Archivos para la categoría: física

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Unexpected data from the Large Hadron Collider suggest the collisions may be producing a new type of matter

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El otro día me encontré en la web de Kurzweil (tiene una colección de artículos impresionante en el apartado Big Thinkers) un pequeño artículo de Lee smolin que plantea un tema interesante, la necesidad de formular una teoría cuántica de la gravedad (y una cosmología) que introduzca en el ámbito de la física cuántica el mismo relieve que la perspectiva del observador tiene en la Teoría General de la Relatividad. Cuando lo leí me resulto chocante, porque en principio parece que la física cuántica es más dinámica e indeterminada que la que dejó formulada Einstein, y el principio de incertidumbre da un papel determinante al observador, pero lo que plantea Smolin es que en la Relatividad el observador está en el mismo sistema que observa, y el espacio y el tiempo son relativos a su posición, mientras que en la física cuántica observamos lo micro desde lo macro, digamos que desde fuera, y (que yo sepa) en el principio de incertidumbre no tiene ninguna importancia decisiva la posición del observador ni el sistema en que se encuentra. Lo explica así:

General relativity taught us that time and space are parts of the dynamical system of the world, that do themselves change and evolve in time. Furthermore, in cosmology we are interested in the study of a system that by definition contains everything that exists, including all possible observers. However, in quantum theory, observers seem to play a special role, which only makes sense if they are outside the system. Thus, to discover the right quantum theory of gravity and cosmology we must find a new way to formulate quantum theory, as well as the notions of time and change, to apply to a system with no fixed background, which contains all its possible observers. Such a theory is called background independent.

The transition from background dependent theories to background independent ones is a basic theme of contemporary science. Related to it is the change from describing things in terms of absolute properties intrinsic to a given elementary particle, to describing things in terms of relational properties, which define and describe any part of the universe only through its relationships to the rest.

Lee Smolin está trabajando en una teoría alternativa a la teoría de las cuerdas, la gravedad cuántica de bucles (ya lo comenté en otro post), para encajar la gravedad dentro de la física cuántica, el mayor objetivo de la física ahora mismo, y la verdad es que los artículos suyos que he leido suelen trazar líneas que se salen del papel y te dejan bocas. Fue también uno de los pocos que apoyó abiertamente la espectacular propuesta de Garret Lisi.

Pero bueno, volviendo al tema, en “La historia del tiempo”, Hawking explica como el papel del observador ha ido ganando protagonismo desde la escenografía inmovil de Aristóteles hasta las movidas de Newton y Einstein. Para Aristóteles los cuerpos están en reposo a menos que sean empujados por un impulso. El mismo estado de reposo incluye al objeto y al que lo observa. Un hombre sentado mirando un árbol se puede pasar así horas, todo está en su sitio, en un espacio que tiene una única perspectiva. Pero con Newton de repente del arbol cae una manzana, y la misma fuerza que hace caer la manzana, la gravedad, es la que asegura que el mombre sentado delante no salga volando, y que el planeta en el que este hombre está sentado no se salga de su órbita. Pero ya no están en reposo. El planeta gira en torno al sol, el hombre sale de paseo cada tarde para ir al árbol y, de vez en cuando, cae una manzana. El arbol parece que está siempre allí en reposo para el paseante que lo encuentra cada tarde, pero un observador desde el espacio lo veria moverse como se mueve el planeta, y vería al paseante sumar su movimiento al del planeta. Desde Newton no existe una posición absoluta en el espacio, sino que depende del observador.

Vale, Newton descoloca la perspectiva única sobre el espacio y la hace depender del observador, pero mantiene (como Aristóteles) una perspectiva única sobre el tiempo. Todos los espectadores de un estadio estarán de acuerdo en quién ha ganado los 1500 lisos si tienen un cronómetro tan bueno como el de los jueces (o se fian de la foto). El tiempo lo mide el reloj, y es igual para todos los que lo llevan en la muñeca. Pero entonces llega Einstein y propone abandonar la idea de un tiempo absoluto, igual para todos los relojes, a partir de la constante de la velocidad de la luz. Si la ley (constante) de la gravedad de Newton da relieve a la perspectiva del observador en relación al espacio, la teoría de la relatividad le da el mismo relieve al observador en relación al tiempo. El tiempo ya no es absoluto, ya no tiene una perspectiva única. En los 1500 no hay problema, todo el mundo está de acuerdo, pero a medida que la velocidad de la carrera se aproxima a la velocidad de la luz, los relojes dejan de estar sincronizados. Es lo que intenta explicar la paradoja de los gemelos: un astronauta que viajase a una estrella a una velocidad cercana a la luz sería, cuando volviese a la Tierra, más joven que su hermano gemelo que se decidió por una profesión menos arriesgada y siguió viviendo aquí.

La idea de que la posición del observador modifique necesariamente los resultados de su observación (o sea, la relatividad) me parece, efectivamente, un tema básico en la ciencia contemporánea, y no solo en física. Smolin lo pantea, además, a partir de la idea de sistema, y en un sistema como el universo tanto el observador como lo observado están dentro e interrelacionan, pero la misma idea se puede aplicar a cualquier sistema. Todo el tema de los sistemas complejos, que se basa precisamente en estudiar ya no solo las propiedades intrínsecas sino sobre todo las relaciones que se establecen, acaba incluyendo en el sistema la relación que establece el observador desde su propia posición, ya no observa desde fuera.

Uno de los temas que más me interesaron de la sociología de Luhmann (por hacer una sinapsis un poco pintoresca) es precisamente éste, como se coloca y coloca su sistema de análisis dentro del sistema que pretende analizar, en este caso la sociedad: “Dicha teoría existe entonces como una más entre otros muchos de sus objetos del mundo real. Se obliga a si misma a tratarse como a uno de sus objetos, y así puede compararse con otros de sus objetos”. Evidentemente no es posible salirse de la sociedad, como no es posible salirse del universo, lo que queramos observar lo observamos siempre desde dentro, y lo que me parece que dice Smolin es que la observación de las partículas elementales no debe escapar a esta regla, aunque en este caso la “transición de fase” parece que justifique una distancia más cómoda. Con un sentido más metafórico, es a lo que se refiere Mae-Wan Ho cuando habla del “quantum jazz”. En fin, son retazos de cosas de aquí y de allá que igual acaban conectando bien por algún sitio o igual no, pero que me hacen ir oliendo el suelo como un perdiguero.

He estado viendo esta conferencia del premio Nobel Robert B. Laughlin en una universidad china (pongo lo de premio Nobel para captar audiencia, jeje), explicando el libro que más me ha impresionado desde hace tiempo, “Un universo diferente” (ya he puesto varios posts sobre él). Que un físico de su categoría estructure toda la conferencia a partir de los dibujos que incluye en su libro (no había dicho que es un libro ilustrado) ya es un buen ejemplo de su estilo. Que la conferencia sea en una universidad china le da otro puntito, al que el propio Laughlin (que ha estado varios años trabajando en Corea) hace referencia expresa cuando menciona las diferencias Este/Oeste en cuestión de ideologías. De hecho en su libro aparece alguna mención al I Ching.

Pero lo fundamental es que explica perfectamente, y para todos los públicos, que el mayor problema de la física actualmente, la distancia entre el modelo newtoniano clásico y el modelo estándar que define a la física cuántica, puede entenderse a partir de los procesos emergentes de organización de un conjunto de elementos, y no de uno solo. Las leyes de Newton sirven para una manzana, pero no para cuando se vuelca un camión cargado de ellas. Desde esta perspectiva, la física se aproxima a la biología, y ha de acostumbrarse a tratar también con la incertidumbre. Arriesgarse en la incertidumbre antes de encontrar una ley, porque la ley no saldrá de conjeturas matemáticas sobre lo ya conocido, sino de las sucesivas organizaciones y reorganizaciones de los elementos que forman el universo. Las leyes son un resultado colectivo.

Lo que me interesa (y apasiona) de Laughlin es que no solo consiguió explicar el efecto Hall cuántico fraccionario, sino que propone otra manera de entender la física, e incluso la fragilidad de las divisiones establecidas entre disciplinas científicas. Una manera que tiende puentes entre disciplinas duras y blandas y que conecta bien con todo el tema de la teoría de sistemas a través de la biología, pero de una manera radicalmente empírica. Ni mucha teoría ni demasiadas ideologías, solo experimentos y a ver que pasa. A veces me recuerda el objetivo de Wittgenstein, sacar la mosca de la botella.

Ya me he dado cuenta de que un blog no es el mejor sitio para ver un video de + de media hora, pero éste merece verse a pesar de todo. Reservar un poco de tiempo, acomodaros y escuchar como explica sus dibujitos. Puede que la física acabe yendo por aquí, y vale la pena enterarse. Ah!, otra cosa por la que Laughlin me cae simpático, lo dice en los primeros minutos: “Bill Gates, I hate you”.

[Con el cambio a WordPress no puedo insertar el video, así que pongo el link a Youku]