“La evolución de la física”, una lectura clave en el pensamiento científico

“La evolución de la física”, una lectura clave en el pensamiento científico

La evolución de la física es un libro escrito por Albert Einstein y Leopold Infeld, muy pedagógico, de gran interés e innegable rigor. Yo leí la versión en catalán, publicada por Edicions 62 a cargo de David Jou y con una magnífica traducción de Humbert Padellans. La versión en español está editada por Salvat, en su colección Biblioteca científica. Originalmente se escribió en inglés: The Evolution of Physics.

La propia historia del libro es interesante. Leopold Infeld era un científico polaco, hijo de familia judía, que quería hacer un doctorado sobre las ondas electromagnéticas en relatividad general, recorriendo así el camino que había abierto Einstein: en 1936 se trasladó a Princeton para trabajar con él. A un cierto punto, Infeld se quedó sin financiación, y sus colegas y amigos polacos le recomendaron que sobre todo no volviera a Europa. Einstein, que ya era muy reputado en aquel entonces, intentó mediar para conseguirle algún proyecto, y ante la falta de recursos de la Universidad de Princeton, a Infeld se le ocurrió una solución atrevida: escribir un libro junto con Einstein, un libro de divulgación. El padre de la relatividad era muy famoso y el libro podría tener éxito. Einstein propuso un libro popular que explicara las principales ideas de la Física moderna: nada de fórmulas. “Las ideas fundamentales siempre se pueden explicar con palabras”. La evolución de la física, publicado por primera vez en 1938, tuvo un éxito inmediato y permitió a Infeld quedarse unos años más en América.

 

Figura 1: Portada de la edición en catalán, L’evolució de la física, editada por Edicions 62.

 

Los modelos científicos aparecidos a lo largo del siglo XX a raíz del derrumbe de la física clásica, esto es, la relatividad y la mecánica cuántica, han despertado gran fascinación a todo el mundo.

Es muy habitual sentir curiosidad por estas ramas de la ciencia, intrigados por películas o cómics que hacen referencia a ellas, asombrados tras haber visto algún documental, sorprendidos ante la realidad descrita por estos modelos: ¿qué es eso de que dos eventos pueden ser simultáneos o no según quién los observe? ¿cómo es posible que un electrón pase por dos rendijas a la vez? ¿qué viene a ser eso de que el tiempo y el espacio son relativos, y que la masa aumenta si un cuerpo va más rápido?

 

Figura 2: Portada de la edición en castellano, La evolución de la física, editada por Salvat.

 

Hay gente (yo en mi entorno conozco muchos casos) con nivel cultural alto, estudios superiores, doctorado… convencidos de la importancia del conocimiento científico y su difusión entre la sociedad, pero a quienes no se les ha presentado la oportunidad de adentrarse en este terreno tan pantanoso (que es un poco lo que nos proponemos en Reciencia). A este público, con una sólida formación humanista, capaces de leer textos densos pero incapaces a corto plazo de traspasar la barrera que suele suponer la formulación matemática a quien no está avezado a ella, yo recomendaría encarecidamente esta lectura.

La evolución de la física es, por tanto, un libro pensado para un público general pero no es, a mi juicio, para todos los públicos. Es relativamente denso y exhaustivo, aunque no es muy largo (alrededor de 240 páginas) y no requiere ningún conocimiento inicial de ciencia. Requiere, eso sí, una lectura atenta, una considerable capacidad de abstracción y un notable razonamiento lógico. Un libro donde se explica con palabras cuáles son las leyes de la física y cómo han ido transformándose, todo ello sin matemáticas y sin fórmulas.

La primera parte del libro se titula El nacimiento de la concepción mecánica. Ahí se explica qué es la física moderna, inaugurada por Galileo y consolidada por Newton. Se presentan conceptos como posición, velocidad, aceleración, masa, fuerza, energía… y la relación entre sí, predicha por las leyes de la mecánica. Se explica qué es la invariancia galileana, según la cual las leyes de la física deben ser las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales, esto es, igualmente válidas para todos los cuerpos que estén quietos o se muevan a una velocidad constante. Para adaptar las mediciones de un sistema de referencia inercial a otro bastará hacer una transformación de Galileo, sumando o restando velocidades. Dicho con un ejemplo: si yo voy en coche por la autopista a 100 km/h y me adelanta un coche a 120 km/h, si yo mido la velocidad del coche que me adelanta veré que me rebasa a 20 km/h. Y la descripción no es mala, porque al cabo de una hora lo tendré 20 km más lejos. Al revés ocurre lo mismo: si yo viajo a 100 km/h y por el carril opuesto viene un coche a 100 km/h, yo lo veré alejarse a 200 km/h (y, en verdad, al cabo de una hora estaremos separados 200 km). Por lo menos, esta es la versión de los hechos en la escala de velocidades a la que los humanos estamos habituados, y en nuestra experiencia cotidiana nos parece razonable e intuitivo.

Sin embargo, en la segunda parte del libro, La decadencia de la concepción mecánica, la física evoluciona hasta dar con fenómenos que no cuadran con esta explicación. Para empezar, se descubrió la relación entre electricidad y magnetismo. Si movemos una carga eléctrica, se genera un campo magnético; si un imán se mueve, se genera una corriente eléctrica. Bien, este descubrimiento conlleva que las leyes de la física no se cumplen igual en todas partes. Si un electrón se mueve a velocidad constante, crea un campo magnético. Pero si el electrón está quieto y soy yo el que se mueve, ¿ya no? La invariancia galileana empezaba a tambalearse.

En la tercera parte, El campo y a relatividad, se abordan las mediciones de la velocidad de la luz y se sientan las bases de la relatividad. No pretendemos abundar en ello, ¡para eso está el libro! Simplemente, a modo de teaser, anticiparemos que la velocidad de la luz es la misma se mida desde el sistema de referencia que se mida. Así, si alguien viaja en tren, y desde el centro del vagón dispara un rayo de luz hacia sendos extremos del vagón (parte superior de la Figura 3) verá como la luz llega simultáneamente a cada extremo. Sin embargo, otro observador que está fuera del tren (parte inferior de la figura 3) verá que el rayo de luz llega antes a un extremo que a otro. Así, dos sucesos que para el observador de dentro del tren ocurren a la vez, para el observador externo no son simultáneos.

Si bien es cierto que estas discrepancias solo son relevantes con velocidades cercanas a las de la luz (y que, por tanto, en un tren no lo apreciaríamos) el concepto no deja de ser sorprendente. Se suele oír la frase de que Einstein dijo que todo es relativo. No es cierto, todo no, precisamente la velocidad de la luz es absoluta, siempre se observa la misma. Esto obliga a que espacio y tiempo sean relativos. Dicha conclusión no es un capricho de las ecuaciones ni de las matemáticas, sino que responde a la tozuda realidad: cuando medimos la velocidad de la luz siempre obtenemos el mismo resultado, independientemente de si nos movemos o no. El resultado empírico de esta medición, y no otra cosa, obliga a replantear los conceptos de espacio y tiempo, y a concluir que ni el uno ni el otro se miden igual ni discurren igual para quien está dentro del tren que para quien está fuera.

 

Figura 3. Arriba, visión esquemática de un observador en el centro de un vagón en marcha. Ha disparado dos rayos de luz, y estos llegarán a la vez a cada extremo del vagón. Abajo, visión esquemática de un observador fuera del tren que se mueve a una velocidad v. El observador externo verá que la luz llega primero a un extremo del vagón y después al otro. Ello exigirá cambiar los conceptos de espacio y de tiempo.

 

Finalmente, en la cuarta parte del libro, Los cuanta, se presentan los fenómenos físicos que llevaron a la mecánica cuántica. Recordemos que el premio Nobel que ganó Einstein fue por el efécto fotoeléctrico, que fue el empujón que desencadenó el desarrollo de la cuántica, y no por su teoría de la relatividad. Einstein fue escéptico con la idea de la incertidumbre que presenta la cuántica, pero nos alumbra con el state-of-the-art de aquel momento, las dificultades que se encontraron y cómo se estaban resolviendo.

Tal como lo clasifica Edicions 62, La evolución de la física es un clásico del pensamiento moderno, un libro imprescindible para entender la cultura y el conocimiento. Id preparando, si os atrevéis, una buena butaca y unas cuantas tazas de café.

 

Marc Nadal Ferret (Tarragona, 1986)
Físico, máster en química teórica y computacional y doctor en química por la Universitat Autònoma de Barcelona. Tiene un gato en casa, rompedor (el gato), con ideas propias (el gato) y, según la última medición, 100% vivo (tanto él como el gato). Aficionado a la lingüística, a las humanidades, a la cerveza y a los viajes.
Claves para entender el Nobel de Química 2017

Claves para entender el Nobel de Química 2017

¿Pensáis que la ciudadanía tendría que estar más enterada de los progresos de la ciencia? ¿Pontificáis ante vuestros familiares y amigos que el gobierno tendría que meter más pasta en investigación? ¿Sois profesores de secundaria y les habláis a los alumnos de la importancia de los avances científicos? ¿Os pasa todo esto pero luego os dais cuenta de que no tenéis ni idea de avances como, por ejemplo, el Nobel de química de este año? No os preocupéis, yo tampoco tengo ni idea, pero os propongo un itinerario más o menos llano y asequible a través del cual podamos entender un poco de qué va el tema (y si no quedáis satisfechos, en la propia web de la Academia se encuentra información más divulgativa y más avanzada del premio). (más…)

Marc Nadal Ferret (Tarragona, 1986)
Físico, máster en química teórica y computacional y doctor en química por la Universitat Autònoma de Barcelona. Tiene un gato en casa, rompedor (el gato), con ideas propias (el gato) y, según la última medición, 100% vivo (tanto él como el gato). Aficionado a la lingüística, a las humanidades, a la cerveza y a los viajes.
La detección de ondas gravitacionales se lleva el Nobel de Física 2017

La detección de ondas gravitacionales se lleva el Nobel de Física 2017

El Premio Nobel de Física 2017 no ha sido ninguna sorpresa. Desde que la colaboración LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) anunció el 11 de febrero de 2016 la detección por primera vez de ondas gravitacionales, estaba cantado que el hallazgo se llevaría el ansiado galardón. Solo faltaba saber cuándo. (más…)

Científico y músico aficionado. Me encanta descubrir nuevas cosas, aprender sobre ellas y compartirlo.
Premios Nobel 2017

Premios Nobel 2017

Empezamos octubre y en ReCiencia no podemos dejar de hablar de los Premios Nobel, que están siendo anunciados a lo largo de esta semana. Hoy mismo se ha desvelado el ganador del Nobel de Literatura 2017, Kazuo Ishiguro, mañana será el turno del Nobel de la Paz y, el próximo lunes le tocará al de Economía.

Tradicionalmente los premios de ciencias son los primeros en anunciarse, empezando por el de Medicina o Fisiología, que se anunció el lunes, seguido de los de Física y Química. El equipo de ReCiencia ya está trabajando en artículos dedicados a cada uno de ellos para contaros, de forma comprensible pero rigurosa, en qué consisten y que repercusión tienen las investigaciones galardonadas. Mientras tanto, os dejamos los anuncios oficiales:

Premio Nobel de Medicina o Fisiología 2017

Concedido a partes iguales a Jeffrey C. Hall, Michael RosbashMichael W. Young, por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano.

Premio Nobel de Física 2017

Concedido a científicos de la colaboración LIGO/VIRGO (la mitad del premio para Rainer Weiss, la otra mitad a medias entre Barry C. Barish y Kip S. Thorne), por  sus contribuciones decisivas al detector LIGO y a la observación de ondas gravitacionales.

Premio Nobel de Química 2017

Concedido a partes iguales a Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson, por desarrollar la microscopía crio-electrónica para determinar la estructura de biomoléculas en solución.

 

 

Científico y músico aficionado. Me encanta descubrir nuevas cosas, aprender sobre ellas y compartirlo.
Lecturas de este verano: Desayuno con partículas

Lecturas de este verano: Desayuno con partículas

En medio del sopor veraniego, nada mejor que un libro sobre física cuántica para leer en la playa con una cerveza fría en la mano. En Desayuno con partículas (Plaza & Janés, 2013) la doctora Sonia Fernández-Vidal, investigadora, divulgadora y novelista nos lleva, de la mano del escritor Francesc Miralles, por un recorrido fascinante y algo caótico por el mundo de la física cuántica, que me ha recordado vagamente a Alicia en el país de las maravillas. El libro relata correos electrónicos, viajes temporales hacia los hitos de la ciencia, viajes al submundo cuántico con gatos vivos y muertos, universos paralelos y casinos cuánticos, y finalmente viajes geográficos reales y actuales a conferencias, cenas, congresos, desayunos y al mismo CERN. Esta estructura alocada del libro, con alternancia de narradores y de estilos, lejos de volverlo más farragoso, le dan agilidad, permiten explorar visiones diferentes y salpimentarlos mejor con fábulas, supuestos y anécdotas.

Las explicaciones no son muy pormenorizadas y lógicamente no permiten una comprensión profunda de cómo se pergeñó la física moderna –ni es el objetivo que se persigue– pero son rigurosas y no incurren demasiado en simplificaciones.

El libro empieza describiendo la evolución de la ciencia con tres visitas fugaces a Aristóteles, Kepler y Newton. La cuántica se nos introduce tal como vino al mundo, o sea, a partir de la dualidad onda-partícula de la luz. En el momento en que se demuestra que la luz es una onda y también que es una partícula, empiezan las paradojas, las interpretaciones y el desconcierto. Las fábulas pueden resultar esclarecedoras, y sin duda son divertidas –a mi me gustó particularmente el asombroso casino cuántico. No en vano, la cuántica ha sido y es todavía un referente potente en la cultura popular.

Conviene destacar que se hace énfasis en la diferenciación –necesaria– entre la realidad y el modelo. La existencia de universos paralelos, o el hecho de que las partículas pasen por dos agujeros al mismo tiempo hasta que no las medimos, son interpretaciones filosóficas de unos unos hechos que, de otra manera, no podemos explicar, pero que la ciencia puede predecir bien. Los puntos de vista al respecto los reflejan unos personajes que son palíndromos de Bohm, Bohr, Everett y Zurek, en una cena en la frontera entre la física y la filosofía.

Finalmente, se explica sucintamente el Modelo Estándar, culminando con el descubrimiento del bosón de Higgs y sus implicaciónes, así como los retos que afronta actualmente la física, sobre todo la unificación de las fuerzas y la conciliación de la relatividad con la mecánica cuántica.

Cuando me enfrasqué en la lectura de este libro yo tenía, por una parte, mucha curiosidad puesto que ha sido un éxito de ventas y la autora ha alcanzado un notable prestigio en el mundo de la divulgación. Sin embargo, por otra parte albergaba un cierto temor a que la mano de Francesc Miralles, conocido escritor de libros de autoayuda, llevara el texto a otros derroteros como la motivación, la inteligencia emocional o la ciencia para ser feliz, seguramente bienintencionados, pero que se alejan de lo que entendemos que debe ser la divulgación científica.

Afortunadamente, este temor ha sido, por lo que a la mayor parte del libro repecta, bastante infundado, aunque con alguna excepción. No hay duda de que aceptar las revoluciones científicas  en general, y la cuántica en particular, implica cambiar esquemas y concepciones previas. Ello requiere un pensamiento creativo y flexible, y actitudes como no apegarse demasiado a unas ideas por mucho que puedan gustarnos. Pero en algunos puntos el libro abunda demasiado en la apología del pensamiento lateral y pone algunos ejemplos sobre nuestros prejuicios y nuestra fe en nosotros mismos que van más allá de la investigación científica e intersectan con la superación personal. Aun así, no se pierde de vista el objetivo principal del libro, que acaba resultando ameno y fácil de leer. Una buena lectura.

Marc Nadal Ferret (Tarragona, 1986)
Físico, máster en química teórica y computacional y doctor en química por la Universitat Autònoma de Barcelona. Tiene un gato en casa, rompedor (el gato), con ideas propias (el gato) y, según la última medición, 100% vivo (tanto él como el gato). Aficionado a la lingüística, a las humanidades, a la cerveza y a los viajes.
La tierra plana: ¿y si fuera verdad?

La tierra plana: ¿y si fuera verdad?

Escépticos con la esfericidad de la Tierra los ha habido siempre, aunque no tanto como algunos piensan. Al parecer, contrariamente a lo que reza la creencia generalizada, la población ilustrada de la Edad Media ya sabía que la Tierra era una esfera (aunque, eso sí, el planeta azul debía ser el centro del universo).  Aun así, la idea de una Tierra plana ha tenido y tiene algún defensor, entre los cuales destaca la Flat Earth Society (FES).

Actualmente la defensa de una tierra plana, a pesar de ser una idea minoritaria, ha tenido una cierta eclosión en las redes. Si nos fijamos en la popularidad del término Flat Earth en internet a lo largo del tiempo (Figura 1), este alcanzó un auge después de que el suplemento científico del The Guardian publicara un reportaje sobre este resurgimiento tan peculiar.

 

Búsqueda de “Flat Earth” en Google Trends.

Figura 1. Búsqueda de “Flat Earth” en Google Trends. En el gráfico, el índice de popularidad (siendo 100 la popularidad máxima del término en ese momento) por tiempo. Se puede ver como a partir del 2015 ha habido un crecimiento considerable.

 

En marzo de 2017 el término Flat Earth tuvo otro pico de popularidad: el exjugador de la NBA Shaquille O’Neal sostuvo, en una entrevista radiofónica, que estaba convencido de que la Tierra era plana. Decía que él había ido en avión por todos los Estados Unidos y aquello se veía muy llano. Al cabo de unos días dijo que se había tratado de una broma.

La mayoría de los defensores de una tierra plana sostienen que el planeta tiene forma de disco, con el polo norte en el centro, siendo la Antártida una gran barrera de hielo que impide que caigamos al espacio exterior (Figura 2).

 

Mapamundi de la Tierra según los defensores de la tierra plana.

Figura 2: Mapamundi de la Tierra según los defensores de la tierra plana.

 

Con este modelo consiguen rebatir con algo de coherencia lo primero que se les suele preguntar: si la tierra es plana, ¿cómo no se caen los barcos al espacio? Lo segundo que se les suele preguntar es sobre la gente que ha dado la vuelta al mundo: esta es fácil, han girado alrededor del disco. Según dicen, que puedas dar una vuelta a tu barrio no significa que tu barrio sea esférico.

La Flat Earth Society tiene un sitio Wiki donde expone y defiende su teoría con todo lujo de detalles. Intentan rebatir a Eratóstenes, que midió la sombra de un palo a la misma hora del día en latitudes diferentes: las mediciones diferentes demostraban que el sol incidía con ángulos diferentes (incluso, con es diferencia y la distancia entre ciudades, llegó a calcular el diámetro terrestre con bastante precisión). Según la FES el sol es una esfera relativamente pequeña, que incide sobre todo en las zonas “ecuatoriales” pero que cuando se aleja se deja de ver y se alterna con la luna, como se ve en la figura 3. Un modelo así también presentaría ángulos diferentes en “latitudes” (radios) diferentes.

 

Modelo de la FES de la tierra plana, el sol y la luna.

Figura 3. Modelo de la FES de la tierra plana, el sol y la luna, que supuestamente explicaría la alternancia entre el día y la noche.

 

El modelo de la FES llega a negar datos empíricos: según dicen, no es cierto que la parte inferior de los barcos se oculte primero en el horizonte. También niegan la credibilidad de las imágenes de la NASA de la Tierra, las misiones espaciales o las expediciones a la Antártida. Con ello no demuestran sino nuestra tendencia al conformismo, porque las imágenes del espacio o de la Antártida pueden requerir, aunque justificado, un acto de fe; pero conseguir un par de prismáticos está al alcance de cualquier escéptico empedernido.

Más allá de las lagunas (espero que más o menos evidentes) que deja este modelo, hay que reconocer que su idea, por muy extravagente que sea, no se elabora en una tarde. Hay cantidad de preguntas frecuentes respondidas, supuestas mediciones, vídeos en Youtube… Ello hace pensar en gente que sabe algo o bastante de física y tiene muchas ganas de pasárselo bien. Es más, en algunos vídeos de internet aprovechan las dudas y retos de la ciencia sobre qué es la gravedad y como conciliarla con el resto de la física –e introducen referencias poco pertinentes a la curvatura del espacio-tiempo–, para dejar la impresión de que ni los mismos científicos lo tienen claro. Como suele pasar en estos casos, todas este argumentario viene aliñado con teorías conspiratorias de orden mundial.

Yo confieso que me divierto mucho en Twitter leyendo algunas discusiones y viendo cómo algunos científicos de buena fe se desesperan, algo que tal vez sirva para alentar a los ideólogos de la Flat Earth a seguir con sus batallas, sean burdos engaños o un simple divertimento.

No nos extenderemos más sobre las virtudes o miserias del modelo de la tierra plana. El objetivo de este artículo no es explicar al personal si la tierra es plana o no. Tampoco es mi propósito hablar de la propaganda, la información, la postverdad, etc. Quedémonos con lo positivo: en internet está aflorando información para todos los públicos que nos explica por qué la tierra es esférica. Pero antes de leerla, pensadlo vosotros: ¿por qué la tierra no es plana? ¿podría ser que todo fuera un engaño? Si la FES estuviera en lo cierto, ¿su modelo sería coherente? ¿qué fallaría? Hay algo en lo que la FES podría tener razón: es demasiado frecuente el creer lo que nos dicen a pies juntillas, como verdades incuestionables. Demostrémosles que también en eso se equivocan.

Marc Nadal Ferret (Tarragona, 1986)
Físico, máster en química teórica y computacional y doctor en química por la Universitat Autònoma de Barcelona. Tiene un gato en casa, rompedor (el gato), con ideas propias (el gato) y, según la última medición, 100% vivo (tanto él como el gato). Aficionado a la lingüística, a las humanidades, a la cerveza y a los viajes.