Indice
1.
Motivación para escribir.
2.
Introducción
3. Ciencia y
Religión
4. Para que sirven las
matemáticas
5. Materia y
átomos
6.
Gravedad
7. La
Cuántica
8.
Simetría
9.
Espacio-tiempo
1. Motivación
para escribir.
El motivo de este, mi segundo "paper" acerca de temas
científicos, apunta a escarbar en cierta bibliografía de un
físico teórico neoyorquino ya desaparecido, quien
aparentemente, e intento confirmarlo a través de las
lecturas de algunas de sus obras, fue uno de los más
importantes de este siglo, habiendo sido comparado con hombres de
la magnitud de Albert
Einstein.
En realidad mi interés
por saber y leer mas acerca de su persona y sus
trabajos, surgen de algunas de sus ideas más
filosóficas que científicas las cuales a mí
me han llamado la atención. También me intereso por su
tarea como maestro de algo tan complejo como es la ciencia. A
pesar de esta complejidad, pudo crear un ámbito de gran
cariño por parte de sus alumnos, lo cual, a mi criterio,
habla muy bien de la persona, porque a
pesar de su grado superior de conocimientos, esto no lo ha
inhibido para que pueda humildemente comunicarse con otros y
enseñar.
Nuevamente, debo aclarar que este trabajo será una
recopilación de aquellas ideas y conceptos, muchos de
estos científicos, que a mí me impactan. Intentare
que los mismos tengan una ilación conceptual, que permita
al que lea este trabajo adquirir o reforzar ciertos conocimientos
acerca de los temas que aquí se desarrollaran. Es decir
este escrito tendrá mas las características de un ensayo
científico, que de una novela o historia de vida. Siempre
por supuesto sujeto a mis limitaciones, no solo acerca de mi
comprensión de los conceptos científicos, sino
también de mis habilidades como escritor.
La bibliografía a partir de la cual encaro
este intento es la siguiente:
El carácter
de la Ley Física. R.P.
Feynman.
The pleasure of finding things out. R.P. Feynman.
QED. The strange theory of light and matter. R.P.Feynman.
Six easy pieces. R.P.Feynman.
Six not-so-easy pieces. R.P.Feynman.
Are you joking Mr. Feynman? R.P.Feynman
The Meaning of It All. R.P.Feynman
El comportamiento
de la Naturaleza
Lo primero que captura mi interés y
también admiración por la persona de Richard P.
Feynman, fue lo que el mismo expresa en su libro QED
(Quantum Electrodynamic). Este libro
surgió a partir del interés que tenia la mujer de un
amigo de Feynman por conocer y saber que es lo que los
físicos teóricos estudian. Dado que esta persona-
Alix G. Mautner- tenia una carrera en Literatura inglesa, sus
posibilidades de captar el rigor científico y el lenguaje
matemático de la física eran tal vez
nulas. No obstante esto, Feynman, menciona en este libro su
interés por poder acercar
a personas comunes todo aquello que hace a sus quehaceres y
conocimientos científicos, aquellas cosas que los
físicos han podido conocer acerca de cómo se
comporta la Naturaleza. La
parte donde Feynman dice quedar colgado por lo locas de las
ideas, es lo que para el es lo mas interesante: la mecánica cuántica. Es así que
le dice a su amiga su intención de preparar algunas clases
o lecciones que por supuesto le tomaran mas de una hora
explicarlas, acerca de este tema. Se lanza en este proyecto con unas
lecciones que luego presento y expuso en Nueva Zelanda donde las
mismas resultaron exitosas. Estas fueron luego recopiladas en el
libro mencionado.
Feynman aclara que lo que intenta explicar no es aquello que aun
no se conoce, es decir no hará una elucubración de
algo que ronda en su cabeza, sino que hablara de lo que si se
conoce y se ha comprobado totalmente, porque dice que esto es
maravilloso.
Si bien más adelante se desarrolla el tema especifico de
estas lecciones acerca de la interacción de la luz con la
materia (los
electrones), quiero aquí ir al núcleo de lo que me
fascino de Feynman. Él le dice en la introducción a su audiencia que si bien ya
saben de lo que se trataran las charlas, surge la pregunta si
entenderán algo de lo que se diga. Agrega también
que lo que él expondrá es lo que enseña a
sus alumnos en el tercero o cuarto año de la escuela para
graduados. ¿Cómo podrán entonces entender,
siendo que nadie tiene conocimientos científicos
avanzados? La respuesta es simple: no entenderán mucho o
tal vez nada…!!, pero no deben preocuparse porque tampoco los
alumnos entienden, y esto se debe a que el maestro-Feynman-
tampoco entiende: "Nobody does!!!" dice Feynman.
Llegado a este punto Feynman se extiende acerca del concepto de
"entender". Uno puede no entender porque el lenguaje
utilizado es malo, o porque se usen palabras cuyos conceptos
científicos sean diferentes al que entiende el
común de la gente, tales como energía, o
acción, o trabajo, o incluso luz. Pero la
razón más profunda del no entendimiento,
habiéndose superadas las causas anteriores, reside en que
si bien Feynman esta describiendo COMO la Naturaleza
trabaja, no es posible entender el PORQUE trabaja de esa manera.
Eso es lo que nadie puede entender, el porque del comportamiento
de la Naturaleza en una manera peculiar. Esto es un misterio. A
mi personalmente esto me fascino porque en el mundo actual
parecería que todo aquello que es un misterio, sobre todo
en materia
religiosa, debe ser descartado, no es verdadero porque la
razón no lo puede comprender. Que un científico de
la magnitud de Feynman, describa así el significado de un
misterio, me parece maravilloso, sobre todo cuando el mismo se
declara agnóstico o mas bien contrario a la religión que no
acepta la duda.
Finalmente Feynman, continua diciendo que a partir de la descripción de cómo la Naturaleza
trabaja, podrá ser que muchos no lo crean, no lo acepten y
por lo tanto inconscientemente cierren sus oídos
impidiendo así entender lo que si es entendible. En ese
aspecto esto es parte del aprendizaje
científico: no importa si una teoría
a uno le gusta o le disgusta, o si es entendible o no, o
razonable desde el sentido común, lo que importa es si la
misma puede predecir resultados que luego concuerden con los
experimentos.
Pues bien la teoría
denominada electrodinámica cuántica QED, describe
la Naturaleza como absurda desde el punto de vista del sentido
común, pero sus predicciones son asombrosamente exactas.
Por eso Feynman remata, "espero que puedan ACEPTAR la Naturaleza
tal cual Ella es: absurda!!".
Un detalle que para mi no es menor, a lo largo de este trabajo
que aquí menciono, cuando Feynman se refiere a la
Naturaleza lo hace en mayúscula, como nombre propio.
Notable!!
3. Ciencia y
Religión
El segundo punto que capturo mi interés acerca de
la
personalidad de Feynman es su discusión acerca de la
relación entre ciencia y
religión.
Su razonamiento esta basado en lo que el considera central para
la religión que es la creencia en Dios, mencionando que si
bien no tiene estadísticas considera que mas de la mitad
de los científicos no cree en Dios. Para Feynman el
problema esta en hacer consistente la creencia en la ciencia con
la creencia en Dios, y a pesar de que esta consistencia es algo
difícil de lograr, no es imposible. A partir de esta
premisa de búsqueda de la consistencia, Feynman se
preguntaba porque es difícil de lograr, y si vale la pena
intentarlo.
Para Feynman la primera fuente de dificultad surge de que para la
ciencia es imperativo dudar, es decir aceptar la existencia de la
incertidumbre como una característica fundamental de la propia
naturaleza del científico. Para hacer progresos en el
entendimiento de algo, Feynman dice que debemos ser modestos y
permitirnos no saber. Nada es cierto o probado fuera de toda
duda. Uno investiga por curiosidad, porque las cosas son
desconocidas y no porque se sabe la respuesta. A medida que mas
se avanza en la investigación científica no
significa que se esta encontrando la verdad, sino que se esta
encontrando que esto o aquello sea mas probable que esto otro. Es
así que las expresiones científicas no son acerca
de lo que es verdad o lo que es falsedad, sino acerca de lo que
se conoce con diferentes grados de certidumbre. Creo que es
bueno, dice Feynman, aceptar esta idea no solo para las ciencias, sino
también para otras cosas; tiene un gran valor conocer
la propia ignorancia. Esta actitud de
aceptación de la incertidumbre es vital para los
científicos y llega a transformarse en un habito del
pensamiento. A
partir de allí se reformula la pregunta:
¿Existe Dios?
a esta otra:
¿Qué grado de certeza tengo acerca de la existencia
de Dios?
Este cambio tan
sutil es de una magnitud enorme y Feynman cree que aquellos
científicos que creen en Dios, no piensan a Dios de la
misma manera que lo puede hacer el común de las personas,
si es que son consistentes con su habito de pensamiento
científico. No creo, dice Feynman, que un
científico pueda obtener la absoluta certeza de la
existencia de un Dios tal como la tienen las personas religiosas.
Aquí es donde a mi criterio existe un error de
apreciación por parte de Feynman. Las personas religiosas,
pueden hablar de tener la certeza, pero como la creencia en un
Dios esta basada en la fe, considero que la fe no es certeza,
sino que permite la duda, los cristianos en particular piden o
deberían pedir constantemente a Dios para que aumente su
Fe, porque la Fe no es certeza. Y si no es certeza entonces
¿da lugar a la duda? Yo pienso que si.
Finalmente Feynman establece que existe una cierta independencia
entre las ideas religiosas y muchas ideas que están
relacionadas con la moral que a
su vez proviene de la religión, es así que dice ser
posible dudar de la divinidad de Cristo, a pesar de acordar y
comportarse de acuerdo con las máximas del cristianismo.
En otra de sus conferencias acerca de la incertidumbre de
los valores,
cuando Feynman intenta explicar la inconsistencia
implícita entre ciencia y religión, vuelve a mi
criterio a incurrir en un error de concepto acerca
de la naturaleza divina. Feynman dice:
"es una gran aventura contemplar el universo mas
allá del hombre,
contemplarlo como habría sido sin la existencia del
hombre tal
como en realidad ha sido a lo largo de la historia desde el big bang.
Cuando esto se logra y el misterio y la majestuosidad de la
materia son totalmente apreciadas, entonces se puede volver a
mirar al hombre como un pedazo de materia, a mirar la vida como
parte de este misterio universal de gran profundidad, es sentir
algo raro y excitante, que finalmente termina en forma graciosa
por la inutilidad de tratar de entender que es este átomo del
universo que
llamamos hombre, átomos con curiosidad que se miran a si
mismos y se cuestionan porque se cuestionan. Así estas
visiones científicas del universo,
finalizan en un misterio, al borde de la incertidumbre total pero
que son tan profundas e impresionantes que, aquella teoría
que dice que todo el universo esta
arreglado por Dios tal como si fuera un escenario donde el hombre
lucha la pelea entre el bien y el mal suena inadecuada".
Creo que "aquella teoría" de la cual habla Feynman es
equivocada; Dios no creó el Universo como quien crea una
obra de teatro para
divertirse, Dios es el misterio implícito en la naturaleza
del Universo que nos habla Feynman, Dios es quien le dio la
curiosidad al átomo-hombre para que se cuestionara su
origen, Dios es el creador de la majestuosidad que Feyman
menciona al decir que todo en el universo, desde las estrellas
mas lejanas hasta las bacterias mas
microscópicas e inclusive el hombre,
están hechos de los mismos ladrillos fundamentales que
interactúan misteriosamente para que la vida sea
posible.
Es impresionante como Feynman parecería captar lo que
otros lo aceptan sin discutir o cuestionar o simplemente si son
honestos con sus conciencias por lo que llamamos Fe. Digo esto
porque en la misma conferencia,
Feynman dice:
"Algunos me dirán que he descripto una experiencia
religiosa…,bien diría entonces que esa experiencia
religiosa es de tal clase que la religión de su iglesia es
inadecuada para describirla y abarcarla. El Dios de la iglesia no es
lo suficientemente grande".
Yo diría que Feynman describe mejor que nadie que yo haya
escuchado la grandeza de Dios, él puede hacerlo porque ha
captado la grandeza de la Naturaleza; tal vez a lo que se opone o
esta en desacuerdo, y por eso se manifiesta contrario a la
religión, es a la concepción de un Dios
autoritario, poderoso y que no acepta la duda; que difunden
algunas iglesias particulares.
Ciencia
Feynman nos dice que a pesar de que las ideas acerca del desarrollo de
la ciencia son viejas, no son la clase de ideas que todos pueden
apreciar, sin embargo es importante que las mismas puedan ser
traspasadas de generación en generación, porque son
grandes ideas de la historia del hombre.
En cierta ocasión Feynman se preguntaba lo
curioso que era que cuando lo invitaban a tocar el bongo en
publico, algo que hacia bien, al presentador no se le
ocurría mencionar que también se dedicaba a la
física teórica. Su respuesta a este interrogante a
mi me parece que es clave y digna de tener en cuenta sobre todo
por aquellos vinculados con la educación de los
mas jóvenes:
"…pienso que esto puede deberse a que respetamos mas las artes
que las ciencias…esta justificado hablar de otras
cosas… de mayor placer estético. Pero hay también
ritmos y formas en los fenómenos naturales que no son
aparentes a simple vista, sino mediante la lupa del análisis. Estos ritmos y formas son los que
llamamos leyes
físicas."
¿Qué es la ciencia? Feynman nos revela tres
conceptos:
- Ciencia es un método
para descubrir cosas nuevas. Este método
esta basado en el principio que la observación es el único juez
acerca de si algo es lo que es o no. Todos los otros aspectos y
características de la ciencia pueden ser entendidos
directamente cuando entendemos que la observación es el criterio final para
probar acerca de la veracidad o no de una idea. Probar
significa aquí testear, es decir hacer un test. La
excepción prueba o es el test de la
regla, significa esto que la excepción prueba que la
regla es incorrecta. Este es el principio de la ciencia: si
existe una excepción a una regla cualquiera y si esta
excepción puede ser probada mediante la
observación, entonces la regla científica es
incorrecta. El científico trata de encontrar mas
excepciones a la regla y determinar las características
de estas excepciones, este proceso es
en si mismo excitante a medida que se desarrolla. El
científico no intenta evitar demostrar que las reglas
son incorrectas, sino que por el contrario su motivación esta puesta justamente en lo
opuesto. Intenta probar que esta equivocado lo mas
rápidamente posible. El principio que solo a
través de las observaciones se determina la verdad de
una regla o teoría, impone una limitación muy
severa al tipo de preguntas que pueden responderse. Son
limitadas las preguntas que pueden formularse de la siguiente
manera: ¿si hago esto, que ocurrirá?. Por eso
Feynman nos aclara que si algo no es científico, es
decir si no puede ser sometido al test de la
observación, no significa que eso sea malo o
estúpido, no se trata de decir que aquello que no es
científico no es bueno . Los científicos toman
solo aquellas cosas que pueden ser analizadas a través
de la observación. Todo aquello que no se ajusta a estas
posibilidades no es científico, no obstante lo cual son
cosas importantes para la vida de las personas. Existe una
serie de consecuencias técnicas
que se derivan del principio de observación, por ejemplo
el método de observación debe ser sumamente
meticuloso, se debe rechequear varias veces y cuidadosamente
para estar seguros de
entender cuales son todas las condiciones y que no se
malinterpreten los resultados. El razonamiento
científico, requiere de una cierta disciplina
rigurosa, la cual debe ser enseñada. Otra
característica importante de la ciencia es su
objetividad. Es necesario mirar los resultados de una
observación objetivamente porque el experimentador
podría tener una cierta preferencia de obtener un
resultado especifico, lo cual invalidaría el carácter
científico del mismo.
Se dice que la observación es el juez acerca de
la verdad de una idea, pero ¿de donde provienen las ideas?
Feynman afirma que no importa tanto de donde provienen,
seguramente de otros seres humanos a través de su
pensamiento, sin importar si estos están o no capacitados
para emitir dichas ideas porque en ciencias, cualquier idea debe
ser testeada contra el juez de la observación, si pasa
este filtro la idea es aceptada como valida, de lo contrario no.
Vemos entonces que dentro del denominado pensamiento
científico, no es tan importante quien genera las ideas
sino que las mismas sean efectivamente generadas para ser luego
chequeadas. No hay un autoridad que
decida cual es una idea verdadera y cual una falsa, en ciencias
no es importante conocer el background del autor de una idea o su
interés en exponer la misma. Es evidente que Feynman tiene
un concepto de la autoridad
diferente al que tienen la mayoría de las personas, que a
mi me cautiva. Porque realmente el no ve la autoridad en la
persona per se, es decir no considera que una persona por tener
un cierto grado de autoridad, el cual no es mas que un
reconocimiento de legitimidad por parte de otras personas dentro
de la sociedad, pueda
dar veracidad o falsedad a una idea si esta no pasa por el test
de la observación. Lamentablemente como el también
ha mencionado, no todas las ideas pueden ser tratadas como
científicas; es mas, existen muchas ideas muy importantes
para los hombres que no se adaptan al sistema de
observación científico, por el cual están
sujetas a que las mismas sean evaluadas por autoridades, siendo
imposible establecer una prueba objetiva mediante la
observación. Es así que aparecen tantos
gurúes y maestros que a lo mejor no son tales. En los
comienzos de la física, las discusiones científicas
eran mayormente argumentativas, es decir se discutía
porque las ideas eran materia opinable. Hoy esto no es así
dada la gran cantidad de observaciones que se han realizado sobre
las ideas en discusión. Lo que hoy no es normal en
física, tal vez lo sea en otras disciplinas
científicas donde aun no existe la cantidad de
observaciones que permita realizar el test acerca de la veracidad
o falsedad de las ideas. Las consecuencias de esto es la
dimensión argumentativa de estas disciplinas, por ejemplo
economía.
En este proceso
científico de conocer mas el comportamiento de la
naturaleza, Feynman nos remarca que todas las conclusiones a las
que arribamos en ciencias son inciertas, son solo estimaciones
que hacemos acerca de lo que consideramos que ocurrirá, y
uno no puede saber con certeza que es lo que ocurrirá
porque no es posible realizar los experimentos en
forma perfecta. Por eso los científicos están
acostumbrados a lidiar con la duda y la incertidumbre, y esta
experiencia es muy importante. Feynman considera que esta
característica de los científicos es de gran
valor, incluso
va mas allá del pensamiento científico, porque para
resolver un problema que nunca antes fue resuelto, se debe dejar
abierta la puerta de lo desconocido. Debemos permitir la
posibilidad de no resolverlo correctamente, porque de lo
contrario si de antemano nos limitamos a algún tipo de
solución que este de acuerdo con ciertos preconceptos,
podríamos no resolver el problema nuevo nunca. Dado que
existe la duda es que se proponen nuevas direcciones para nuevas
ideas. La tasa de crecimiento del desarrollo de
la ciencia no esta dada por la tasa de crecimiento de las
observaciones realizadas, sino por la de crecimiento de nuevas
ideas y cosas para probar. Si no reconocemos la duda y la
ignorancia, no obtendremos nuevas ideas, por lo tanto el avance
de la ciencia se detendría. Lo que hoy denominamos
conocimiento
científico, no es nada mas -ni nada menos- que un
conjunto de afirmaciones con diferentes grados de certidumbre
respecto de cada una de ellas, las cuales conforman un cuerpo de
conocimientos. Algunas de estas son mayormente inciertas, otras
son mayormente ciertas, pero ninguna es absolutamente cierta.
Feynman aquí recalca una virtud propia de los
científicos, que a mi juicio seria importante rescatar
para todas las personas. Los científicos están
acostumbrados a vivir y no saber, es decir conviven con la
incertidumbre. Feynman recalca que ante el asombro de algunos que
le dicen: "¿cómo podes vivir y no saber?" , el
responde que siempre ha vivido sin saber y que su
preocupación es como llegar a saber, es decir como
adquirir el
conocimiento. Esto permite una humildad intelectual que hace
posible el progreso a partir de la duda y de la libertad de
pensamiento, nadie puede imponer a nadie que dudar y que pensar.
Si sabemos que no estamos seguros de algo,
dice Feynman, tenemos la posibilidad de mejorar la
situación, mediante el esfuerzo y la creatividad
del pensamiento. Si creemos saber todo, nada podremos cambiar.
Por eso la duda es algo de valor en el pensamiento
científico, y a mi juicio también en otros campos,
a pesar de que Feynman también duda de esto.
- Ciencia es el cuerpo de conocimientos que surge de
esas cosas nuevas. Los denominados contenidos, lo que se ha
logrado conocer a fondo. Estos son para Feynman la frutilla de
la torta de los científicos. Los científicos
piensan y siguen un riguroso y disciplinado trabajo de
pensamiento, no por querer encontrar aplicaciones a lo que
están pensando, sino por la sensación de gozo que
encuentran al descubrir algo nuevo, esta es la razón
real por la que existe la ciencia. Quiero aquí aportar
una experiencia personal:
estando en un curso de física cuántica, cuando el
profesor, un joven licenciado en física, nos contaba los
años que Einstein había dedicado a su
teoría general de la relatividad, la cual finalmente no
era algo de gran aplicación en el mundo moderno actual,
y que en esa área el estaba desarrollando su tesis
doctoral, le pregunte que era lo que lo motivaba a el como a
otros físicos teóricos a dedicar tanto esfuerzo a
algo que para muchos resulta intrascendente. No supo
contestarme, o bien me dijo que nunca se había hecho esa
pregunta. Bueno creo que Feynman me la contesto. Salvando las
distancias, es algo similar al porque yo escribo esto. La
motivación pasa mas por una especie de
satisfacción profunda producida por lo nuevo. En esta
línea de motivación es posible que encontremos
también a los exploradores, a los grandes marinos de la
antigüedad.
No es posible entender a la ciencia y sus relaciones con
todo lo demás, a menos que podamos apreciar la gran
aventura de nuestro tiempo. Feynman
nos desafía diciendo que no vivimos en nuestro tiempo a menos
que entendamos que este es una tremenda aventura, algo excitante
y salvaje. Se pregunta si creemos que la ciencia, y sus
contenidos son aburridos. A partir de esta pregunta, y con una
idea antigua inicia una recorrida por diferentes aspectos de la
ciencia que muestran a la misma como excitante. Los antiguos
creían que la tierra se
apoyaba en las espaldas de unos elefantes, los que a su vez se
paraban en la caparazón de una tortuga gigante que nadaba
en un mar sin fondo. ¿Qué sostenía al mar?
Era una pregunta sin respuesta. La creencia era resultado de la
imaginación, era una idea poética. ¿Que
vemos hoy? El mundo es una bola que gira y las personas
están mantenidas sobre esta bola en todas las direcciones,
algunas para arriba otras para abajo (¿qué es
arriba y abajo?). Además giramos alrededor de una bola de
fuego. ¿Qué es lo que nos mantiene? La fuerza de
gravedad que no es solo algo característico de la tierra, sino
que es lo que hace que la tierra sea
redonda, que mantiene al sol unido y nos mantiene a nosotros
moviéndonos alrededor de el en un intento perpetuo de
escapar. La gravedad no solo ejerce su influencia en todas las
estrellas, sino también entre ellas. Este universo ha sido
descripto por muchos, pero continua con su extremo tan
desconocido como el fondo del mar sin fondo donde nadaba la
tortuga gigante, tan misterioso y poético ahora como en la
antigüedad. Pero la imaginación de la naturaleza es
mucho mas grande que la imaginación del hombre. Pasemos a
otro de los grandes misterios, el de la tierra y el
tiempo. ¿qué es el tiempo? ¿ que poeta ha
escrito algo acerca del tiempo comparable con el significado real
de este, con el largo y lento proceso que percibimos en la
evolución? Primero era la tierra sin nada
de vida sobre ella. Durante miles de millones de años,
esta bola giraba sin que nadie apreciara todo lo que sobre ella
ocurría. Feynman se pregunta si podemos llegar a concebir
el significado este de la tierra sin vida sobre ella. Dice que
estamos tan acostumbrados al hecho de la existencia de la vida
que no podemos aprehender el significado de la tierra sin vida,
no obstante lo cual, la mayor parte del tiempo de existencia de
la tierra desde su origen hasta ahora, transcurrió sin
vida sobre ella. La vida misma, ¿que significa? La
maquinaria interna de la vida, la química de las
partes, todo eso es algo maravilloso. Y resulta también
que toda la vida esta interconectada. La clorofila, una sustancia
química
importante que procesa el oxigeno dentro
de las plantas, tiene
una parte que sigue un patrón hexagonal, un anillo
denominado anillo bencénico. Lejos de las plantas,
están los animales como el
hombre, donde en nuestro sistema de
transporte de
oxigeno existe
la hemoglobina que contiene el mismo tipo de anillo, en cuyo
centro en lugar de magnesio hay hierro, por
eso son rojos y no verdes, pero son los mismos anillos. Las
proteínas de las bacterias y de
los seres humanos son exactamente las mismas. La universalidad de
la química mas profunda de todos los seres vivos es algo
fantástico y maravilloso. Todo el tiempo nosotros, los
seres humanos, nos hemos enorgullecido por nuestro reinado sobre
los animales, no
parecería existir tal superioridad, al menos no desde un
punto de vista puramente científico. O los átomos,
cosas que parecen quietas como un vaso de agua cubierto
durante varios días, están en actividad continua,
átomos separándose de la superficie, rebotando en
las paredes del vaso, retornando a la forma de agua. Lo que a
nuestros ojos se presenta calmo es una danza dinámica y salvaje. Y de nuevo se ha
descubierto que todo el mundo esta hecho de átomos, que
las estrellas están hechas de los mismos componentes que
nosotros, entonces nos surge la pregunta ¿de donde viene
esto que compone todo? Parece como si una estrella exploto en
algún momento tal como hoy explotan, y de los residuos de
dicha explosión durante 4.500 millones de años que
evolucionan y cambian, surge una extraña criatura que se
para frente a una audiencia también de extrañas
criaturas para explicar y explicarse de donde provienen. "Que
mundo maravilloso!!" finaliza Feynman. Siguiendo con el tema de
los contenidos Feynman menciona a la electricidad, las
fuerzas de atracción entre las cargas positivas y
negativas, el balance eléctrico de todas las substancias
que impidió durante mucho tiempo detectar el
fenómeno de las cargas eléctricas, y de que los
ladrillos de la naturaleza eran cargas eléctricas, que
aunque ahora nos suena razonable, ¿que es esa fuerza de
atracción, esa acción a distancia entre dos
cuerpos?, lo mismo que nos preguntamos en el caso de la gravedad.
Vemos que existe una tremenda maquinaria dentro de todo lo que
investigamos, pero la ciencia no es aun totalmente apreciada.
Feynman describe su experiencia en la lectura de
un libro escrito por Michael Faraday: "Historia química de
una vela" , donde dice que el punto del autor era que no importa
lo que uno observe, si uno lo observa detenidamente, se involucra
en todo el universo. Faraday describe en este libro que ciertas
propiedades de algunos elementos hacen que estos se unan a otros
por las atracciones eléctricas dado que algunos son
positivos y otros negativos, describe que la electricidad
viene en unidades dentro de los átomos. Esto para Feynman
fue un momento dramático dentro de la historia de la
ciencia porque fue uno de esos momentos donde dos grandes campos
de estudio científico se juntaban y se unificaban. Dos
cosas aparentemente diferentes eran en realidad diferentes
aspectos de la misma cosa. La electricidad se estudiaba y la
química también se estudiaba, de repente la
unión, los cambios químicos se producen como
resultado de las fuerzas eléctricas. Este tipo de
unificaciones son para los científicos momentos
gloriosos.
- Ciencia significa las cosas nuevas que se pueden
hacer o que se hacen con los descubrimientos alcanzados. Este
ultimo concepto, se conoce mas precisamente como tecnología, lo cual no es mas que la
ciencia aplicada. Este sea tal vez el aspecto o la
característica mas obvia de la ciencia; el hecho de que
como consecuencia del avance de la ciencia uno tiene el
poder de
hacer cosas. Este poder esta a la vista, la revolución
industrial, las posibilidades de producción de alimentos para
alimentar a todo el planeta, los avances en materia de salud, la producción de energía, son
consecuencias de la ciencia. Ahora bien este poder de hacer
cosas no viene con un manual de
instrucciones, es decir no viene con instrucciones acerca de lo
que esta bien y lo que esta mal. Los productos de
este poder son buenos o malos según como sea utilizado.
Se mejoro la producción, pero la automatización deja gente sin trabajo;
mejoramos la salud, pero existen
personas en laboratorios secretos fabricando armas
químicas, algo que se nos ha hecho bien tangible
después del 11 de septiembre de 2001 (WTC: RIP), la
palabra ántrax esta en nuestro vocabulario. Estamos
felices dice Feynman con el desarrollo del transporte
aéreo, pero nos horrorizamos con las guerras. La
energía
nuclear presenta posibilidades asombrosas pero
también la sombra de las bombas
nucleares, empalidecen este avance científico. Entonces
¿podemos decir que la ciencia tiene algo de valor para
la humanidad? Su respuesta me parece brillante, si tiene valor,
porque el poder de hacer cosas nuevas que puedan ayudar a la
vida humana tiene valor. Que los resultados sean buenos o
malos, dependen de cómo dicho poder es utilizado, pero
es el poder mismo lo que tiene valor. Y nos da una
metáfora muy buena; estando en un templo budista en
Hawai un hombre le dijo que a cada hombre se le daba al nacer
la llave que abre las puertas del paraíso. Esa misma
llave también abre las puertas del infierno. Así
también es la ciencia, y la misma no nos dice cual es
cual puerta, nosotros debemos descubrirlas para abrir una y
mantener la otra cerrada. ¿Debemos tirara la llave y
resignarnos a no poder abrir las puertas del paraíso?
¿o debemos pelear con los problemas
para aprender como utilizar la llave? Este es el
cuestionamiento fundamental, y no creer que la llave no tiene
ningún valor, porque si lo tiene. La forma de controlar
el poder que tiene la ciencia es lo complejo, y esto es algo no
tan científico de lo cual, los científicos poco
conocen. 4. Para que sirven
las matemáticasEn una entrevista
le preguntaron a Feynman, si las teorías físicas continuaran
siendo tan abstractas y matemáticas como hasta ese momento se
estaba viendo, o si podrían surgir físicos como
Faraday a principio del siglo XIX quien no era muy
sofisticado en matemáticas pero tenia una poderosa
intuición física. Su respuesta lamentablemente
para los que pretendemos no entrar tanto en las abstracciones
matemáticas fue que las chances de que un símil
Faraday aparezca son bastante bajas. Las matemáticas
son necesarias incluso para entender lo que se ha hecho hasta
ahora. Mas allá de esto, el comportamiento de los
sistemas
sub-nucleares es tan extraño comparado con aquellos
con los que el cerebro
humano se ha tenido que enfrentar hasta ahora, que los
análisis a realizar tienen que ser muy
abstractos. Los modelos de
Faraday eran mecánicos, con resortes, alambres, y sus
imágenes eran de geometría básica. Ya hemos
comprendido todo lo que surge desde este punto de vista mas
sencillo. En este siglo, las nuevas teorías son lo suficientemente
diferentes y obscuras como para que se haga necesario la
utilización de mucha matemática. Esto no significa para
Feynman que solo algunos estarán en condiciones de
contribuir y entender con los nuevos desarrollos
físicos, sino que posiblemente algunos otros
desarrollen nuevos métodos para entender los procesos
matemáticos mas fácilmente e incluso a una edad
mas temprana. La matemática es un descubrimiento humano
y como tal es factible de ser entendida por cualquier
humano.
Las reglas que describen la naturaleza parecen ser
matemáticas. Esto no resulta por el hecho de que la
observación es el único juez de la veracidad o
no de las ideas científicas, tampoco es una
característica necesaria de la ciencia; simplemente
resulta que en física, se pueden establecer leyes
matemáticas que permiten realizar predicciones muy
poderosas. ¿Por qué la naturaleza es
matemática o mejor se expresa a través de un
lenguaje
que denominamos matemático? Esto es un misterio!!!. Es
imposible comunicar honestamente la belleza de las leyes de
la naturaleza, de manera que la gente pueda realmente
sentirla, si no se posee un conocimiento profundo de la matemática.
Para Feynman, las matemáticas no son solo un lenguaje
que con paciencia puede ser traducido; las matemáticas
son lenguaje mas razonamiento, lenguaje mas lógica. Las matemáticas son en
definitiva un instrumento para razonar, de hecho son una gran
colección de resultados obtenidos por un cuidadoso
proceso de pensamiento y razonamiento. A través de
ellas se pueden establecer conexiones entre diferentes
afirmaciones científicas. Las complejidades aparentes
de la naturaleza, con todas sus reglas y leyes, están
estrechamente vinculadas entre si. Sin matemáticas es
imposible descubrir entre la enorme variedad de hechos y
fenómenos, la lógica que permite pasar de uno a otro.
Así Newton
mediante razonamientos del tipo geométricos logro
demostrar algunas de sus leyes. Hoy se ha sustituido este
tipo de razonamiento por otro mas analítico que
utiliza símbolos, dado que estos son mas
rápidos y eficientes para explicar los
fenómenos de la naturaleza. Cuando en física un
problema se complica, lo toman los matemáticos,
quienes establecen una línea y lógica
argumental para seguirlo, si esto no existiera, es necesario
inventar un razonamiento propio. Así, cualquiera que
razone sobre cualquier cosa contribuye al conocimiento de lo que ocurre cuando se piensa
en algo. Si se hace abstracción de ese algo, esta se
convierte en una rama de la matemática. Pensemos que
así fue como Newton
invento el llamado calculo infinitesimal para resolver
ciertos problemas
de física. Vemos como las matemáticas son muy
importantes para la física, dado que existen tantas
maneras diferentes para hablar de las cosas que ocurren y se
observan, que las matemáticas permiten simplificar,
obtener consecuencias, analizar situaciones y conectar las
diferentes proposiciones.
En otro orden de cosas relativas a la matemática,
Feynman nos aclara que a los matemáticos, solo les
importa la estructura
del razonamiento, sin importarle de lo que están
hablando o si eso de lo que hablan es cierto. Simplemente
enuncian los axiomas ya partir de estos emprenden un camino
de razonamiento lógico. Si los axiomas son precisos en
su enunciado y completos, la persona que los utiliza para
razonar, no necesita conocer el significado de las palabras
para deducir conclusiones. Por ejemplo, si en los axiomas se
usa la palabra triangulo, en las conclusiones estará
esta palabra también por mas que la persona que hizo
la deducción a partir de los axiomas, no tenga idea lo
que esto- triángulos– significa. Los
matemáticos preparan razonamientos abstractos usables,
si se dispone de un conjunto de axiomas sobre el mundo real.
En cambio
para el físico todas las frases tienen significado, en
física, a diferencia de en matemáticas, hay que
conocer la conexión entre las palabras y el mundo
real.
Ahora bien, Paul Dirac descubrió las leyes de la
mecánica cuántica relativista
simplemente suponiendo la ecuación, a veces suponer la
ecuación es un método efectivo para concebir
nuevas leyes físicas. Esto confirma que las
matemáticas son una manera profunda de expresar la
naturaleza y que cualquier intento de describir la naturaleza
a partir de principios
filosóficos o intuiciones puramente mecánicas,
no es eficiente.
Me resulta maravilloso lo que Feynman dice acerca de una
preocupación suya:
"…siempre me ha preocupado el hecho que, de acuerdo con
nuestro conocimiento actual de las leyes de la física,
a una computadora le cueste un numero incontable de
operaciones
lógicas descubrir lo que ocurre en cualquier lapso de
tiempo, por pequeño que sea, y en cualquier lapso del
espacio por pequeño que sea. ¿Cómo puede
ser que en una región tan pequeña ocurran
tantas cosas?…Esta inquietud me ha llevado a menudo a
proponer la hipótesis que, en ultima instancia, la
física no necesitara de un enunciado
matemático, que al final se nos revelara su maquinaria
y las leyes resultaran ser simples, como las de una partida
de damas con sus aparentes complejidades…" "…Pero esta
especulación es prejuiciosa del tipo me gusta o no me
gusta, y por lo tanto, tal vez no sea conveniente."
"El Gran arquitecto sin embargo parece ser un
matemático, a aquellos que no saben matemáticas
les resulta difícil sentir realmente la profunda
belleza de la naturaleza"
Por eso si se quiere conocer la naturaleza, si se quiere
captarla, es necesario conocer el
lenguaje en el que nos habla. La naturaleza ofrece su
información solo de una manera, y no
debemos ser tan poco humildes como para pedirle que cambie
antes de prestarle atención.
Ninguno de los argumentos intelectuales podrá hacer
entender a unos oídos sordos lo que significa la
experiencia musical. De igual forma los argumentos
intelectuales no podrán proporcionar un conocimiento
de la naturaleza a aquellos que no dispongan de
"oídos" matemáticos. Esta limitación de
horizontes dice Feynman, sea quizás lo que hace
suponer a algunos que el centro del universo es el hombre
cuando en realidad tal vez no lo sea.La física
La física es para Feynman, la mas fundamental de todas
las ciencias
naturales, la que incluye a todas las otras ciencias, y
que ha tenido un efecto muy profundo en todo el desarrollo
científico que se ha dado a lo largo de la historia
del hombre. Es a partir de la física o de lo que
antiguamente se conocía como filosofía de la
naturaleza, de donde todas las otras ciencias han emergido.
Desde el comienzo debemos entender que la física no
esta en la misma categoría que la matemática,
esta ultima no es una ciencia de la naturaleza dado que la
validez de sus predicciones no surgen de la
experimentación. Feynman entiende a la
matemática como un lenguaje; el lenguaje de la
naturaleza, es decir la manera como la naturaleza expresa los
fenómenos físicos que en ella ocurren. Veremos
mas adelante como se relaciona la física con otras
ciencias.
Cuando Feynman encara las primeras lecciones de física
que dio en Caltech, las cuales dieron lugar a la
publicación de sus famosas"Lectures on physics", les
advierte a sus alumnos que para llegar a ser físicos
es necesario estudiar doscientos años de desarrollos
de los mas rápidos que se produjeron en uno de los mas
importantes campos de conocimiento. Esto que parecería
imposible hacerlo en una carrera de cuatro años no lo
es. ¿Por qué? Para Feynman es posible dado que
se ha podido condensar esta enorme masa de resultados y
conocimientos, en leyes que resumen todo este conocimiento.
Ahora bien, ¿por qué entonces no se estudian
directamente estas leyes básicas y luego se muestra como
las mismas funcionan en diferentes circunstancias?. Del mismo
modo como se hace en el caso de la geometría euclidiana, donde se dan los
axiomas y desde ellos se producen las deducciones. "No
satisfechos con aprender física en cuatro años,
la quieren aprender en cuatro minutos" les dice Feynman a sus
alumnos. La respuesta a este interrogante es clara y
sencilla. A criterio de Feynman, esta imposibilidad se da por
dos motivos:- No conocemos todavía todas las leyes
básicas. Sigue existiendo una frontera de ignorancia
expansiva, o sea a medida que se avanza, nuevas
incógnitas aparecen. - Volviendo al capítulo referente a las
matemáticas, Feynman resalta que las expresiones
correctas de las leyes de la física, implican
algunas ideas poco familiares que requieren una
matemática avanzada para su descripción. Es así que se
necesita un considerable tiempo de preparación y
entrenamiento, para poder incluso aprender
lo que las palabras significan.
- No conocemos todavía todas las leyes
Por eso la física debe estudiarse parte por
parte, es decir a través de aproximaciones desde lo mas
simple a lo mas complejo. Cada una de estas partes del todo de la
naturaleza, es una mera aproximación a la verdad completa,
dado que lo único que sabemos con seguridad, es que
todavía no conocemos todas las leyes de la naturaleza.
Como antes se mencionó, el principio de la ciencia es que
la prueba del conocimiento es la experimentación, es decir
los experimentos son los únicos jueces de la verdad
científica, pero aquí Feynman va mas allá,
¿de dónde salen las leyes físicas que se
deben probar a través de los experimentos? Y sus respuesta
siempre simple y contundente: Por un lado de los propios
experimentos que nos brindan ciertas claves acerca de
algún patrón de comportamiento de la naturaleza que
pudiera transformarse en una ley general; y
por otro lado con el mismo grado de importancia, de la propia
imaginación del ser humano, que a partir de esas
pequeñas claves o pruebas
encontradas al azar, se le ocurre generalizarlas en leyes para
luego volverlas a probar a través de la
experimentación. Este proceso de imaginación, es
tan difícil dice Feynman, que se ha creado en la
física un tipo de división del trabajo. Así
los físicos teóricos imaginan, deducen y adivinan
(se tiran a la pileta) y los físicos experimentales, que
experimentan, aunque también en dichos experimentos tienen
que imaginar, deducir y tirarse a la pileta. En este avance de la
física, las leyes descubiertas, se van corrigiendo a
medida que nuevos experimentos demuestran su inconsistencia, las
nuevas leyes que son superadoras de las anteriores se muestran
cada vez mas difíciles de captar o entender. Quiero
aquí volver sobre lo que para Feynman es el concepto de
"entender". A partir del desarrollo del método
científico, consistente en observar, razonar, experimentar
e imaginar, el hombre fue explicándose aquellas cosas que
veía y quería saber como y porque eran así,
por simple curiosidad. De esta forma se fue construyendo una
visión básica del funcionamiento de la naturaleza,
a la que denominamos física fundamental. Pero no queda
totalmente claro que significa entender. Personalmente me
impactó mucho la analogía del juego de
ajedrez que
utiliza Feynman para explicar este concepto. Imaginemos por un
momento, que todo el arreglo complejo de cosas que se mueven y
ocurren al que denominamos "el mundo" es como un gigantesco
juego de
ajedrez jugado
por los dioses, y que nosotros somos observadores externos a
dicho juego. No conocemos cuáles son las reglas del mismo,
solo tenemos permitido observar lo que pasa, es decir ver como
los dioses mueven las piezas para jugar. Si destinamos un tiempo
suficiente a observar, podríamos captar como son algunas
de las reglas de este ajedrez gigante. Las reglas estas son lo
que llamamos la física fundamental, es decir las leyes
básicas de la física. Aun si conociéramos
todas las reglas del juego (todas las leyes físicas de la
naturaleza), podríamos no entender el porque de ciertos
movimientos, simplemente porque el juego es complejo y nuestras
mentes limitadas. Si uno sabe algo de ajedrez, sabe que es
posible saber como se mueven todas las piezas, pero aun
así no saber como jugar o porque en una partida jugar de
una manera u otra, o si vemos una partida de grandes maestros,
porque mueven las piezas como las mueven en cada una de las
jugadas. Así ocurre en la naturaleza, solo que en forma
mucho mas complicada, no obstante lo cual luego de cientos de
años de observación de "la partida" se han podido
determinar gran cantidad de leyes fundamentales, aunque aun no
todas. El estado del
conocimiento físico actual, es que conoce la casi
totalidad de los movimientos posibles de las piezas. O sea que
además de no conocer todas las reglas, lo que podemos
explicar a partir de las leyes que conocemos es bastante
limitado, porque casi todas las situaciones son tan enormemente
complicadas que no podemos seguir el juego con las reglas que
conocemos, mucho menos con aquellas que aun no conocemos. Debemos
entonces limitarnos a las cuestiones más básicas de
las reglas del juego, y decir que si conocemos las reglas,
consideramos entonces que "entendemos" el mundo.
Pero ¿cómo podemos decir que las reglas que estamos
imaginando son las correctas siendo que no podemos analizar el
juego muy bien? continua preguntándose Feynman. Su
respuesta, metafórica con el juego de ajedrez es que
existen tres caminos a saber:
- En primer lugar puede haber situaciones en la
naturaleza con muy pocas partes intervinientes, que nos permita
darnos cuenta y predecir como se comportaran dichas partes. Es
como si hubiera pocas fichas en un
rincón del tablero de ajedrez, con pocas posibilidades
de movimientos. - Otra posibilidad es chequear las reglas a partir de
reglas menos específicas derivadas de
las anteriores. Por ejemplo sabemos que un alfil se mueve en
diagonal, por lo que siempre un alfil estará ubicado en
una casilla del mismo color, es
así que podríamos predecir las ubicaciones
posibles del alfil aunque no supiéramos que se mueve
siempre en diagonal. Puede ocurrir en el transcurso del juego
que un peón se transforme en alfil en un casillero de
diferente color,
produciendo así una confusión acerca de la regla
que estábamos utilizando, esto pasa en la física
continuamente, durante mucho tiempo tenemos una ley que
funciona o predice efectos perfectamente y de repente aparece
algo nuevo, que contradice a la ley que creíamos
fundamental y cierta. Esto es lo que permite descubrir nuevas
leyes, a partir de ver donde las viejas no funcionan
más. - Por último como tercer camino de respuesta
acerca de si nuestras ideas son correctas, Feynman nos menciona
el mas crudo pero el mas poderosos de todos. Si observando una
partida de ajedrez podríamos no saber porque el jugador
(un gran maestro) mueve una ficha de una determinada manera,
podríamos entender groseramente que el está por
ejemplo protegiendo al rey, dado que de acuerdo a lo que vemos
es razonable que así lo haga en las circunstancias de la
partida en las cuales se encuentra. De la misma manera a menudo
podemos entender a la naturaleza en forma grosera o gruesa sin
estar en condiciones de ver lo que cada parte de esta
está haciendo. Es decir entendemos por
aproximación.
En un principio, los fenómenos de la naturaleza
fueron divididos a grosso modo en clases. Así surgieron
los conceptos o teorías acerca de calor,
electricidad, mecánica, magnetismo,
propiedades de las substancias, fenómenos químicos,
luz y fenómenos ópticos, rayos x,
física nuclear, gravedad, fenómenos con mesones,
etc. Sin embargo el objetivo
siempre ha sido y es, poder llegar a ver y a entender la
naturaleza en forma completa, como diferentes aspectos de un
mismo conjunto de fenómenos; es decir poder unificar y
relacionar, y no ver las explicaciones como si estos se dieran en
compartimentos estancos. Este es el problema actual de la
física teórica básica: encontrar las leyes
generales detrás de los experimentos que realizamos con
las observaciones; amalgamar/ unir estas clases, conceptos o
teorías.
Haciendo u recorrido histórico vemos como los
físicos han logrado amalgamar muchos de estos conceptos,
pero a medida que los experimentos continúan, nuevas cosas
son descubiertas que impiden, obstaculizan y hacen más
complejas, las intenciones de unificación En este proceso
de amalgamar, encontramos que en un momento teníamos el
tema del calor y del
movimiento o
mecánica; con la teoría de los átomos, se
comprobó que los átomos en movimiento
producen calor, es así que se lograba explicar el calor y
los efectos de la variación de la temperatura a
partir de las leyes de la mecánica. Otra unión
tremenda fue el descubrimiento de la relación entre la
electricidad, el magnetismo y la
luz; los cuales fueron explicados como diferentes aspectos de un
mismo fenómeno, que hoy se conoce como el campo
electromagnético. Otra unificación importante fue
la de los fenómenos químicos, con las propiedades
de las substancias físicas, con el comportamiento de las
partículas atómicas, lo cual se conoce como la
mecánica cuántica de la química. Así
se fueron unificando las teorías o las ideas, pero siempre
fueron apareciendo nuevas cosas, los rayos x, los
mesones, los quarks.
¿Será posible alguna vez unificar todo, ver que
todo lo que ocurre en la naturaleza puede reducirse a diferentes
aspectos del mismo fenómeno fundamental? Nadie lo sabe.
Solo podemos continuar descubriendo piezas y viendo como las
colocamos en este gigantesco rompecabezas que es la naturaleza.
Si el numero de piezas es finito, y si el rompecabezas tiene un
borde donde termina, es algo desconocido hasta que terminemos de
armarlo, si es que en algún momento esto ocurrirá.
Lo que sí podemos ver ahora es a que estado de
unificación han llegado los físicos hasta ahora, y
cual es la situación de entendimiento de fenómenos
básicos en términos de los principios mas
pequeños y elementales, algo así como preguntarnos
como están hechas las cosas y cuantos son los elementos
componentes fundamentales y últimos
Feynman se pregunta entonces por donde empezamos, si por las
leyes más fáciles aunque incorrectas al menos en
ciertos campos, o por aquellas que son mas generales aunque
difíciles de captar. En términos concretos, su
pregunta es ¿empezamos por la relatividad, la
cuántica, el espacio de cuatro dimensiones, o por la ley
de la masa constante, las leyes de
Newton, etc.? Su respuesta concreta es: mejor iniciarnos con
un mapa general de la física, para luego comprender los
puntos particulares en su inserción en la física
general. Por eso es que empezamos con la siguiente
afirmación: la materia está hecha de átomos,
este es el punto de partida propuesto.
Un recorrido histórico en el desarrollo de la
física
Podemos tener un buen panorama de la física a partir de un
momento histórico, que algunos dicen divide a la
física en dos: clásica y moderna. Este momento es
alrededor de comienzos del siglo XX (1900-1920). Antes de esa
fecha la visión del universo consistía en un
espacio geométrico tri-dimensional tal como lo
describía Euclides; y las cosas cambiaban en un medio
denominado tiempo. Los elementos existentes en esta visión
del universo son partículas, tales como por ejemplo los
átomos, las cuales tienen determinadas propiedades
definidas. ¿Cuáles son estas
propiedades?:
- Inercia: por la cual si una partícula se esta
moviendo en una dirección, así continuara mientras
no actúe una fuerza sobre ella. - Fuerzas: que a esta altura se las consideraba de dos
tipos. Primero una interacción bastante compleja a
través de la cual los átomos se mantienen juntos
formando las diferentes substancias en diferentes condiciones
físicas. Mientras que el otro tipo de interacción
consistía en una de largo alcance. Una atracción
suave entre cuerpos que varia inversamente con el cuadrado de
la distancia que separa a ambos cuerpos. Esta fuerza se la
conoce como gravitación o fuerza de gravedad. Porque los
cuerpos se mantienen en movimiento- es decir tienen inercia- o
porque existe la ley de la gravitación era algo
desconocido. - Presión: en este intento de descripción
de la naturaleza, se explica que un gas, y
también toda la materia puede entenderse simplemente
como una gran cantidad de partículas que se mueven. De
esta manera muchas de las cosas que observamos por ejemplo en
la costa del mar se conectan entre si. Primero la idea de
presión,
que proviene de los choques de los átomos contra aquello
donde medimos la presión.
Si todos los átomos se en el aire, se
movieran en una misma dirección, tendríamos el
viento. - Calor: si por el contrario los átomos en un
sólido, se mueven en forma totalmente aleatoria y
frenéticamente, tendremos el calor. - Densidad: existen también ondas con
exceso de densidad en el
aire, esto
significa que muchas partículas se agolpan en un sitio y
empujan a las que están mas adelante en la
dirección de su movimiento. así podemos explicar
el sonido. Sabemos
que donde no hay partículas (en el vacío) no hay
sonido. Es
impresionante todo lo que podemos explicarnos a partir de esta
concepción del universo. - ¿Qué clase y cuantas partículas
existen? En ese momento se consideraba la existencia de 92
diferentes tipos de partículas (92 diferentes tipos de
átomos o elementos). Sus nombres se asocian a sus
propiedades químicas. - Carga: siguiendo con esta explicación,
¿qué es lo que mantiene a los diferentes
átomos unidos entre si para conformar diferentes
substancias? ¿por qué un átomo de carbono
atrae uno o dos átomos de oxigeno pero no tres?
¿es la gravitación lo que los mantiene unidos? La
respuesta es no, dado que esta fuerza es demasiado débil
para esto. Imaginemos entonces una fuerza similar a la de la
gravedad en el sentido de que varia inversamente con el
cuadrado de la distancia, pero muchísimo mas poderosa y
con una diferencia. Cuando explicamos el fenómeno
gravitatorio, cualquier cuerpo atrae a otro cuerpo, pero en
este caso – que por cierto es el caso de las fuerzas
eléctricas- vemos que partículas con una
característica similar se repelen, mientras que si la
característica es diferente o contraria, se atraen. Esta
característica que produce la atracción o
repulsión eléctrica es lo que denominamos carga.
Podemos así explicar que las substancias están
conformadas por partículas que tienen diferente carga,
manteniéndose así fuertemente unidas, las
substancias son de esta manera neutras desde el punto de vista
eléctrico. La base de la interacción entre los
átomos es entonces eléctrica. Todas las cosas
incluso nosotros mismos estamos compuestos por átomos.
Estos átomos se consideraban conformados por un
núcleo cargado positivamente (pensemos ¿que es la
carga?), y otras partículas mucho mas pequeñas
alrededor del núcleo denominadas electrones. Para que
exista neutralidad eléctrica es necesario que existan la
misma cantidad de electrones como de cargas positivas
denominadas protones, ubicándose estas en el
núcleo.
Concluimos en nuestro modelo de las
partículas que las propiedades de los diferentes elementos
dependerán de la cantidad de electrones que estos tengan,
principalmente de los electrones en la ultima capa es decir
aquellos que están en condiciones de
interactuar con otros elementos.
No es sencillo explicar o entender el significado de la carga
eléctrica, diciendo que las iguales se repelen y las
diferentes se atraen. Una representación mas adecuada
consiste en visualizar que la existencia de una carga positiva,
en cierto sentido distorsiona o crea una condición en el
espacio, de manera tal que cuando se coloca una carga negativa en
dicha zona, esta siente la influencia de la otra carga positiva.
Esta potencialidad de producir una fuerza se denomina campo
eléctrico. De esta manera concluimos en dos reglas: a)
Una carga genera un campo
eléctrico, b) cargas dentro de un campo sufren fuerzas
sobre ellas y se mueven. Hagamos el siguiente experimento,
frotemos un peine de manera tal que le daremos una cierta carga
eléctrica. Si luego colocamos a una cierta distancia un
papel
también cargado eléctricamente y movemos el peine
hacia ambos lados, veremos como el papel
también se mueve apuntando hacia el peine. Si el
movimiento del peine se hace mas rápido, el papel
tendrá como una demora en seguirlo, esta demora en
realidad esta producida por otro fenómeno que surge cuando
hay cargas eléctricas en movimiento relativo entre si.
Este fenómeno se lo conoce como magnetismo. Decimos
entonces que las fuerzas eléctricas y magnéticas
pueden ser atribuidas al mismo fenómeno, siendo aspectos
diferentes de la misma cosa. Un campo eléctrico cambiante
no puede existir sin producir magnetismo.
Imaginemos dice Feynman un corcho en una pileta, podemos moverlo
empujando al mismo hacia abajo. Si hacemos esto con una cierta
frecuencia de repetición, el agua pegada
al corcho comenzara a oscilar y estas oscilaciones se alejaran
del corcho formando círculos concéntricos. Si a una
cierta distancia ponemos otro corcho, este comenzara a oscilar
por la acción de las ondas del agua,
es decir se mueve por una acción indirecta que se propaga
a través del agua. Volviendo al tema de las cargas
eléctricas, al oscilar una de ellas como el corcho,
produce una onda que se propaga en un campo
electromagnético. Este campo puede transportar ondas.
Estas ondas conocidas como ondas electromagnéticas, pueden
tener la forma de luz, ondas de radio, rayos x,
etc. Lo que las diferencia a una de otra es la frecuencia de
oscilación de la carga (el corchito) que las origino.
Cuando en este tema de las ondas electromagnéticas,
entramos en la zona de alta frecuencia, dichas ondas se comportan
como partículas. Este es el campo de la física
moderna posterior al 1900, que se conoce con el nombre de
mecánica cuántica. Una nueva visión se
desarrolla a partir de los trabajos de Einstein, la
separación entre espacio tridimensional y tiempo se diluye
combinándose en una idea espacio-tiempo, y posteriormente
la idea de espacio-tiempo curvo parar incorporar el concepto de
gravedad. Luego se determino que las leyes de la mecánica,
las leyes de
Newton eran erróneas en el mundo de los átomos.
Las cosas en el mundo atómico, el mundo de las
partículas atómicas, no se comportan como cosas,
como lo que nuestro sentido común nos dice que es una
partícula en el macro mundo, como si las mismas fueran
pequeñas bolas de billar. Esto, afirma Feynman, es lo que
hace a la física difícil pero muy interesante.
Difícil porque la forma en que las cosas se comportan en
el mundo a escala
pequeña es anti-natural, no tenemos experiencia directa en
esto como para imaginarnos que es lo que ocurre. Las cosas no se
comportan como nada de lo que si conocemos, por eso describir
estos comportamientos se hace imposible, quedando solo la
posibilidad de hacerlo en una forma analítica, de
allí las matemáticas y lo abstracto de las
explicaciones. La mecánica cuántica tiene muchos
aspectos, en primer lugar lo que se conoce como principio de
incertidumbre por el cual es imposible conocer dos propiedades de
una partícula en forma simultanea y con la máxima
certidumbre. No podemos conocer la posición y la velocidad de
la misma. Ahora bien, esto que parece una trivialidad,
imposibilita el
conocimiento de lo que denominamos trayectoria, es decir no
podemos saber con seguridad donde
se encuentra la partícula o hacia donde se dirige.
Nuevamente podríamos preguntarnos …¿y? Bien esta
regla explica una misteriosa paradoja: si los átomos
están hechos por cargas positivas y negativas, que se
atraen entre si, ¿por qué no ocurre que las cargas
negativas simplemente se ponen en contacto directo con las
positivas de manera tal de cancelarse unas con las otras?
¿Por qué los átomos son tan grandes? Se
pregunta Feynman. Imaginemos que si un átomo mide
10-13 cm como diámetro de la orbita de
electrones mas externa, el núcleo mide solo
10-8 cm es decir es 100.000 veces mas chico que todo
el átomo, ¿por que el electrón no se "cae"
hacia el núcleo? Si esto ocurriera, conoceríamos
con exactitud la posición del electrón, y por el
principio de incertidumbre, su velocidad
debería ser infinitamente variable e incierta, algo
imposible, dado que con dicha velocidad (energía
cinética) rompería la atadura que le produce el
núcleo y escaparía. La cuántica trajo otro
cambio a las ideas y a la filosofía de la ciencia: no es
posible predecir con exactitud que ocurrirá en ninguna
circunstancia, en un experimento. Por ejemplo se puede excitar a
un grupo de
átomos para que emitan luz (fotones) los cuales son
detectados al momento de la emisión. Sin embargo antes de
que esta emisión ocurra, es imposible saber cual es el
átomo que lo producirá ni cuando. La naturaleza se
comporta de forma tal que es imposible predecir exactamente lo
que ocurrirá a partir de un experimento determinado. Esto
desde el punto de vista científico es algo que suena a
tremendo, dado que siempre se considero que: si se establecen las
mismas condiciones para un experimento, se deben obtener los
mismos resultados. Esto no es cierto, no es una condición
fundamental de la ciencia. Solo es posible obtener resultados
estadísticos.
La mecánica cuántica ha producido una unión
adicional dentro de la física. Ha determinado que lo que
se conoce como partículas se comportan como tales y
también como ondas, y lo que se conoce como ondas
también adoptan comportamiento como partículas. Se
unifican así las ideas de campo, ondas y
partículas. Cuando las frecuencias son bajas, estamos en
lo que denominamos condición de onda y cuando las
frecuencias aumentan, el comportamiento corpuscular se hace mas
evidente. En realidad el limite de detección de
frecuencias esta en el orden de 1012 ciclos/seg. Para
frecuencias mas grandes esta solo se deduce a partir de la
energía de las partículas y asumiendo la validez de
la dualidad onda-partícula. Es así que agregamos
una partícula mas a las conocidas- protón, neutron
y electrón-, a la cual denominamos fotón.
Así surge la denominada electrodinámica
cuántica. Esta teoría que fue desarrollada por
Feynman, es la teoría fundamental de interacción
entre la luz (ondas electromagnéticas) y la materia
(electrones) y actualmente es considerada como la mas precisa de
las teorías existentes, en términos de su
posibilidad de predicción de ocurrencia de
fenómenos físicos, excepto aquellos que tengan que
ver con la gravedad y los fenómenos dentro del campo
nuclear. De esta teoría de electrodinámica
quántica surgen las explicaciones para todas las leyes
eléctricas, mecánicas y químicas, las leyes
de choque entre dos cuerpos macro, el calor especifico de las
substancias, el color de las luces que emiten los diferentes
elementos químicos (luces de neón), la densidad de la
sal, las reacciones del oxigeno e hidrógeno para formar
agua. Esta teoría en principio es la que explica toda la
química y por lo tanto también la genética y
la biología,
es decir la vida en todas sus formas.
Habiendo ya recorrido a vuelo de pájaro el avance
del conocimiento
científico a partir de la física, volvamos al
punto de partida propuesto por Feynman. Si supusiéramos
que debido a un gran cataclismo se pierde todo el conocimiento
científico, ¿ que frase debería ser
transmitida a la generación futura para que desde esta,
pudieran reconstruir el conocimiento perdido?. Feynman afirma que
dicha frase debería encapsular la hipótesis atómica de que todas las
cosas están hechas de átomos, pequeñas
partículas que están en estado de
movimiento perpetuo, que se atraen una a otra cuando están
a muy cortas distancias, pero que también se repelen si
las intentamos juntar mas allá de cierto limite.
A partir de esta afirmación o hipótesis
atómica, Feynman avanza en una explicación sencilla
de diferentes fenómenos físico-químicos,
tomando como base la molécula de agua compuesta por dos
átomos de hidrógeno y uno de oxigeno. En el
desarrollo de estas explicaciones, nos da una idea de la
dimensión de un átomo que resulta impresionante.
Dice que si a una manzana común se la agranda hasta que
tenga la dimensión de la tierra, la relación de
tamaño entre la manzana agrandada (tamaño tierra) y
la original es la misma que la de la manzana real y uno de sus
átomos componentes. Para nuestra dimensión macro,
los átomos son insignificantes.
Volviendo a los fenómenos
físico-químicos que explica a partir de la
hipótesis atómica, están:
- La evaporación por acción del calor que
al dar mayor movimiento a las moléculas de agua hace que
se separen unas de otras. - Si esto (la evaporación) ocurre dentro de un
recipiente, las moléculas golpearan las paredes del
mismo, ejerciendo una fuerza sobre esta. Este es el significado
de la presión en este caso del vapor de
agua. - La cantidad de moléculas existentes da una
idea de la densidad. - Si la temperatura
se aumenta aun mas, mayor será la movilidad de las
moléculas, por lo que mayor será la cantidad de
golpes de estas contra la pared, podemos así deducir que
la presión de vapor aumenta con la
temperatura. - Bajando la temperatura, el movimiento molecular
será cada vez menor llegando un punto donde
prácticamente estarán quietas en una
posición. Este estado lo denominamos para el agua
hielo, en este estado sólido, las moléculas
adoptan una ubicación del tipo cristalina y no en
cualquier lugar al azar.
Así, Feynman continua describiendo, la
presión de evaporación, la disolución de sal
en agua, las reacciones
químicas para formar diferentes compuestos, el proceso
de la combustión, la generación de calor
el cual se manifestara por el movimiento molecular dentro de un
gas. Cuando
este movimiento alcanza situaciones extremas, produce luz que la
vemos en lo que denominamos llamas.
Es así como Feynman dice que, con imaginación y
experimentación, a partir de la hipótesis: todo
esta compuesto por átomos, los resultados demuestran que
la misma es acertada, lo que permite transformarla -la
hipótesis de partida-, en una teoría fundamental y
básica para explicarnos el comportamiento de la
naturaleza.
Ahora bien ¿como son esos átomos? En primer lugar
tienen un núcleo, cuya carga es positiva y el mismo esta
equilibrado eléctricamente por cargas negativas llamadas
electrones. ¿De que esta compuesto el núcleo? El
núcleo esta compuesto por partículas denominadas
protones y neutrones, que hasta no hace mucho eran consideradas
partículas fundamentales, es decir que no podían
subdividirse en otras mas pequeñas. ¿Qué es
lo que mantiene a estas partículas unidas? A partir de
intentar contestarse estas preguntas surge toda la investigación del mundo de las
partículas, la denominada fuerza o interacción
fuerte, que se realiza a través del intercambio de
gluones, tal como la fuerza electromagnética se realiza a
través del intercambio de fotones. Llevar a cabo toda esta
investigación se hizo posible a partir de
la construcción de los aceleradores de
partículas-ciclotrones-, que permitieron detectar, como
suele llamarse en la física, un zoológico de
alrededor de 30 partículas sub-atómicas de
diferentes masas y vidas. Es muy difícil entender cual es
la relación o conexión que existe entre ellas, y
para que la naturaleza las "quiere". Esto da la pauta que las
teorías hasta ahora desarrolladas acerca de lo que pasa en
el interior de los núcleos atómicos son incompletas
y /o erróneas. Luego del gran éxito
de la teoría de la electrodinámica cuántica,
se genero una
cierta cantidad de conocimiento de la física del
núcleo atómico o nuclear, el cual podemos
catalogarlo como conocimiento en bruto, parte teoría,
parte experiencias, a partir del cual se construyo esta
concepción del tipo de fuerza que mantiene a los neutrones
y protones unidos en el interior del núcleo. No obstante,
aun no esta claro de donde proviene esta fuerza.
En siglo pasado, Mendeleyev creo la tabla que lleva su nombre
donde pudo clasificar a los diferentes elementos conocidos de la
naturaleza, a partir de sus propiedades o características
químicas; esto permitió pronosticar la existencia
de otros elementos aun no conocidos. De la misma manera hoy en
día, se esta intentando construir una tabla de
partículas sub-atómicas. Nishijima en Japón y
Gell-Mann en USA son creadores de una tabla de este tipo, ambos
trabajando independientemente. Así como en la tabla de
Mendeleyev existe una base a partir de la cual realizar la
clasificación de todos los elementos, lo mismo ocurre en
el caso de las partículas sub-atómicas. La base
para clasificar los elementos en la tabla de Mendeleyev, es la
carga eléctrica (el numero de electrones en la capa
exterior); en esta tabla de partículas la base de
clasificación es un numero denominado "extrañeza" o
numero "s". Cuando se producen reacciones nucleares, este numero
se conserva, de la misma manera como se conserva la carga en las
reacciones
químicas. Se conserva significa que el valor total del
numero s antes de la reacción nuclear es el mismo que se
calculara luego de que esta se ha producido. Valga por ahora esa
definición de conservación.
De este zoo de partículas podemos decir que solo 5 son
estables, el resto decae en mayor o menor tiempo, es por eso que
una de las características de estas partículas es
lo que llamamos vida. Entre estas partículas se encuentran
las que para nosotros son mas conocidas, tales como el neutron,
el protón , el electrón y el fotón. Todas
ellas pueden clasificarse en tres grandes grupos:
- Bariones: estando el protón y el neutron
dentro de este grupo, junto
con otras partículas de mayor masa que
estos. - Mesones
- Leptones: estando en este grupo los electrones y los
neutrinos.
En este zoo de partículas, existen algunas que
tienen masa cero, tales como el fotón, el gravitón
( aun no fue detectado; su existencia intenta explicar que es lo
que transmite la fuerza de gravedad. Es el portador de dicha
interacción a distancia). Pero… ¿que significa
masa cero? Siempre se habla de las masas de las partículas
en reposo. Que una partícula tenga masa cero en reposo nos
indica que dicha partícula no puede estar en reposo nunca,
es decir siempre se mueve. El fotón por ejemplo siempre se
esta moviendo a 300.000 km/seg, la velocidad de la luz, lo cual
es obvio porque el fotón es luz o mas propiamente radiación
electromagnética. Este concepto de masa en reposo es un
concepto relativista, que solo podrá ser captado a partir
de la teoría especial de la relatividad, la cual veremos
someramente mas adelante.
Así llegamos al punto donde nos encontramos hoy: con un
conjunto de partículas que parecen ser los constituyentes
fundamentales de la materia y todo lo que existe. Estas
partículas, interactúan entre si bajo cuatro formas
diferentes, conocidas como las cuatro fuerzas de la naturaleza,
que en orden decreciente de magnitud son: la fuerza nuclear, la
interacción electromagnética, la interacción
débil, que se produce en la emisión beta, y la
gravedad.
En esta instancia de lo descripto acerca de la materia y los
átomos, es bueno escuchar como Feynman resume la
situación de la física en la actualidad:
"Afuera del núcleo parece que ya sabemos todo. Adentro del
núcleo la mecánica cuántica es valida. Donde
estamos poniendo ahora todo nuestro conocimiento es en el
concepto relativista de espacio – tiempo, donde la gravedad
también esta incluida… …Estamos creciendo gradualmente
en el entendimiento del mundo de las partículas
sub-atómicas, aunque no sabemos cuanto mas profundamente
tenemos aun que internarnos en esta tarea".
Las otras ciencias
- Química: La teoría de los
átomos, considerada como parte de la física, se
comprobada a través de los experimentos en
química. La química es de todas las ciencias, la
mas afectada por la física. La teoría
química, la de las reacciones químicas, esta
resumida en la tabla
periódica de Mendeleyev, en la cual a partir de
algunas extrañas relaciones entre los elementos, surgen
un conjunto de reglas acerca de cual sustancia se combina con
cual y como, esto se conoce como química
inorgánica. Todas estas reglas se explican finalmente
por la mecánica cuántica, por eso decimos que la
química teórica es en realidad física. La
otra rama de la química la llamada química
orgánica, que es la química de las sustancias que
están asociadas con las cosas vivas. En realidad estas
sustancias son similares a las descriptas por la química
inorgánica, pero donde el arreglo entre los
átomos es mas complejo. Estos arreglos de todas formas
también pueden explicarse a partir de la mecánica
quántica. La química orgánica tiene una
relación alta con la biología. - Biología: es el estudio de las cosas vivas.
Hubo una temprana relación entre la biología y la
física dado que a partir de la biología, los
físicos pudieron descubrir el principio de
conservación de la energía, el cual fue
demostrado en primer lugar por Mayer en relación a la
cantidad de calor que podía absorberse y disiparse por
un ser viviente. Si observamos de una manera mas precisa, el
proceso biológico de los animales vivientes,
encontraremos muchos fenómenos físicos: la
circulación de la sangre, el
bombeo de la misma, la presión en los conductos que la
transportan, las transmisiones nerviosas. En el estudio de los
nervios, los biólogos, concluyen que los nervios son
tubos muy finos con paredes complejas también muy
delgadas; a través de estas las células
bombean iones positivos hacia fuera quedando iones negativos en
el lado interno de la pared del nervio, conformándose
algo similar a un capacitor, que finalmente produce
señales eléctricas, las cuales finalmente
producen las sensaciones de en los seres vivos. Las
señales provenientes del cerebro,
producen la descarga de determinada sustancia química,
la cual en contacto con otras sustancias presentes en los
músculos, producen la contracción de estos que
finalmente produce el movimiento mecánico. No obstante
la maquinaria que produce la modificación de las
dimensiones del músculo ante la reacción
química que antes mencionamos, no es totalmente
conocida. Existen infinidad de temas físicos
relacionados con la biología imposibles de mencionar
todos, como la luz interactúa en el ojo permitiendo la
visión, como funciona el sonido en la
interrelación del tipo mecánica entre la
presión del aire y los huesitos del oído.
Todos estos temas de todas maneras no son fundamentales en
biología, dado que entender los mismos no nos hace
entender al proceso de la vida misma. Al investigar mas en
profundidad encontramos que todas los seres vivos
(animales-vegetales, sin importar el tamaño) tienen
muchas cosas en común. La mas común de todas es
que todas ellas están hechas por células,
dentro de la cual existe una compleja maquinaria para hacer
cosas químicamente, en ellas se producen muchas
reacciones químicas elaboradas, en las cuales un
compuesto es cambiado en otros. - Astronomía: esta ciencia en realidad es mas
vieja que la física. A partir de esta comenzó el
estudio de la física, cuando se pudo comprobar y
entender la simplicidad del movimiento de los planetas y
las estrellas. Pero el descubrimiento mas impresionante en toda
la astronomía, es que las estrellas
están hechas de átomos de la misma clase que los
que están en la tierra. Esto se ha comprobado a partir
de la utilización de la espectroscopia, técnica
que permite distinguir de que esta compuesta una estrella o
planeta, por la frecuencia de la luz que se recibe desde ella.
Incluso dos elementos fueron descubiertos antes en las
estrellas que en la tierra, el helio en el sol y el
tecnecio en ciertas estrellas frías. Uno de los
descubrimientos mas impresionantes fue el origen de la
energía de las estrellas que permite que estas
continúen brillando. Es la combustión nuclear del hidrógeno
la que aporta la energía al sol, el hidrógeno es
así convertido en helio. De lo que nosotros estamos
hechos, fue cocinado alguna vez en una estrella y arrojados
desde allí hacia fuera.
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