Relatividad y espaciotiempo

Hay un antes y un después de la teoría de relatividad especial de Einstein (1905). Es significativo lo que dice Leslie Pearce Williams, profesor Emeritus de la Historia de la Ciencia en la Cornell University de New York, en el prólogo del excelente libro (recopilación de textos) La teoría de la relatividad: sus orígenes y su impacto: “Antes de 1905 era posible explicar la ciencia al profano utilizando términos verbales que, aunque difusos, podían entenderse. Desde entonces esto resultaba ya imposible, porque la cualidad peculiar de la teoría especial de la relatividad era que violaba todos los principios del sentido común… a partir de entonces los modelos ya no eran mecánicos sino matemáticos”.

El tiempo y el espacio absoluto de la mecánica clásica de Newton pasaron a la historia cuando se demostró que no existía realmente una referencia espacial inmóvil, una especie de sustrato que lo llenaba todo llamado “éter lumínico”, ni existía un tiempo universal. Cada sistema pasaba a tener un tiempo y pasaba a ser la referencia para la medida de los demás. Bien es verdad que esto sólo se puede apreciar en los sistemas que se mueven a velocidades no despreciables respecto a la velocidad de la luz, por lo que cualquier medición que realizemos en nuestra vida cotidiana no se ve afectada por las correcciones relativistas.

Trescientos años antes, el gran Galileo Galilei en su notable principio de relatividad ya había observado que no existe modo alguno de distinguir localmente el movimiento uniforme, es decir el movimiento no acelerado, respecto a algún supuesto absoluto inmóvil. Mucho antes que Einstein utilizara los trenes en sus experimentos mentales, de forma similar, Galileo pensaba en la cabina principal bajo la cubierta de un gran barco. Allí no habría forma de distinguir, en los movimientos de los animales encerrados, si el barco permanecía quieto o en movimiento uniforme.

Mucho después, ya en el siglo XIX, el desencadenante de la revolución que supuso la teoría de la relatividad fueron una serie de experimentos que se realizaron en la segunda mitad de la centuria para detectar las corrientes del “éter” sobre la superficie de la Tierra y la influencia de las mismas sobre la velocidad de la luz. El éter era un supuesto material que se creía necesario para la propagación de las vibraciones de la luz en el vacío. En 1887 Albert A. Michelson y Edward W. Morley realizaron en Cleverland (Ohio) un experimento que desde entonces ha adquirido la categoría de clásico. Sus resultados fueron negativos, la velocidad de la luz medida a favor y en contra del supuesto éter resultó ser la misma, y aunque poco después el físico holandés H. A. Lorentz logró salvar la existencia del éter a costa de postular la contracción de los objetos al moverse a través del éter, la vieja concepción del tiempo y el espacio absolutos había sido herida de muerte. La ciencia contemporánea no podía explicar la razón de que la velocidad de la luz fuera siempre la misma, tanto si emanaba de un cuerpo en reposo como si lo hacía de un cuerpo moviéndose a gran velocidad.

Poincaré y Einstein descubrieron, independientemente, que las ecuaciones de Maxwell, relativas a la propagación de las ondas electromagnéticas (la luz es una onda electromagnética) también satisfacen un principio de relatividad similar al galileano sobre su invarianza, al pasar de un sistema de referencia en reposo a uno en movimiento (Lorentz también había abordado esta cuestión hacia 1895).


Einstein tuvo que elegir entre el principio de relatividad (invarianza de las leyes físicas en cualquier sistema de referencia en reposo o en movimiento uniforme) y la física de Galileo-Newton. Si bien estas leyes se habían verificado, siempre había sido a velocidades muy pequeñas comparadas con la velocidad de la luz y eso le dio la clave: la relatividad válida debía ser la inherente a las ecuaciones de la propagación de la luz de J.K.Maxwell.

Poco después de que Einstein publicara el artículo en el que describía su teoría especial de la relatividad (1905) Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento, su antiguo profesor Hermann Minkowski ponía la guinda que faltaba. En un histórico discurso de inauguración de la 80 reunión de la Asamblea general alemana de científicos naturales y físicos el 21 de septiembre de 1908 pronunció una célebre frase: “Las ideas sobre el espacio y el tiempo que deseo mostrarles hoy descansan en el suelo firme de la física experimental, en la cual yace su fuerza. Son ideas radicales. Por lo tanto, el espacio y el tiempo por separado están destinados a desvanecerse entre las sombras y tan sólo una unión de ambos puede representar la realidad”.

La relatividad especial de Einstein mantiene el principio según el cual las leyes de la física se expresan de la misma manera en dos referenciales en movimiento rectilineo uniforme, en relación uno con el otro. Pero, para que la velocidad de la luz sea la misma en los dos referenciales, como de hecho y según todos los experimentos así ocurre, hay que renunciar al caracter absoluto del tiempo y del espacio (de su métrica espacial). El espacio ya no es independiente del tiempo, ni éste lo es del espacio. Además en las expresiones que ligan los dos conceptos aparece una constante ligada a ambos de forma indisoluble: la velocidad de la luz. Esto hace que las longitudes medidas en un sistema ya no sean invariantes y dependan de la velocidad del mismo, y lo mismo ocurre con los tiempos.

Nuestra percepción basada en el espacio de tres dimensiones que conocemos, con un tiempo independiente del espacio no es exacta. Es válida para nuestro mundo cotidiano (de bajas velocidades comparadas con la de la luz), pero dista de ser la realidad. Hasta tal punto que lo que conocemos como la paradoja de los gemelos no es ni siquiera una paradoja en el nuevo marco del espaciotiempo. En esta paradoja se explica que un gemelo se queda en la tierra mientras el otro sale a viajar, en una nave interplanetaria a velocidades cercanas a la luz, y al volver al cabo de un año encuentra a su hermano veinte o treinta años mayor que él. En la geometría relativista del espaciotiempo de Minkowski, que es una geometría no plana (no euclidiana), el intervalo de tiempo del gemelo que se queda es mayor que los dos intervalos temporales (ida más vuelta) del gemelo que viaja. El gemelo que viaja toma “un simple atajo” en el espaciotiempo. El camino temporal más recto, en el espaciotiempo, no consiste en quedarse en tierra sino en viajar a velocidades elevadas, aunque entonces también intervienen aceleraciones y esto queda dentro del marco de la relatividad general.

Texto extraído de mi columna mensual de Libro de notas: Ciencias y letras.

La relatividad general y los extraños rayos de luz fantasma

La visión que tenemos de una esfera desde cualquier punto del espacio es invariante, es exactamente la misma, pues la esfera es simétrica respecto a la rotación sobre cualquiera de sus infinitos ejes de simetría. Cada uno de los puntos de observación representa un referencial diferente y la invariancia observada se corresponde con una simetría llamada esférica.

Galileo Galilei, en la primera mitad del siglo XVII, utilizando como ejemplo un barco navegando a una velocidad constante en un mar calmado, describió la denominada invariancia galileana según la cual, y gracias a una simetría subyacente, las leyes fundamentales de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales (movimiento uniforme sin aceleraciones). No se advierte el movimiento, todo transcurre dentro del barco como cuando está parado. Este principio se aplica a la mecánica clásica newtoniana, en la cual las longitudes y tiempos no son afectados por el cambio en la velocidad y se amplió con la relatividad especial de Einstein donde las longitudes y los tiempos ya no son invariantes.

En física, detrás de las invariancias existen una serie de simetrías, en este caso más abstractas que la esférica, que comportan la existencia de leyes de conservación. Eso es lo que establece un bello teorema matemático, debido a Emmy Noether, y, llamado por ello teorema de Noether: A la invariancia respecto a una traslación le corresponde la ley de conservación del momento lineal, a la invariancia ante una rotación la ley de conservación del momento angular y la independencia ante cualquier referencial temporal se asocia a la ley de conservación de la energía.

Para los sistemas acelerados o sujetos a la acción de un campo gravitatorio, Einstein amplió su teoría de relatividad especial dando lugar a una nueva teoría de la gravitación llamada relatividad general, que generalizaba la teoría de gravitación de Newton.Las simetría e invariancias en el ámbito de esta teoría siguen cumpliendo, lógicamente, el teorema de Noether, pero cada vez podemos encontrar fenómenos más extraños y alejados del sentido común.


Uno de estos fenómenos tiene que ver con el título de este post, una especie de luz "fantasma" que aparece y desaparece según el punto de referencia desde el que observemos. Así, consideremos un electrón en caída libre en un campo de gravitación creado por un astro pesado. Para un observador situado en el astro, este electrón parece acelerado y, por tanto, irradia luz. Además, se puede detectar en el suelo esta luz que precede al electrón en su caída, por medio de una célula fotoeléctrica, o incluso de un fotomultiplicador que cuente uno por uno los fotones.

Para un observador en caída libre con el electrón, éste aparece en reposo y, por tanto, no irradia luz. Aunque se ponga ante el electrón un fotomultiplicador, no registrará nada, no detectará luz y no contará fotones. Dicho de otra manera, la luz detectada en un referencial es inexistente en otro. Esta paradoja se debe a que la energía no es un invariante relativista. La energía que transportan los fotones tiende a cero cuando se pasa progresivamente del referencial relacionado con el astro al relacionado con el electrón. La longitud de onda de la luz que está relacionada directamente con la energía de los fotones tiende al infinito (su frecuencia tiende a cero: Energía= h*frecuencia) y las líneas de campo toman la forma de estrella que se les conoce cuando provienen de una carga inmóvil.
Volviendo al símil geométrico:



Si en lugar de una esfera observamos un disco superfino, existen una serie de puntos de observación para los cuales el disco desaparece, sin embargo desde los puntos que pasan por la recta perpendicular al plano del disco la superficie observada será máxima. A diferencia de la esfera, la simetría del disco no es esférica y los puntos de observación en el plano del disco y en el plano perpendicular al mismo no son intercambiables.De la misma forma no son intercambiables los referenciales en el astro y en el sistema de caída libre que acompaña al electrón. En ambos casos es una cuestión de simetrías más o menos especiales y encubiertas, vemos o no vemos el disco por una razón, en cierta forma similar a la posibilidad de observar o no observar los rayos de luz.

Ciencia de día, ciencia de noche

Se suele imaginar que la actividad investigadora de los científicos es una labor exclusiva de la mente racional y metódica. Algo lejano de lo que no se suele hablar demasiado y al final, precisamente por eso, nos parece todavía más extraño y ajeno .

Hace tiempo leí sobre la curiosa manera que tenía el gran Dirac de juguetear con las ecuaciones, de probarlas y asociarlas de forma no siempre tan racional y metódica como se podría suponer. Sin embargo, esta forma, aparentemente irracional de proceder resulta bastante más frecuente de lo que se suele pensar y me llamó la atención.Se acerca, realmente, a la actividad del artista y deja un sitio importante a la intuición y a la labor creativa. Einstein decía:"Si queréis saber cómo funcionan los científicos, no escuchéis lo que dicen; mirad lo que hacen."

Sobre este tema he leído, recientemente, unas preciosas palabras muy esclarecedoras del Premio Nobel de Medicina, en 1965, François Jacob:"(1)... En los artículos científicos, la razón avanza por una vía regia que va de la oscuridad a la luz. Nada de errores. Nada de falsos juicios. Nada de confusión. Nada que no sea un razonamiento perfecto, y sin la presencia de ningún fallo.

Y, sin embargo, cuando examinamos más de cerca lo que hacen los científicos, constatamos con sorpresa que la investigación supone en realidad dos aspectos que alguien ha denominado ciencia de día y ciencia de noche. La ciencia de día pone en juego razonamientos que se articulan como engranajes, como resultados finales que tienen la fuerza de la certeza. Se admira en ellos la majestuosa disposición, propia de un cuadro de Leonardo da Vinci o de una fuga de Bach. Transitamos por ellos como por un jardín a la francesa. Consciente de su proceder, orgullosa de su pasado, segura de su porvenir, la ciencia de día avanza por la luz y la gloria.

La ciencia de noche, por el contrario, marcha a ciegas. Duda, tropieza, recula, suda, se despierta sobresaltada. Dudando de todo, se investiga así misma, se pregunta, se corrige sin cesar. Es una especie de taller de lo posible, donde se elabora lo que va a ser el material de la ciencia. Donde las hipótesis se mantienen en forma de presentimientos vagos, de sensaciones brumosas. Donde los fenómenos no son aún más que acontecimientos solitarios sin relación entre ellos. Donde los proyectos sobre experimentos apenas toman cuerpo. Donde el pensamiento camina a través de sendas sinuosas, de callejuelas tortuosas, las más de las veces sin salida.

A merced del azar, el espíritu se agita en un laberinto, bajo un diluvio de mensajes, en busca de un signo, de un guiño, de una aproximación repentina. Como un prisionero en su celda, el espíritu no para de dar vueltas, busca la salida, un resplandor. Sin solución de continuidad, pasa de la esperanza al desespero, de la exaltación a la melancolía. Nada permite decir que la ciencia de noche pasará alguna vez al estado de día; que el prisionero saldrá de las sombras. Si esto sucede será de manera fortuita, como por capricho. De improviso, como por generación espontánea. No importa dónde, ni cuando, como un rayo. Lo que guía entonces al espíritu no es la lógica. Es el instinto, la intuición. Es la necesidad de ver claro. Es la obstinación de vivir en el interminable diálogo interno, en medio de innumerables suposiciones, acercamientos, combinaciones, asociaciones que, sin cesar, atraviesan el espíritu.

Un rayo de fuego a veces rompe la oscuridad, alumbra de repente el paisaje con una luz deslumbradora, aterradora, más fuerte que mil soles. Después del primer choque empieza un duro combate con los hábitos del pensamiento. Un conflicto con el universo de conceptos que regula nuestros razonamientos. Aun nada permite decir si la nueva hipótesis cambiará su primera forma de boceto burdo para refinarse o perfeccionarse. si sostendrá la prueba de la lógica o será admitida en la ciencia de día.

...Pero para que sea aceptado un trabajo y admitida una nueva forma de pensar, hay que depurar la investigación de toda escoria afectiva o irracional. Quitarle todo resto personal, todo olor humano. Recorrer la vía real que lleva de una juventud balbuceante a una madurez desarrollada. Reemplazar el orden real de los acontecimientos, de los descubrimientos, por lo que aparece como orden lógico, el que se debió haber seguido si, al principio, la conclusión hubiera sido conocida. Hay un rito en la manera de presentar los resultados científicos. "

Yo me siento más cerca de esa ciencia de noche, más humana y más verdad. En mis modestas investigaciones he experimentado lo que tan bien describe Jacob. Mi ciencia apenas ha salido de la noche, permanece en su celda, buscando todavía la salida y el resplandor definitivo que la transforme con la apariencia de ciencia de día.

Está muy bien cumplir con el rito de presentar la ciencia de forma clara, metódica y ordenadamente, pero en un viaje no sólo importa el destino. El largo viaje, los tropiezos, los extraños compañeros del camino, las alegrías y las penas enriquecen el resultado y al viajero, y prescindir, por completo de ellos, empobrecen a la ciencia y la hacen menos cercana y humana.


(1) Del libro: "El ratón, la mosca y el hombre".

La extraña medida cuántica en un espacio de infinitas dimensiones: el espacio de Hilbert.

El espacio de Hilbert es una pura construcción matemática pero responde a la perfección a lo que hacía falta para elaborar la teoría cuántica. De no haberse descubierto habría habido que inventarlo para las necesidades de la teoría.

En teoría clásica las cantidades físicas a medir se asocian a simples números, cuyo producto es conmutativo: a*b= b*a . En mecánica cuántica dichas cantidades u observables se asocian a operadores(1) cuyo producto, por el contrario, no es necesariamente conmutativo. Mientras que la física clásica se desarrolla en el espacio ordinario, la mecánica cuántica lo hace en una generalización de este espacio ordinario llamado espacio de Hilbert. Esta generalización permite que operaciones matemáticas intuitivas y fácilmente visualizables en dos y tres dimensiones puedan extenderse a espacios de más dimensiones o, íncluso, a espacios con un número infinito de dimensiones.

Mientras que el espacio ordinario es un espacio vectorial métrico(2), en donde se definen vectores (que podemos identificar como flechitas más o menos largas y orientadas hacia cualquier dirección) como son las fuerzas o las velocidades, en el espacio de Hilbert que tiene infinitas dimensiones los vectores se generalizan como funciones. Las transformaciones que obran sobre los vectores del espacio convirtiéndolos en otros vectores del mismo espacio se llaman operadores(1) . Vectores y operadores tienen propiedades de linealidad: toda combinación lineal, de coeficientes complejos, de vectores es un vector; un operador transforma un vector en otro vector, y toda combinación lineal de vectores, también en un vector. El producto escalar de dos vectores asocia a estos dos vectores un número complejo que depende linealmente de cada uno de ellos. En el espacio ordinario de dos dimensiones si A(a1,a2) y B(b1,b2) son dos vectores, con sus dos coordenadas, el valor a1*b1 + a2*b2 sería el número que expresaría su producto escalar, en base al cual se establece la métrica (2) o la forma de medir en dicho espacio bidimensional.

El formalismo de la teoría cuántica se interesa, por una parte, por los estados del sistema físico y, por otra, por las magnitudes físicas observables relativas a este sistema. Los estados se asocian a los vectores de un espacio de Hilbert y los observables, a los operadores que actúan en este espacio. Un vector del espacio de Hilbert se llama vector propio de un operador cuando la acción de este operador sobre el vector consiste en multiplicarlo por un número llamado propio: (Operador_P) (vector_A) = a0 (vector_A) , siendo a0 el valor propio.

La expresión anterior representa una medida en un sistema cuántico. Al medir el estado del sistema representado por el vector_ A mediante el operador_P hemos encontrado el valor real a0, su valor propio, que corresponde a un observable del sistema representado por el operador. Este observable puede ser una medida de energía, de velocidad, de distancia, etc. El operador más importante de la teoría cuántica es el operador asociado a la energía total del sistema: el hamiltoniano. El total de los valores propios, u observables, del hamiltoniano se llama espectro del sistema. En un sistema atómico, el espectro comprende una serie discreta de valores propios, que se corresponden con los niveles de energía del átomo, nivel fundamental y niveles excitados.

La conmutación y no conmutación de los observables es una de las propiedades más interesantes de la teoría cuántica. Supongamos que dos observables no conmutan, como la posición "q" y el impulso "p", con sus operadores Q y P. Esto significa que no podemos medir el impulso en un estado en que se puede medir la posición, y viceversa. Esta es la expresión rigurosa de la desigualdad de Heisenberg también llamada Principio de Indeterminación.

En la mecánica cuántica una representación de un sistema se define por un conjunto completo de observables que conmutan, y proporciona toda la información susceptible de ser recogida sobre el sistema cuántico.

Lo nuevo respecto a la teoría clásica es que puede haber una segunda representación, es decir, un segundo conjunto completo de observables que conmutan, pero que no conmutan con los de la primera representación. Se dice entonces que las dos representaciones son complementarias. Dependiendo de las magnitudes que midamos (los observables elegidos) tendremos una representación u otra del sistema.

Algo de historia sobre el nacimiento de los espacios de Hilbert:

"¿Quién de nosotros no querría levantar el velo tras el que se esconde el futuro y asomarse, aunque fuera por un instante, a los próximos avances de nuestra ciencia y a los secretos de su desarrollo ulterior en los siglos futuros?".

Así comenzó David Hilbert (1862-1943) su intervención en el Congreso Internacional de Matemáticas celebrado en París en 1900. A continuación planteó 23 problemas que han modelado buena parte del desarrollo de las matemáticas en el siglo XX. Hace 102 años Hilbert era, en contraste con la situación de Einstein durante su annus mirabilis 1905 recién conmemorado, uno de los matemáticos con mayor prestigio y, probablemente, el más influyente.

Por aquellos años, el campo de estudio de Hilbert y sus colaboradores eran las ecuaciones integrales. Los estudiantes de secundaria aprenden que una ecuación es una igualdad entre dos expresiones matemáticas en las que hay un número desconocido, la incógnita, cuyo valor se puede calcular efectuando operaciones. En una ecuación integral la incógnita no es un número, sino una función -una gráfica- cuya fórmula se quiere conocer y que aparece en la ecuación dentro de una integral. En la serie de artículos Fundamentos de una teoría general de las ecuaciones integrales, Hilbert analizó las técnicas introducidas para estudiar estas ecuaciones por Poincaré y Fredholm a finales del XIX, mejorando sus resultados. En el cuarto artículo de esta serie, publicado en 1906, Hilbert prueba que las ecuaciones integrales pueden resolverse como un sistema de infinitas ecuaciones lineales con infinitas incógnitas.

En el bachillerato se estudian los sistemas de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas: tres números ligados por las ecuaciones cuyo valor se desea calcular. Estos números se pueden ver como las coordenadas -largo, ancho y alto- de un punto en el espacio, lo que permite usar herramientas geométricas como ángulos y distancias para resolver el sistema. Lo que hizo Hilbert fue construir herramientas geométricas análogas para un espacio, llamado Espacio de Hilbert, en el que los puntos tienen infinitas coordenadas, no sólo las tres cotidianas.



Como curiosidad, sobre la medida del número de partículas en un estado de Fock:
De acuerdo con la mecánica cuántica el número de partículas de un sistema cuántico, en un estado físico totalmente general, no tiene por qué estar bien definido resultando posible al hacer una medida del número de partículas diferentes resultados. Sin embargo, en ciertos casos el sistema puede tener un estado físico peculiar en el que el número de partículas sí esté totalmente bien definido, los estados en los que eso sucede son precisamente los estados de Fock.

Espacios fibrados y renglones torcidos

Parece que Dios ha necesitado de los renglones torcidos de los fibrados, y de otras sutilezas matemáticas intrincadas, para crear la mecánica cuántica y con ella este mundo, que, sin embargo, nos parece un escrito recto y armonioso.

Si cogemos una cinta por los extremos, realizamos un giro de 180º y unimos dichos extremos, obtendremos lo que se llama una cinta de Moebius. Es un modelo de una superficie con sólo una cara y sólo un borde. La cinta contiene una circunferencia en el centro y podemos pensar que está formada por segmentos iguales que cortan esa circunferencia en ángulos rectos. En cierta forma, podemos verla como un segmento que va girando a medida que lo trasladamos a lo largo de la circunferencia.

La cinta de Moebius es un fibrado, un objeto matemático que consiste en un espacio base, que en este caso es la circunferencia, la fibra, que es la figura que se traslada a lo largo del espacio base, y una información extra, que sirve para definir el objeto o espacio total del fibrado, que en este caso es el ángulo de giro de la fibra, cuando se traslada a lo largo de la circunferencia. El ángulo debe estar relacionado con la forma de la fibra para que éstas se acoplen bien y den el espacio total del fibrado. Cuando la fibra es un segmento, los ángulos posibles son los múltiplos de 180º. Si tomamos como fibra un triángulo equilátero el ángulo de giro debería ser cualquier múltiplo de 120º, y si utilizamos un cuadrado el ángulo sería un múltiplo de 90º.

El paso de la mecánica clásica a la teoría cuántica extiende la base de su formulación a nuevas propiedades de relatividad, de simetría y de leyes de conservación, pero necesita del concepto de fibrado o espacio fibrado. El concepto de espacio fibrado, mucho más rico que el espacio clásico, es lo que realiza de forma natural la extensión al nuevo paradigma cuántico. En física cuántica el espacio fibrado es un encaje de dos espacios, uno llamado base, que es un espacio de puntos, y el otro llamado fibra que es el espacio de los grados de libertad interna de los campos cuánticos. Incluso en los casos más sencillos, la fibra no se reduce a un punto pues un campo cuántico es un campo no de probabilidades, sino de amplitudes de probabilidad (una amplitud de probabilidad es un número complejo cuyo módulo al cuadrado es una probabilidad). La fase en cada punto del espacio-tiempo es un grado de libertad interna y la fibra de un campo escalar es el espacio en el cual se puede cambiar la fase.

La fibra, el espacio interno es difícil de imaginar, pero utilizando el símil de la curvatura que se consigue con el efecto sobre una pelota de ping-pong nos podemos hacer una idea. Además, como la pelota es blanca y pequeña, el espectador no puede apreciar el movimiento circular de la misma que queda reducida a un punto en movimiento. Para los espectadores, todo el espacio contenido en la superficie de la pelota y en su interior se ha convertido en la fibra.

Cuando reflexionaba sobre el tema de este post se me ocurrió lo de los renglones torcidos. Como decía Einstein en una de sus reflexiones filosóficas:"Creo en el Dios de Spinoza que se manifiesta en la ordenada armonía de lo que existe, no en un Dios que se preocupa del destino y de las acciones del ser humano”. Me vino a la mente el dicho popular:" Dios escribe recto en renglones torcidos". Parece que Dios ha necesitado de los renglones torcidos de los fibrados, y de otras sutilezas matemáticas intrincadas, para crear la mecánica cuántica y con ella este mundo, que, sin embargo, nos parece un escrito recto y armonioso.


Para saber más:

- "Las esculturas simbólicas de John Robinson", número 37 de la revista Mètode de la Universidad de Valencia. Autor: Ronnie Brown, University of Wales.

- " La materia-espacio-tiempo", de Gilles Cohen-Tannoudji y Michel Spiro (físico teórico y experimental, respectivamente. El segundo colaboró en el experimento que permitió descubrir, en 1983, los bosones intermedios, necesarios para unificar las interacciones electromagnéticas y nuclear débil).

- " El camino a la realidad", el último libro de Roger Penrose (explica con mucho detalle los fibrados).

Reedición del post del mismo nombre del 13/03/07. Un saludo amigos.

Reflexiones sobre la ciencia para juristas, economistas... y demás gente curiosa

La ciudad de Alejandría, en el norte de Egipto, ha sido una de las ciudades más importantes en relación con la cultura y la ciencia. En su famosa biblioteca, se albergaban infinidad de libros que contenían gran parte del saber del mundo antiguo. Allí se realizaron numerosos descubrimientos por personas de diferentes países. Sin embargo, entonces la ciencia y la cultura eran el privilegio de unos pocos, y los nuevos descubrimientos ni se explicaban ni se popularizaban. La mayoría de la población no tenía la menor idea de lo que estaba sucediendo dentro de aquellos muros, y los resultados de las investigaciones, salvo excepciones, no se traducían en algo útil para aquellas gentes. Por ello, no es de extrañar que nadie acudiese en ayuda de Hypatia de Alejandría cuando los seguidores de Cirilo la asesinaron salvajemente en el año 415. Hypatia, mujer de gran talento y cultura, fue el último científico que trababajó en la biblioteca. Poco después, nadie se preocupó en evitar el incendio y total destrucción de la biblioteca por una muchedumbre enfurecida. La pérdida fue irreparable: la mayor parte de las grandes obras del mundo antiguo desaparecieron para siempre.

Tal vez, los acontecimientos habrían sido otros si los habitantes de Alejandría hubieran sabido que, allí, se estaban sentando las bases de las matemáticas, la física, la astronomía, la biología, la medicina y la literatura. Por eso, es una tarea importantísima para el científico la divulgación de los trabajos que realiza, de esta forma la gente puede entender su esfuerzo e implicarse, en cierta forma, en la aventura que supone la investigación científica.

Los resultados de las investigaciones científicas se han plasmado en avances tecnológicos cuyo desarrollo se inició, fundamentalmente, en el siglo XIX, con la primera Revolución industrial, y se ha incrementado, de forma extraordinaria, en los últimos cincuenta años, con el advenimiento de la electrónica y la informática, soportes indiscutibles de la revolución tecnológica que estamos viviendo. Como decía Karl Popper, filósofo de la ciencia austríaco, en una conferencia pronunciada en el Foro Príncipe de Asturias de la Expo-92:" El trabajo manual exhaustivo, pesado y devastador, que tuvieron que realizar millones de hombres y mujeres ha desaparecido en las sociedades occidentales. Yo pude conocerlo y nadie que no lo hiciera podrá tener idea alguna de la diferencia: esta es la verdadera revolución que debemos al denostado crecimiento de la tecnología."

La ciencia y la tecnología que de ella deriva sigue siendo todavía la gran desconocida, cuando no denostada, como decía Popper. En estos momentos, el conocimiento de los principios de la ciencia y sus implicaciones debería ser una parte esencial en la formación de cualquier persona . Además, hay una serie de elementos en el método científico que son de gran valor en otros aspectos de la vida. El primero y quizá el más destacado sea una visión racional del mundo. Las cosas suceden con arreglo a unas leyes, y, por ello, se pueden conocer y predecir.La física, en particular, y la ciencia en general nos ayuda a pensar en términos cuantitativos, lo que no implica el utilizar matemáticas más o menos complejas, sino más bien el tener una idea aproximada de los órdenes de magnitud de las variables que intervienen en el problema.El segundo elemento es de uso imprescindible en el campo de la investigación; se trata de identificar entre un conjunto, en ocasiones muy amplio, de factores aquellos que tienen una mayor influencia en el fenómeno objeto de estudio. Esta técnica se debería aplicar en otras muchas situaciones, pero no suele utilizarse con demasiada frecuencia.


El tercer elemento se refiere a la belleza, por una parte deberíamos considerar la propia belleza del método científico y la emoción que embarga al investigador en los instantes en que realiza un descubrimiento, y, por otra habría que combatir la idea equivocada al considerar que la ciencia, de alguna manera, le resta belleza a la observación de la naturaleza. El movimiento de los astros no se afea porque conozcamos algo sobre las leyes que lo gobiernan o sobre la composición y estructura de las estrellas y de los planetas. Uno de los físicos más destacados de este siglo, el premio Nobel Richard Feynman, lo expresaba del modo siguiente:!¿Qué clase de hombres son los poetas que pueden hablar de Júpiter como si fuese un hombre, pero permanecen callados si se trata de una inmensa esfera giratoria compuesta de metano y amoníaco?".

Reflexiones interesantes que se plantean en el libro que acabo de leer: "Física para juristas, economistas... y demás gente curiosa". Roberto González Amado. Ed. Crítica. Barcelona 1996.ISBN 84-7423-792-0.
Breve descripción:A través de la física, la más básica de las ciencias de la naturalezam este libro, basado en un curso interdisciplinar que el autor impartió en la Universidad Carlos III de Madrid (es catedrático de física aplicada en dicha universidad), ilustra la esencia del método científico para todas aquellas personas curiosas que estén dispuestas a realizar una lectura paciente y reflexiva. Asimismo, esta obra es imprescindible para los profesores y estudiantes de bachillerato, para los primeros años de las carreras de ciencias e ingeniería, así como para los cursos de humanidades.

Nota al margen: Hoy es el Día de Acción Blog 2008, contra la pobreza en el mundo

Hace algún tiempo, en una sección de opinión de El País de la Comunidad Valenciana, me publicaron una corta y sentida reflexión sobre la pobreza, las guerras, el hambre y la sinrazón. Se llamaba EL POEMA MÁS HERMOSO y recordarlo me parece una bonita forma de celebrar ESTE DÍA:


"Los poemas más hermosos, las más armoniosas teorías matemáticas, la mejor de las músicas o las pinturas más excelsas nunca serán nuestros. Miles, millones de vidas en todo el mundo son tiradas a la cuneta en absurdas guerras. Miles, millones de vidas son truncadas por la intolerancia y la sinrazón. Millones de niños mueren de hambre sin tener la más mínima oportunidad de desarrollo. Cualquiera de los miles de cadáveres anónimos que desfilan por nuestros televisores podría haber sido el próximo Einstein, Miguel Ángel, el próximo Shakespeare... Nunca conoceremos el poema más hermoso. El más grande de los poetas (o de los científicos) yace, víctima precoz, en una fosa común."



La ciencia, en cierta forma, tiene alguna"ventaja" sobre el arte.Es la propia Naturaleza la que nos va "dictando" sus leyes, nosotros las interpretamos y, más pronto o más tarde, llegamos a conocerlas mejor. El buen científico escucha e interpreta el "dictado", que la mayoría no llega a entender, pero si ese científico falla siempre habrá otro que sepa entender el "dictado". El edificio de la ciencia se va construyendo con conocimiento y acumulación de ese conocimiento. El arte se crea y no es acumulativo. Si Miguel Angel o Shakespeare no hubieran llegado a poder expresar su genio nos habríamos perdido SU maravillosa obra.


La historia de uno de los más grandes genios matemáticos tiene que ver, precisamente, con la más extrema pobreza. Nació en el lugar y el tiempo equivocado y sólo por una serie de casualidades consiguió no malograrse. Me refiero a Ramanujan. Un saludo amigos.