Física sin salida

Algunos principios de la física – incluyendo las dos primeras leyes de la termodinámica – parecen invitar a la rebelión. Robert P Crease se pregunta por qué.

Rebeldes con causa

Muchos principios de la física son de la forma “Si tú haces esto, lo que sucederá es eso“. La Segunda Ley de Newton, por ejemplo, dice que la aceleración de una masa concreta será proporcional a la fuerza que se aplique sobre ella. Tales principios implican que ciertos efectos son prácticamente imposibles. Un pequeño número de principios, sin embargo, pertenecen a una categoría distinta. Estos dicen, en efecto, “Lo que no puede suceder”. Tales principios implicar que ciertos efectos son físicamente imposibles.

Notorios ejemplos del último tipo son las dos primeras leyes de la termodinámica. La primera ley dice que la energía no puede crearse ni destruirse (“No puedes ganar”), mientras que la segunda puede exponerse de distintas formas, tales como que el calor no puede transferirse de una cuerpo más frío a uno más cálido o que la entropía de un sistema cerrado siempre se incrementa (“No puedes empatar tampoco”). Otros ejemplos incluyen el Principio de Incertidumbre de Heisenberg y los principios de la relatividad respecto ala imposibilidad de reconocer la velocidad absoluta y la prohibición de viajar más rápido que la luz.

Tales principios a menudo representan ni “una nueva física” sino deducciones de otros principios. Lo que es distinto en ellos es su forma. Y decir que algo es físicamente imposible hace que los científicos tiendan a querer rebelarse.

Sin salida

La física de lo imposible tiene distintos nombres. La física de “olvídate de eso” es uno; física “sin salida” es otro. Hace medio siglo, el matemático e historiador de la ciencia Sir Edmund Whittaker se refirió como “postulados de la impotencia”, la cual afirma “la imposibilidad de lograr algo, incluso aunque podría haber un número infinito de formar de intentar lograrlo “.

“Un postulado de la impotencia “, escribió Whittaker, “no es el resultado directo de un experimento, o de un número finito de experimentos; no menciona ninguna medida o relación numérica o ecuación analítica; es la afirmación de una convicción, que todos los intentos de hacer algo, no importa cómo se haga, está destinado al fracaso”.

Los postulados de la impotencia de esta forma no se parecen a los hechos experimentales ni a las relaciones matemáticas ciertas por definición. No obstante, tales postulados son fundamentales para la ciencia. La termodinámica, dijo Whittaker, puede considerarse como un conjunto de deducciones a partir de sus postulados de la impotencia: la conservación de la energía y la entropía. Podría ser perfectamente posible, argumento, que en un futuro distante cada rama de la ciencia sea capaz de presentarse, como los Elementos de Euclides, basados en sus propios postulados de la impotencia.

Contrarios

Pero la física sin salida es importante para la ciencia por otra razón: atrae a los contrarios. No estoy hablando de los interminables intentos de timadores y naifs se superar las leyes de la termodinámica creando una máquina de movimiento perpetuo. En lugar de esto, me refiero a los físicos serios que buscan en la física sin salida un reto donde buscar lagunas. Buscando estas lagunas, terminan por clarificar los fundamentos de ese campo.

Los físicos contrarios desempeñaron un papel clave tanto en el descubrimiento como en la interpretación del Principio de Incertidumbre. En 1926 Werner Heisenberg estaba fomentando su nueva mecánica de matriz – una aproximación puramente formal a la física atómica – afirmando que los físicos tenían que abandonar toda esperanza de observar las propiedades clásicas tales como el espacio y el tiempo. Pascual Jordan desempeñó el papel opuesto ideando un experimento mental para evitar tales afirmaciones.

Jordan argumentó que si se podía congelar un microscopio al cero absoluto, entonces debería ser posible medir la posición exacta de un electrón, digamos, o el tiempo de un salto cuántico. Esto parece haber inspirado a Heisenberg a pensar sobre la interacción entre el instrumento de observación y la situación observada, lo que le llevó al Principio de Incertidumbre. Jordan, el contrario, forzó a Heisenberg a pensar operacionalmente más que filosóficamente, y para clarificar la física de la situación.

Otro ejemplo de física contraria fue el experimento mental de James Clerk Maxwell que involucraba una diminuta criatura que operase una pequeña puerta en una partición de una caja cerrada. Abriendo y cerrando la puerta, el “demonio” – como fue llamado posteriormente – dejaba todas las moléculas de movimiento rápido en un lado de la partición, violando la segunda ley de la termodinámica consiguiendo que el calor fluyera a ese lado. La discusión de este experimento mental ayudó a clarificar los entonces misteriosos conceptos de la termodinámica.

El punto crítico

Heisenberg escribió en una ocasión, “Casi cada progreso científico ha sido pagado por un sacrificio, por casi cada nuevo logro intelectual tienen que ceder las posiciones y conceptos anteriores. De esta forma, en algún modo, el incremento de conocimiento y la perspicacia disminuyen continuamente la afirmación científica sobre “comprender” la naturaleza”.

Heisenberg exagera este punto: seguramente el avance de la ciencia llega consigo el desarrollo de conceptos más sutiles y complejos que acompañan a los más simples ya existentes. Pero estos conceptos más sutiles y complejos a menudo se producen por aquellos que no están satisfechos con la posibilidad de tener que hacer el tipo de sacrificio que Heisenberg menciona.

La insatisfacción es una fuerza poderosa en la ciencia, y puede surgir de muchas formas. A veces salta desde el sentido de un científico de que una pila de confusos datos experimentales pueden organizarse mejor. En otra época surgía del sentimiento de que una teoría era demasiado complicada y podía simplificarse, o que sus partes no encajaban adecuadamente. Otras insatisfacciones surgen de los desajustes entre las predicciones de una teoría y los resultados experimentales.

La física sin salida produce una especia de insatisfacción, involucrando el choque de la ciencia con nuestros deseos y sueños – de energía sin límites, viajes superlumínico, de inmovilizar cosas en lugares y momentos específicos. Los humanos están unidos con fuerza a tales sueños, y también a rechazar la ciencia que los aleja. Unos pocos se asombran entonces de que de la física sin salida los deja insatisfechos. Pero la ciencia ganará al final.


Autor: Robert P Crease
Fecha Original: 19 de julio de 2007
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