Agujeros, parches, remiendos: una aproximación irreverente a la física teórica
Cosmos
El ser humano es un ser consciente, se da cuenta de que se da cuenta; es capaz de preguntarse por qué es capaz de preguntarse. Eso es precisamente lo que lo hace humano, lo que lo distingue de los animales.
Pues desde que el ser humano lo es, ha existido la filosofía, han existido intentos por explicar el mundo que nos rodea, han existido teorías, unas más elaboradas, otras más simples; unas más bellas, otras más elegantes; estas más generales, aquellas más específicas.
Se podría decir que una teoría científica es una caricatura de la realidad. Es una descripción más o menos burda que pretende describir ciertas características notables de un fenómeno natural. En ocasiones, con el fin de resaltar dichos rasgos, pueden llegar a exagerarse –como lo hacen los caricaturistas con los personajes políticos– a costa de rayar en lo cómico. Las teorías científicas no tienen mucho de cómico –o al menos no lo pretenden– y sí mucho de apasionantes –sin pretenderlo tampoco–. Así es la ciencia. Observa a la realidad, trata de explicarla, de encajonarla –dirían algunos– en cierta cosmovisión, y de emitir conclusiones que sirvan para predecir el comportamiento de la naturaleza.
Un recorrido por estas cosmovisiones es precisamente lo que conocemos como historia de la ciencia. Este camino puede andarse desde diversas perspectivas. Con mucha frecuencia, el divulgador se aprovecha de nuestra empatía y nos engancha al protagonista, contándonos sus desventuras previas, simultáneas o posteriores a su descubrimiento.
Pensemos, por ejemplo, en los fríos que hubieron de sufrir Pierre y Marie Curie en aquel bodegón mientras extraían radio de una montaña de escombro (antes); o que mientras eran ya reconocidos por la comunidad científica internacional, no dejaban de experimentar los síntomas por su exposición a la radiación (durante), o la dramática muerte de Pierre, quien fue atropellado por un carro tirado por caballos (después).
Soy un apasionado de la historia de la ciencia y también lo soy de la divulgación científica, sin embargo, con pena confieso mi ignorancia de la Historia y mi incapacidad para enganchar al lector con relatos que conmuevan. Con más pena todavía, confieso que abusaré de la empatía del lector hacia la ciencia y sus descubridores y la llevaré al límite hasta provocar la antipatía por quien escribe estas líneas. Me disculpo por adelantado. Pero también me lavo las manos si el amable lector decide continuar leyendo pese a esta advertencia. A continuación me burlaré descaradamente de los intentos del ser humano por explicar el mundo que lo rodea, me burlaré de las conclusiones de hombres y mujeres brillantes.
Paréntesis histórico: mi abuelita Toña era la campeona de los remiendos. No puedo olvidar aquel pantalón de mezclilla negro (todos lo veían gris, pero para mí seguía siendo negro) que remendó una y otra vez y que era mi favorito. Mi mamá siempre me dijo que estaba muy feo, pero era mi favorito. Lo mismo me pasa con las teorías científicas. Digan lo que quieran, pero a mí me encantan. Realmente me gustan. Mencionaré algunos ejemplos, y lo haré de la siguiente manera:
En primer lugar presentaré los hechos, ese golpe en la cara que te da la naturaleza cuando en tus propias narices te muestra fenómenos que no comprendes y hasta te parece que la escuchas burlándose de ti; esto es como un tropezón que te hace romperte el pantalón al caer de rodillas, luego tratas de explicar el fenómeno con una teoría que lo único que hace es poner en evidencia tu desesperación, como si al querer tapar el agujero en el pantalón roto le pusieras un parche feo de un color que hace evidente el remiendo. Y, finalmente, decidimos tirar a la basura el pantalón roto y nos compramos uno nuevo, que a veces resulta más feo que el roto.
¿Listos? Aquí van…
ÉTER
Principios del siglo XVIII
1. Los hechos: La luz se refleja en algunas superficies, se refracta al pasar de un medio a otro, forma patrones de interferencia, se difracta al pasar por una abertura pequeña y otras cosas que las ondas –como el sonido, por ejemplo– saben hacer. Si un siglo antes se discutía si la luz era una onda o un chorro de algo, o sea, de partículas, en este momento todo parecía indicar que la luz era una onda. Sin embargo, una onda es una perturbación que se propaga a través de un medio: la pulsación en la cuerda de una guitarra no podría propagarse si no hay cuerda, así como las ondas en la superficie del agua no podrían propagarse sin el agua. El problema es que a estas alturas del partido existía suficiente evidencia de que la luz se propagaba en el vacío…
2. El parche: El vacío no está vacío, está lleno de éter y entonces la luz es una onda que se propaga en el éter que es infinitamente elástico y tiene densidad cero. Analicemos lo que acabamos de decir:
- “El vacío no está vacío”… Sí, vuélvalo a leer, yo lo hice varias veces mientras lo escribía. Creo que Aristóteles se sigue revolcando en su tumba ante tal contradicción a su principio de no contradicción.
- “El éter es infinitamente elástico”… Yo no sé nada de metafísicas ni cosas de esas, pero infinito me suena a cosa que no existe, es más, casi podría afirmar que es un absurdo hablar de algo infinito en la naturaleza. Casi me atrevo a afirmar que natural e infinito no se llevan.
- “Densidad cero”… No, mejor no digo nada, es sólo que me parece un concepto tan… no sé cómo decirlo, tan… tan poco denso.
3. El pantalón nuevo: No necesitamos un medio para que se propague la luz. Tiren el éter a la basura. La luz es una onda e-lec-tro-mag-né-ti-ca, o sea que lo que oscila no es un medio físico, sino los campos eléctrico y magnético, que sí son algo físico pero no los puedes tocar ni ver ni nada, solamente sentir sus efectos. Aristóteles, no es que quiera perturbar tus sueños pero, acá hay gente diciendo que hay cosas que pertenecen al mundo físico pero no los puedes tocar ni ver… ah, y que no son un medio físico, pero que sí pueden oscilar… perdón, perdón, no quise molestarte, sigue descansando.
RELATIVIDAD
Principios del siglo XX
1. Los hechos: Experimento de Michelson-Morley. Entre esas características ondulatorias de la luz que ya hemos mencionado, está la interferencia, esto es: cuando se encuentran dos ondas y coincide el máximo de una con el mínimo de la otra, la suma resultante es cero y no “detectamos” esa onda. En el caso de la luz, esta mutua cancelación se manifiesta como oscuridad. El experimento mencionado consistía en enviar un rayo de luz en dirección Norte-Sur hacia un espejo en donde se reflejaría, y otro haz en dirección Este-Oeste hacia otro espejo. Dado que, por su movimiento de traslación, la Tierra viaja en el espacio en dirección Este-Oeste, cada pulso de luz recorrerá una distancia diferente, ya que uno se mueve paralelo al movimiento de la Tierra y el otro en dirección perpendicular. De manera que uno de los dos pulsos puede llegar e interferir destructivamente con la fuente de luz y veríamos un punto oscuro, mientras que el otro podría llegar e interferir constructivamente y veríamos un punto iluminado. Pero no. Este experimento dio evidencia contundente de que la luz se propaga con la misma velocidad en cualquier dirección, es decir, independientemente del marco de referencia. Si hubiera éter, éste llenaría todo el espacio y sería un marco de referencia fijo, la Tierra se movería a través de él y la velocidad de la luz en una dirección o en otra sería diferente.
2. El parche: No hubo.
3. El pantalón nuevo (tan feo que dan ganas de ir por el viejo y rescatarlo de la basura): La luz se mueve con la misma velocidad (v) para recorrer una distancia (d) en cualquier dirección, independientemente de quién la mida. Y como v=d/t, entonces la única opción es que distancias y tiempo se dilaten o contraigan para que el cociente dé siempre lo mismo.
A ver si entiendo… la velocidad de la luz, es decir, cuántos metros recorre en un segundo, es algo constante, aunque los metros no siempre sean los mismos metros, ni los segundos siempre sean los mismos segundos…
DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA
Principios del siglo XX
1. Los hechos: El experimento de la doble rendija, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, etc. El electrón parece comportarse a veces como onda y la luz a veces parece comportarse como partícula.
2. El parche: El agujero es tan grande que haremos un pantalón de puros retazos.
3. El pantalón nuevo: La naturaleza está cuantizada (como los primeros videojuegos todos pixelados). El electrón está aquí y allá al mismo tiempo, el gato vivo y muerto al mismo tiempo.
Perdonen que insista pero, ¿qué hay del principio lógico aquel de Aristóteles de que algo no puede ser y no ser al mismo tiempo? Pues si en gran medida la cultura occidental (y con ella el método científico) se basó en la filosofía de Aristóteles, y en su lógica. Sí, está bien, ya lo sé, ya me debo ir olvidando de ese principio…
RELATIVIDAD
Principios del siglo XX:
1. Los hechos: Experimento de Michelson-Morley. Entre esas características ondulatorias de la luz que ya hemos mencionado, está la interferencia, esto es, cuando se encuentran dos ondas y coincide el máximo de una con el mínimo de la otra, la suma resultante es cero y no “detectamos” esa onda. En el caso de la luz, esta mutua cancelación se manifiesta como oscuridad. El experimento mencionado consistía en enviar un rayo de luz en dirección Norte-Sur y de regreso, y otro haz de luz en dirección Este-Oeste y de regreso. Dado que, por su movimiento de traslación, la Tierra viaja en el espacio en dirección Este-Oeste, cada pulso de luz recorrerá una distancia diferente, ya que uno se mueve paralelo al movimiento de la Tierra y el otro en dirección perpendicular. De manera que uno de los dos pulsos puede llegar e interferir destructivamente con la fuente de luz y veríamos un punto oscuro, mientras que el otro podría llegar e interferir constructivamente y veríamos un punto iluminado. Pero no. Este experimento dio evidencia contundente de que la luz se propaga con la misma velocidad en cualquier dirección, es decir, independientemente del marco de referencia. Si hubiera éter, éste llenaría todo el espacio y sería un marco de referencia fijo, la Tierra se movería a través de él y la velocidad de la luz en una dirección o en otra sería diferente.
2. El parche: No hubo.
3. El pantalón nuevo (tan feo que dan ganas de ir por el viejo y rescatarlo de la basura): La luz se mueve con la misma velocidad (v) para recorrer una distancia (d) en cualquier dirección, independientemente de quién la mida. Y como v=d/t, entonces la única opción es que distancias y tiempo se dilaten o contraigan para que el cociente dé siempre lo mismo.
A ver si entiendo… la velocidad de la luz, es decir, cuántos metros recorre en un segundo es algo constante, aunque los metros no siempre sean los mismos metros, ni los segundos siempre sean los mismos segundos…
DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA
Principios del siglo XX:
1. Los hechos: El experimento de la doble rendija, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, etc. El electrón parece comportarse a veces como onda y la luz a veces parece comportarse como partícula.
2. El parche: el agujero es tan grande que hagamos un pantalón de puros retazos.
3. El pantalón nuevo: La naturaleza está cuantizada (como los primeros videojuegos todos pixelados). El electrón está aquí y allá al mismo tiempo, el gato vivo y muerto al mismo tiempo.
Perdonen que insista pero, ¿qué hay del principio lógico aquel de Aristóteles de que algo no puede ser y no ser al mismo tiempo? Pues si en gran medida la cultura occidental (y con ella el método científico) se basó en la filosofía de Aristóteles, y en su lógica. Sí, está bien, ya lo sé, ya me debo ir olvidando de ese principio…
LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO
Principios del siglo XX
1. Los hechos: La relatividad general sí funciona, predice que la luz se curva cuando pasa cerca de una estrella.
2. Más hechos: Einstein le echa números y se da cuenta de que sus ecuaciones predicen que el espacio-tiempo se está expandiendo.
3. El parche: Entonces, mientras ustedes y yo fuimos a servirnos otra taza de café, Einstein le metió una constante a la teoría para que el Universo fuera estático porque… pues… pues porque tiene que estar estático, ni modo de andar pensando locuras.
4. Más hechos: Edwin Hubble observa el corrimiento hacia el rojo (las estrellas y galaxias se alejan unas de otras), en otras palabras, el Universo se está expandiendo.
5. ¡Vámonos por un pantalón nuevo!: Díganle a Einstein que le quite su constante, estaba bien, esto se está inflando, ¿y si pensamos de reversa? Ah, pues todo empezó en un frijolito y luego explotó cuando diosito tronó los dedos… “shhh, no le digan a todos estos eso último porque la mayoría son ateos y yo soy sacerdos in aeternum”, dijo Lemaitre.
Y ahora tenemos a muchos físicos preguntándose sobre cosas que ocurrieron antes del frijolito, o si hay otros frijolitos fuera de este mundo físico, o sea, haciéndose preguntas más allá de lo físico –meta en latín–. Y a los filósofos –quizás con razón– reclamando la propiedad sobre este terreno de ideas, llamado metafísica… Sólo espero que no vayan a la oficina del Registro Público de la Propiedad porque resulta que también las preguntas sobre el mundo físico les pertenecen a ellos desde hace mucho tiempo…
ENERGÍA Y MATERIA OSCURA
Principios del siglo XXI
1. Los hechos: No salen bien las cuentas, las galaxias giran más rápido de lo que debieran, como si tuvieran más masa, “¿y dónde está?” “no sé, no la veo”.
2. El parche: “Ah, pues si no la ves, entonces es materia oscura”. No interactúa con la radiación electromagnética… listo, ya salen las cuentas.
3. Más hechos: Otra vez no salen las cuentas. El universo se está expandiendo mucho más rápido de lo que se supondría, considerando la materia oscura que debería frenar la expansión. Es más, parece como si algo lo empujara…
4. El pantalón nuevo hecho de los retazos que resultaron de la confección de aquel otro que hicimos de retazos: “Ah, pues ahora agrégale una ‘energía oscura’, que sea la que empuje la expansión”. “¿Energía oscura?” “Sí, o sea, es como materia, pero llámale ‘energía’ para no confundirla con la otra”… listo, ya salen las cuentas. Apúntale: de todo lo que hay en el universo, 70% es energía oscura (eso que no entiendes), 25% materia oscura (eso que no ves), y el 5% los protones, neutrones, electrones y todas esas otras cositas que conoces aunque tampoco veas.
Aquí sí que resucitaron Sócrates y Platón por el gusto de escuchar con tal resonancia el “sólo sé que no sé nada”.
Principios del siglo XXI:
A estas alturas del partido, si alguien me dijera que el vacío no está vacío, sino lleno de fluctuaciones cuánticas en las que ondas electromagnéticas coexisten con partículas que aparecen y desaparecen… o si alguien más me dijera que las partículas no son partículas sino cuerditas, o peor aún, otras cositas más incomprensibles para las que ni siquiera hay un término y por esa razón se recogió de la basura un pedazo de la palabra membrana. O si alguien más me dijera que el éter no existe, pero sí un campo que permea todo el espacio y que es el responsable de que las partículas tengan masa… si alguien se atreviera a salirme con una ocurrencia de esas en pleno siglo XXI, no tendría más remedio que decirle: “hola colega, gusto en conocerte”.
Vórtice, enero-mayo 2021 es una publicación trimestral digital editada por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), a través de la Dirección de Publicaciones y Divulgación, Edificio 59 (Facultad de Artes), Campus Norte. Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62209, Cuernavaca, Morelos, México. Teléfono +52 777 329 7000, ext. 3815. Correo: revistavortice@uaem.mx. Editora responsable: Jade Gutiérrez Hardt. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2014-070112203700-203, ISSN 2395-8871, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor.
Responsable de la última actualización de este número: Roberto Abad, Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62209.
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