicación más simple de la energía oscura responsable de la aceleración observada en la expansión del universo (palos de ciego a los que lleva la ignorancia, ya que ese misterio está escondido en fluctuaciones del vacío que se encuentra en la quinta dimensión – según creo – y que, desde allí, invisible, nos envía los gravitones que intermedian en esa aceleración gravitatoria).

No sería justo finalizar esta reseña de recuerdo a Einstein sin citar otras grandes aportaciones suyas* a la física. Probó que los conceptos cuánticos sirven para algo más que para explicar la radiación de cuerpo negro. Concierne al calor específico de los sólidos, y en particular, Einstein resuelve su anomalía a bajas temperaturas. Nerst, que confirmó brillantemente estos resultados de Einstein, hablaría de nuestro protagonista como de un Boltzmann redivivus, e intervino para que A. Einstein fuese invitado al primer congreso Solvay (1.911) para hablar de este tema.

                                                                    Congreso Solvay (1.911)

Varios años después, Einstein vuelve a la física cuántica con dos trabajos sumamente importante sobre la teoría cuántica de la radiación. En ellos introdujo sus famosos coeficientes A (de emisión espontánea) y B (de absorción y de emisión inducida), tan importante muchos años más tarde en las teorías de láseres, y asignó a los cuantos de luz (fotones) de frecuencia v un momento hv/c (que sería puesto en evidencia por Compton en 1.932).

Habría que pasar otra década para que el genio de Einstein dejara nueva huella en el mundo cuántico. La lectura del trabajo fundamental de Bose sobre la luz como un gas de fotones sugirió a Einstein extender esta idea a un gas de átomos. Nacía así la estadística conocida desde entonces como de Bose-Einstein. Hoy los condensados atómicos Bose-Einstein ocupan un lugar central en la investigación física y en la tecnología de vanguardia.

                                                             Con Max Planck y con Niels Bohr

La relación de Einstein con la física cuántica fue controvertida, ya que habiendo sido un importante creador de dicha teoría con sus trabajos y descubrimientos, litigó contra algunos aspectos de la misma en debates famosos con Niels Bohr, y se resistía a aceptar la mecánica cuántica como definitiva. El “malestar” (unbehagen) de Einstein con el protagonismo esencial del azar fue notorio, y su tardía pero afamada publicación con Boris Podolsky y Nathan Rosen ha propiciado, tras la extraordinaria entrada en escena de John Bell, centenares de trabajos en torno al realismo local.

Persiguió Einstein inútilmente durante los 33 últimos años de su vida la unificación de la gravitación con el electromagnetismo, buscando un campo total del que las partículas conocidas fuesen soluciones especiales y que incluso explicase las leyes cuánticas. Cuando empezó en 1.922 con este programa, se desconocían las otras fuerzas fundamentales, nuclear débil y fuerte, y se creía que las fuerzas en el interior de los átomos eran electromagnéticas.

Las cuatro interacciones hoy conocidas siguen resistiéndose a la total unificación, salvo si se rompe el esquema espaciotemporal ordinario y se pasa a un escenario de diez u once dimensiones con las teorías de supercuerdas que el genial E. Witten ha refundido en una teoría M.

¿Quién será en este nuevo milenio el genio encargado de pedir perdón a Albert Einstein? ¿Podría ser Witten?; ¿otro Ramanujan? ¡Ya veremos!

No me cabe la menor duda de que en un futuro más o menos cercano, ese genio estará aquí para finalizar el trabajo de esa teoría de unificación que haga posible la convivencia de la relatividad general y la mecánica cuántica. Ese día, la Humanidad habrá dado otro paso de gigante hacia su imparable viaje a las estrellas.

Si el comité del Nobel hubiera actuado con justicia, Einstein sería el poseedor de no menos de tres premios Nobel que, finalmente, se quedó sólo en el de física de 1.921, lo que, a pesar del reconocimiento mundial a su genio, no hizo justicia de manera proporcional a sus contribuciones a la física y a la cosmología.

emilio silvera

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                    Los cuatro fueron grandes aventureros viajeros. Pondré la reseña de uno de ellos

Sus viajes

“Piteas era de la griega Massalia, para los romanos Massilia, y hoy en día Marsella. Ciudad fundada alrededor del 600 a.C. por los griegos más marineros y aventureros de todos: los foceos. Unos tipos que fueron durante el siglo VII a.C por el Mediterráneo. fundando colonias como si no hubiera un mañana, peleándose con los cartagineses en cada ensenada y descubriendo para los griegos la lejana Iberia y el mítico Tartessos, ese lugar que ahora nadie encuentra.”

Ulises era el héroe de la Odisea, la famosa obra de Homero.

La aventura de Marco Polo la hemos visto hasta en el cine.

Acogido por los padres Franciscanos y su llegada al “Nuevo Mundo”

De Cristóbal Colón poco os puedo contar que no sepáis ya. Recogido por los frailes del Monasterio de La Rábida en Huelva, consiguió la ayuda de los reyes católicos para ir al nuevo mundo.

El mismo acto de explorar modifica la perspectiva del que explora; Ulises, Piteas, Marco Polo y Colón, habían cambiado cuando volvieron a su hogar después de explorar “nuevos mundos”. Lo mismo ha sucedido con la investigación científica de los extremos en las escalas, desde la inmensa y grandiosa extensión de los espacios cosmológicos hasta el minúsculo mundo enloquecido de las partículas subatómicas. Estos viajes nos han cambiado y, han desafiado muchas de las concepciones científicas y filosóficas que conformaban nuestra manera de ver el mundo que nos rodea.

La exploración del ámbito de las Galaxias extendió el alcance de la visión humana en un factor de 10²⁶ veces mayor que la escala humana, y produjo la revolución que identificamos con la relatividad, la cual reveló que la concepción newtoniana del mundo sólo era pueblerino en un Universo más vasto donde el espacio es curvo y el tiempo se hace flexible, dónde la materia es energía congelada y, donde el tiempo está unido irremisiblemente al espacio.

“El entrelazamiento cuántico ( es una propiedad predicha en 1935 por Einstein,Podolsky y Rosen (en lo sucesivo EPR) en su formulación de la llamada paradoja EPR.

El término fue introducido en 1935 por Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica que se demuestra en los experimentos, pero inicialmente no se comprendió bien su relevancia para la física teórica. Un conjunto de partículas entrelazadas (en su término técnico en inglés: entangled) no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema con una función de onda única para todo el sistema.”

                                                                         Quarks, Leptones y átomos

La exploración del dominio subatómico nos llevó lejos en el ámbito de lo muy pequeño, a unos 10̄̄  ̄¹⁵ de la escala humana, y también significó una revolución. Esta fue la Física Cuántica que surgió a partir de la semilla que sembró Max Planck, en 1900, cuando comprendió que sólo podía explicar lo que se llamaba curva del cuerpo negro –el espectro de energía que genera un objeto de radiación perfecta- si abandonaba el supuesto clásico de que la emisión de energía es continua, y lo reemplazó por la hipótesis sin precedentes de que la energía se emite en unidades discretas que Planck llamó cuantos, derivada de la palabra grecolatina similar, y los definió en términos del cuanto de acción, simbolizado por la letra h.

Planck no era ningún revolucionario –a la edad de 40 años era un viejo, juzgado por los patrones de la ciencia matemática y, además, un pilar de la elevada cultura alemana del siglo XIX-, pero se percató fácilmente de que el principio cuántico echaría abajo buena parte de la física clásica a la que se había dedicado durante muchos años su carrera. “Cuanto mayores sean sus dificultades –escribió-…tanto más importante será finalmente para la ampliación y profundización de nuestro conocimiento en la física.” Sus palabras fueron proféticas: cambiando y desarrollándose constantemente, modificando su coloración de manera tan impredecible como una reflexión en una burbuja de jabón, la física cuántica pronto se expandió prácticamente a todo el ámbito de la física, y el cuanto de acción de Planck, h, llegó a ser considerado una constante de la Naturaleza tan fundamental como la velocidad de la luz, c, de Einstein.

El principio cuántico era muy extraño y, a medida que fue evolucionando los físicos pudieron comprobar que era cada vez más extraño y, los resultados que obtenían de la investigación y las pruebas en laboratorio, acompañadas de la parte teórica, cada día leas revelaba un nuevo Universo que nada tenía en común con la realidad del día a día en el mundo macroscópico de las cosas.

La ruptura decisiva con la física clásica se produjo en 1927, cuando el joven físico alemán Werner Heisenberg llegó al Principio de Indeterminación. Heisenberg descubrió que se puede conocer, o bien la posición exacta de una partícula determinada, o bien su trayectoria exacta, pero no ambas. Por ejemplo, Si observamos un protón que atraviesa una cámara de niebla, registrando su trayectoria podemos conocer la dirección en la que se mueve, pero en el proceso de abrirse camino por el vapor de agua de la cámara el protón disminuirá su velocidad, restándonos información sobre dónde estaba en un momento determinado.

Alternativamente, podemos irradiar el fotón –tomar una instantánea de él, por decirlo así- y de este modo determinar la situación exacta en un instante determinado, pero la luz o cualquier otra radiación que usemos para tomar la fotografía apartará al fotón de su recorrido fijado, impidiéndonos el conocimiento de dónde habría estado si no hubiésemos actuado sobre él. Por consiguiente, estamos limitados en nuestro conocimiento del mundo subatómico. Sólo podemos tener respuestas parciales, cuya naturaleza está determinada en cierta medida por las cuestiones que optamos por indagar y cómo y qué medios empleamos para ello. Cuando Heisenberg calculó la cantidad mínima ineludible de incertidumbre que limita nuestra comprensión de los sucesos de pequeña escala, halló que está definida nada menos que por h, el cuanto de acción de Planck.

                                                           Experimento sobre el principio de incertidumbre

La indeterminación cuántica no depende del aparato experimental empleado para investigar el mundo subatómico, Se trata, en la medida de nuestro conocimiento, de una limitación absoluta, que los más destacados sabios de una Civilización extraterrestre avanzada compartirían con los más humildes físicos de la Tierra. En la física atómica clásica se suponía que se podía, en principio, medir las situaciones y trayectorias precisas de miles de millones de partículas –digamos, protones- y a partir de los datos resultantes hacer predicciones exactas de dónde estarían los protones en determinado tiempo futuro.

Heisenberg demostró que tal supuesto era falso, que nunca podemos saberlo todo sobre la conducta de siquiera una sola partícula, mucho menos de una gran cantidad de ellas, y, por lo tanto, nunca podemos hacer predicciones sobre el futuro que sean completamente exactas en todos los detalles. Esto marcó un cambio fundamental en la visión del mundo de la física. Revelaba que no sólo la materia y la energía sino también los conocimientos están cuantizados.

Cuanto más minuciosamente examinaban los físicos el mundo subatómico, tanto mayor parecía la indeterminación. Cuando un fotón choca con un átomo, haciendo saltar un electrón a una órbita más elevada, el electrón se mueve de la órbita inferior a la superior instantáneamente, sin tener que atravesar el espacio intermedio. ¿Por dónde realizó el viaje el electrón? Ese famoso “salto cuántico” trae de cabeza a más de un físico tratando de desvelar el misterio que, de ser al fin descubierto, podría suponer otro enorme avance para la humanidad.

De la misma manera, como hemos podido leer muchas veces, es en virtud de la indeterminación cuántica como los protones pueden saltar la barrera de Coulomb, permitiendo que la fusión nuclear se produzca a una tasa suficiente para que las estrellas sigan brillando.

                   No siempre comprendemos como son las cosas sin importar lo cerca de nosotros estén

Está claro que, la mecánica cuántica choca, con las percepciones de nuestras imágenes mentales que provienen de nuestras percepciones visuales del mundo que nos rodea. Pero el mundo tal como lo perciben nuestros ojos aparece como una ilusión cuando lo examinamos a escala microscópica. Un lingote de oro, por ejemplo, aunque nos parece sólido, en realidad está lleno de espacios vacíos. El núcleo de cada uno de los átomos es tan pequeño que si un átomo fuese agrandado mil billones de veces, hasta que su capa electrónica externa fuese tan grande como Madrid, su núcleo aún tendría el tamaño de un coche mediano aparcado en la avda. De Atocha.

                      Planck lo empezó y otros muchos lo construyeron (Todavía no se llegó al final)

La revolución cuántica ha sido penosa, pero tenemos que agradecerle que nos haya librado de varias de las ilusiones que afectaban a la visión clásica del mundo y que, en realidad, nos tenía inmersos en un mundo de irrealidades.

Una de estas ilusiones es aquella ilusión de que el hombre es un ser aparte, el supuesto de que está separado por la Naturaleza y que los actos de observación por ende, pueden efectuarse con completa objetividad.

                                                         Somos Naturaleza como otras tantas criaturas

Claro que, hoy sabemos que ni somos observadores pasivos detrás de un cristal en un laboratorio, ni que estamos en un nivel diferente de todo lo demás. Nosotros y la Naturaleza somos una misma cosa, ya que, de la Naturaleza venimos y a ella, algún día, tendremos que volver.

La Física cuántica nos obliga a tomar en serio lo que antes era una consideración puramente filosófica: que no vemos las cosas en sí mismas, sino sólo aspectos de las cosas.

¡Nos queda tanto por aprender!

emilio silvera

[?]

Está claro que la Ciencia, siempre ha sido cosa de los científicos y, hasta hace bien poco tiempo, la gente normal de la calle, tenía pocos medios de acceder a noticias científicas que los tuvieran al día de aquellos acontecimientos importantes que en relación a investigaciones y descubrimientos científicos ocurrían por el mundo. Sin embargo, llegó Internet y todo eso cambió. Ante todas las personas interesadas, se abrió un mundo nuevo, y, a través del un “simple” ordenador, se podía llegar hasta los cromosomas, hasta Titán la Luna de Saturno, o, ¿por qué no? hasta los nanositos que podían construir estructuras increíbles.

Cromosomas y Titán la Luna de Saturno

Nanorobots

Existen Blog o páginas que podemos visitar en Internet que son muy buenos transmisores de los acontecimientos científicos que surgen en las distintas disciplinas del saber humano, y, sobre todo, sobresalen las noticias  experimentos y observaciones en Física, Química, Biología y Astronomía.

Busco por curiosidad y, en un blog que intrigado, se hizo las mismas preguntas que yo me estoy haciendo ahora, encuentro que ha elaborado (previa búsqueda por la Red de Internet) un Ranking de éstos Blogs y, como suponía, los que resultaron más populares ocupan puestos muy alejados de los primeros, ya que, la Ciencia, interesa a grupos de personas interesadas en saber y, por desgracia, no son tantas como sería deseable.

Así queda comprobado por

Bioinformática

Biología Computacional

• Pharyngula (posición 179 en el ranking global de Technorati)
• The Panda’s Thumb (posición 1647)
• RealClimate (posición 1884)
• Cosmic Variance (posición 2174)
• The Scientific Activist (posición 3429)

La ignorancia y la superstición requiere de una lucha muy dura para poder erradicarla y, desde luego, los Gobiernos del mundo no hacen todo lo que podrían para ello. Actitud que no pocas veces es interesada y los dirigentes ven impasibles como el pueblo que “gobiernan” carece de una buena educación mientras que ellos envían a sus hijos a estudiar a los Centros más caros y privados y al extranjero a Universidades de renombre donde tienen una preparación garantizada.

Cada día nos ofrecen milagrosos remedios que son estafas y, el Gobierno no los prohíbe

No podemos dar un paso sin que podamos comprobar cómo a nuestro alrededor crecen las pseudociencias y prosperan los estafadores que viven y prosperan embaucando a esos grupos en los que encuentran una audiencia fácil. Incluso en los anuncios de televisión que bombardean nuestros hogares cada día, podemos ver como ofrecen medicamentos o cremas milagrosas que curan y rejuvenecen con “ancestrales remedios” y, para ello, en los enunciados del anuncio introducen palabras y frases que pretenden avalar el producto dándole un carácter científico del que, en realidad carecen. Todo ello, al margen de la Medicina y de la verdadera Ciencia y, desde luego, no existe una legislación o normativa que impida tan descarado proceder que, arropado por los medios de comunicación que emiten los anuncios (se trata de recaudar) sin el menor pudor, éstos llegan al pueblo llano y, desde luego, obtienen los frutos deseados en con la mayor impunidad.

Tendría que haber una censura de estos anuncios engañosos

Claro que, en esta batalla nos encontramos en un campo de batalla donde la lucha es desigual, porque, entre otras razones, a los seres humanos nos atrae más una promesa o historia  misteriosa que, la realidad misma y, parece que dentro de nosotros llevamos un resorte que nos empuja a creer aquello que (aunque algo nos induce a pensar que es imposible) nos promete esa felicidad soñada o ese mundo maravilloso que tanto se aleja de la realidad que la Ciencia nos muestra cada día.

Quitan el dolor, las arrugas, te hace más joven y guapo, conserva la piel… Nunca se vió tal maravilla

Es mucho más fácil atraer la atención y entretener con historias fantásticas sobre entidades y poderes misteriosos que explicar (tediosamente al oyente) de manera clara y precisa el nacimiento, vida y muerte de una estrella. La gente quiere oír a quiénes les habla de ese mundo inexistente pero que, es presentado ante ellos con una “certeza” absoluta y, sobre todo, que les promete todo aquello que ellos quisieran conseguir.

Charla Científica que atrae poco interés de la gente

Un Charlatán que cuenta milagros de la Pseudociencia

Es fácil comprobar el índice de audiencia que puede tener un buen programa científico y otro que, siendo pseudocientífico, obtiene mejores resultados y se mantiene más tiempo en pantalla. Así, podemos ver con asombro (no todos) que el programa de un charlatán es más visto que aquel que se ajusta al método científico y nos cuenta adelantos o descubrimientos que han costado años de duro trabajo y son los únicos que hacen posible que la Humanidad avance.

                                                                    ¿Qué importa que sea comida basura?

Claro que, como todo es negocio, no podemos culpar a los medios que colaboran para que esto sea posible, ellos se deben a la clientela, y, si ésta prefiere ser engañada y disfruta con ello, nada pueden hacer, ahí está su beneficio y la elección entre la Ciencia y la “Basura”, se decantará siempre, a favor de la última.

                                                                   Jóvenes y niños los más perjudicados

Todos sabemos donde residen los verdaderos culpables y, al principio, señalaba a los verdaderos culpables de que todo esto sea así. Todo está en la base, en la preparación de los niños del mundo que son, las poblaciones del mañana. Si los que pueden poner el remedio continúan estableciendo parcelas de privilegios para minorías y se desentiende de esa mayoría a la que nunca prestan la debida atención, nada cambiará y sólo unos pocos podrán discernir entre ciencia y pseudociencia, entre lo posible y lo que no lo es.

Viendo lo que aquí aparece… ¡Lo del bien general está en peligro! Siempre dicen lo que quieres escuchar y hacen todo lo contrario de lo que prometieron. Una vez enganchados al cargo…. ¡No lo sueltan ni con agua caliente! ¿Por qué será?

¡Políticos! Un “mundo” digno de ser estudiado y que está compuesto por gente de una clase “especial”. La gente corriente: Arquitectos, oficinistas, carpinteros, albañiles o fontaneros, conductores o comerciantes; médicos y amas de casa, físicos o biólogos, todos dedicados a su tarea diaria (que tan necesaria es), dejan en manos de los políticos sus destinos y, desde luego, no siempre, estos “representantes del pueblo” o dictadores en no pocos casos, les lleva por el camino deseado ni realizan aquellas (falsas) promesas que con tanta energía lanzaban a la cara de los oyentes de sus discursos pre-electores.

Creen que somos idiatas y como a tales nos tratan. No pocas veces aguantamos por no meternos en líos y poner en peligro la seguridad familiar pero…. ¡Un día reventaremos!

Así, nos encontramos instalados en que la mayoría del pueblo tiene una manera de “ver” las cosas que tiene su origen en el inconsciente colectivo que, imbuido de ese falso mundo que les aleja de la realidad y, le impide “verla”, se adapta a esa mentira y no es consciente del daño que le han causado, y, lo más grave es que, en la mayoría de los casos tampoco lo son del daño que le están causando a sus hijos. Todos podemos ver el comportamiento (por lo general) de la juventud, para la que es más importante éste o aquel grupo musical o ésta o aquella fiesta que, saber la distancia que nos separa del Sol, o, por qué éste es tan importante para la vida en la Tierra.

Hoy, al levantarme con el recuerdo aún en la mente de un programa vergonzoso que pusieron en TV, y, con el ánimo encrespado, me puse a escribir sobre todo esto que, si la “Providencia” no lo remedia, seguirá por el mismo camino.

¿No lo sabéis= Ya los niños no son e los padres. El Gobierno los quiere manipular para tener un futuro de ciudadanos borreros, que como autómatas consientan todo lo que les quieren hacer y calladitos.

Qué razón tenía aquél que dijo: “Preparemos a los niños de hoy para evitar tener que castigar a los delincuentes de mañana” Aunque una metáfora, es una realidad de cuyo mensaje podemos obtener que muchos de los males del mundo hoy, son consecuencia de lo que no hicimos ayer, y, lo que dejamos de hacer es el proporcionar una buena base de conocimientos a los que hoy, prefieren la pseudociencia y las “bellas mentiras” a esa realidad que no alcanzan a comprender.

Alumnos a merced de profesores de partidos que tratan de manipularlos

Podemos dar por hecho que, los profesores de Universidad y otros responsables de evitar estos desmanes sociales, están atados de pies y manos, hacen lo humanamente posible por divulgar el saber del mundo cada cual en su parcela pero, no siempre cuentan con los medios para ello, y, en la mayoría de los casos, se les niega lo esencial para hacerlo posible.

La gente obrera y los pequeños empresarios que son los que pagan todas las facturas y hacen los sacrificios para levantar el hubdimiento que hizo el político de turno. Precisamente ahora tenemos a uno que debería estar encarcelado como peligro social de alto riesgo.

Los perjudicados: Los de siempre, el pueblo llano que, sin medios, se ven privados a disfrutar de una educación y una preparación que no pueden permitirse comprar y que el Estado les niega mientras sus dirigentes disfrutan de manera deshonesta de todo aquello que todos merecen.

Por todo esto, es de agradecer que, algunas personas, sin pedir nada a cambio, se esfuercen en tratar de divulgar la Ciencia y, para ello, acudan a estas páginas o Blogs que les permite llegar a muchos con poco coste y muchos esfuerzos.

Gracias a todos ellos que, aunque no siempre son reconocidos, al menos sí que obtienen la satisfacción personal del un deber cumplido.

emilio silvera

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Richard Feynman expreso una vez que si le pidieran resumir en una frase el descubrimiento más importante de la Ciencia, elegiría contestar: “El mundo está hecho de átomos”. Cuando reconocemos que buena parte de la comprensión del Universo se basa en las interacciones y propiedades de los átomos (desde la razón de por qué las estrellas brillan y el cielo es azul a la explicación de por qué podemos sentir el contacto de nuestros dedos al golpear las teclas del ordenador y podemos ir viendo como aparecen nuestras ideas en forma de palabras escritas en la blanca pantalla como podemos ver con  nuestros ojos) podemos entender muy bien la elección de Feynman para resumir en tan pocas palabras nuestro legado científico.

                             La dinámica del Universo es inamovible y lo hace como lo podemos observar

Muchos de los científicos más destacados del mundo han coincidido en que, si se les permite elegir una segunda frase, escogerían: “La simetría subyace a las leyes del Universo”, está claro el por qué de la elección. En el Universo primitivo era todo simetría y, cuando esta se rompió, aparecieron las fuerzas que hoy reconocemos, esas cuatro fuerzas fundamentales que todo lo rigen en el Cosmos.

                                      Las fuerzas fundamentales y la simetría de las galaxias espirales

Muchos han sido los descubrimientos que la Ciencia ha podido hacer en los últimos doscientos años, pero los descubrimientos más duraderos tienen una característica común: han identificado características del mundo natural que permanecen invariables incluso cuando son sometidas a un amplio conjunto de manipulaciones. Estos atributos invariables reflejan lo que los Físicos llaman simetrías, y han desempeñado un papel crucial y creciente en muchos avances importantes.

Su velocidad es inalcanzable y desde cientos de millones de años luz las estrellas nos mandan señales en la noche oscura, titilan como queriendo enviarnos un mensaje que no alcanzamos a comprender,

“Simetría  artificial en una pieza musical. Fragmento de “Six unisono melodies” de Bartók.(El pentagrama de abajo representa la simetrización de la partitura de arriba)”

                                                                             La simetría del día y la noche

Esto ha proporcionado abundantes pruebas de que la simetría –en todos sus aspectos misteriosos y sutiles- arroja una poderosa luz sobre nuestra ignorancia y, a través de su seguimiento y observación, no pocas veces hemos podido llegar a la verdad que la Naturaleza esconde. Esa poderosa luz a la que me refiero, alumbra de manera deslumbrante nuestra comprensión de las cosas, así que, allí donde podamos detectar una simetría, la atención tiene que ser máxima, ya que, a través de ella podemos llegar a comprender. Einstein lo hizo en su relatividad especial con la simetría que lleva consigo la velocidad de la luz que es invariante sea cual fuere la fuente y a la velocidad que esta se pueda mover.

La Historia del Universo no es ajena a la historia de la simetría que es el conjunto de invariancias de un sistema. Al aplicar una transformación de simetría sobre un sistema, éste queda inalterado. La simetría es estudiada sistemáticamente usando la teoría de grupos.

Algunas de las simetrías son directamente físicas. Algunos ejemplos son las reflexiones y las rotaciones en las moléculas y las translaciones en las redes cristalinas. Las simetrías pueden ser discretas (es decir, cuando hay un número finito de transformaciones de simetría), como el conjunto de rotaciones de una molécula octaédrica) o continuas (es decir, cuando no hay un número finito), como el conjunto de rotación de un átomo o núcleo. Existen simetrías más generales y abstractas, como la invariancia CPT y las simetrías asociadas a las teorías gauge.

                                                          La simetría siempre ha sido importante en la Física

No quiero meterme aquí con el complejo mundo de la superconductividad o el ferromagnetismo al que nos llevaría una explicación de la simetría rota. Situación en la que el estado fundamental de un sistema de muchos cuerpos o el estado de vacío de una teoría cuántica de campos relativista tiene una simetría menor que el hamiltoniano o el Lagrangiano que define el sistema. Dejaremos la simetría rota para otra oportunidad en la que también comentaremos sobre el Teorema CPT.

 “Se puede justificar, teóricamente, que todas las interacciones entre partículas elementales deben ser invariantes bajo la acción conjunta de conjugación de carga (C), paridad (P) e inversión temporal (T). Es lo que se conoce con el nombre de invariancia CPT, que puede considerarse como una ley de conservación absoluta.”

Los momentos más decisivos en la evolución del universo son aquellos en los que equilibrio y orden cambian repentinamente, dando escenarios cósmicos cualitativamente diferentes de los de eras precedentes. La teoría actual sostiene que el universo pasó por varias de estas transiciones durante sus primeros momentos y que todo lo que hemos encontrado alguna vez es un residuo tangible de una época cósmica anterior y más simétrica.

El Cristal del tiempo es un sistema cuántico representado por un grupo de iones de iterbio dispuestos en forma de anillo. Al enfriar el sistema para que los iones adquieran su estado energético más bajo, los físicos descubrieron que el anillo comenzó a rotar alrededor de su eje. De este modo —de acuerdo con las leyes de la física— se rompió la simetría del tiempo.

Figura 1: Floquet evolución de una cadena de spin. Tres hamiltonianos se aplican secuencialmente en el tiempo: un giro global de Casi π (H1), interacciones de largo alcance de Ising (H2) y fuertes Desorden (H3). El sistema evoluciona durante 100 períodos Floquet de esta secuencia.

Gaston Floquet (1847–1920) alucinaría si supiera que en el siglo XXI los sistemas periódicos forzados que él estudió en 1883 reciben un nombre tan poético como cristales de tiempo de Floquet cuando son metaestables.

Pero hay un sentido aún más amplio, un meta-sentido, en el que la simetría yace en el núcleo de un Cosmos en evolución. El propio tiempo está íntimamente entrelazado con la simetría. Como está claro para todos nosotros, la connotación práctica del tiempo (sea lo que este pueda ser) es, en realidad, una medida de cambio, así como la existencia misma de un tipo de tiempo cósmico que nos permite hablar razonablemente de cosas como “la edad y la evolución del universo en su conjunto”, se basa sensiblemente en aspectos de la simetría. Y conforme los científicos han observado esa evolución mirando atrás hacia el principio en busca de la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo, la simetría se ha establecido como la más segura de las guías, una guía que nos ofrece ideas y nos da respuestas que de otra manera hubieran estado muy lejos de nuestro alcance.

                                                    Simetría por todas partes, estrellas o galaxias

Así que, podemos decir sin lugar a una ninguna duda que la simetría subyace en las leyes que rigen el mundo y, más bien creemos que dichas leyes funcionan exactamente de la misma manera independientemente de dónde podamos estar nosotros, y, lo mismo dará que estemos en la Vía Láctea o en Andrómeda, las leyes del universo harán que nuestros cuerpos funcionen según las rígidas normas que ellas nos imponen, ya que, son inalterables. Lo mismo podemos decir de las simetrías de traslación o invariancia de traslación. Se aplican no sólo a las leyes de Newton, sino también a las leyes del electromagnetismo de Maxwell, a la relatividad especial y general de Einstein, a la mecánica cuántica y a cualquier propuesta en la física moderna.

                              La fuerza de Gravedad incide en los personajes de diferentes maneras

Claro que, no obstante, los detalles de sus observaciones y experiencias pueden variar y, a veces, lo hacen de un lugar a otro. No es lo mismo hacer un ejercicio gimnástico en la Luna que en la Tierra, la fuerza de Gravedad que actúa sobre nosotros en uno u otro lugar hará que, el resultado de la energía producida por nuestras piernas y el impulso del cuerpo al saltar, sea muy diferente de uno al otro lugar. De todas las maneras y, en general, la simetría rotacional o invariancia rotacional es prima hermana de la invariancia traslacional. Todos sabemos que los objetos estelares se mueven regidos por estas leyes de invariantes de la Naturaleza y se mueven en función de unas reglas que les vienen dadas por su densidad, otros cuerpos cercanos que inciden sobre ellos, etc.

                             A esa velocidad la luz del Sol llega a la Tierra en 8 minutos y 20 segundos

Einstein entendió todo esto muy bien al incluir la velocidad de la luz entre las observaciones que no serían afectadas por su movimiento o por el movimiento de su fuente luminosa, sin importar a que velocidad se mueva una estrella, la luz que lanza al espacio en forma de fotones, siempre estará en la marca de 299.792.458 metros por segundo, la velocidad límite que el universo nos permite.

Einstein fue listo y, reconociendo que la velocidad observada depende generalmente del movimiento del observador, puedo captar la simetría a través de las grietas en las fachadas newtonianas de la Naturaleza, elevó la velocidad de la luz a la categoría de ley inviolable de la Naturaleza, declarándola inalterada por el movimiento.

Durante las últimas décadas, los físicos han elevado la simetría al más alto nivel de la escala. Cuando encontramos una ley propuesta de la Naturaleza, una pregunta habitual y natural es: ¿por qué esta ley? ¿Por qué la relatividad especial?, ¿por qué la relatividad general? ¿Por qué la teoría del electromagnetismo de Maxwell?

                                                              

El de campo que matemáticamente se obtienen a partir de los potenciales vectores de la sección anterior. Es importante notar que una 1-forma como las descritas anteriormente puede ser interpretado matemáticamente como una conexión sobre un fibrado principal. Concretamente a partir las componentes de la 1-forma  que toma valores en el álgebra de Lie asociada al grupo de gauge, pueden calcularse las componentes físicas que caracterizan el campo de Yang-Mills propiamente dicho que matemáticamente es la 2-forma  dada por:

 

¿Por qué las teorías de Yang-Mills de las fuerzas nucleares fuertes y débil? Una respuesta aceptable es que todas estas teorías hacen predicciones que han sido una y otra vez confirmadas hasta la saciedad con experimentos precisos. Lo cual, por supuesto, es esencial para la confianza que después todos nosotros podamos tener en estas teorías que, finalmente y al comprobar su certeza, se convierten en leyes.

                                                                                     Simetrías y conservación

Así, presentimos que ningún lugar del Universo es algo especial comparado con cualquier otro lugar por muy lejos que este pueda estar. De esa manera, los físicos tienen puesta la confianza en que la simetría de traslación debería estar entre las simetrías de la Naturaleza. Los objetos cosmológicos reflejan siempre, los mismos movimientos de rotación y traslación aquí que allí. Es decir, un sistema planetario situado en la Galaxia Chimax, tendrá las mismas normas que el Sistema planetario del Brazo de Orión que acoge al planeta Tierra. Otra cuestión será la presencia o no de vida que depende de factores que estarán o no estarán presentes.

¡El Universo! ¡Cuánto nos hace soñar!

emilio silvera

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