La ilusión de la antigravedad

The same post in English

El hombre siempre ha deseado poder volar. Ver cómo lo hacen las aves y no poder hacerlo le ha obsesionado, hasta el punto de provocar no pocos accidentes. Es un ansia que ya conocen los niños muy pequeños. Sirvan de prueba algunos percances que provocó a finales de los años setenta la visión de la película Superman.

A finales del siglo XIX se conocían dos interacciones fundamentales: la electromagnética y la gravitatoria. En un respecto, las dos son muy diferentes. Los cuerpos cargados de electricidad pueden tener carga positiva o negativa. Una carga positiva y una negativa se atraen; dos positivas o dos negativas se repelen. De igual manera, los cuerpos magnéticos presentan dos extremos con magnetismo de tipo diferente, norte y sur. Si acercamos dos imanes, el extremo norte de uno y el extremo sur del otro se atraen; los extremos del mismo tipo se repelen.

Una conversación con ChatGPT

The same post in English

El pasado mes de enero decidí poner a prueba la Inteligencia Artificial de moda, ChatGPT de OpenAI. Para ello realicé dos sesiones independientes (ignoro si el programa las conectó entre sí), en las que mis preguntas se dirigieron a los siguientes temas científicos:

• La primera sesión la enfoqué con una serie de preguntas sobre la teoría general de la relatividad, las teorías cosmológicas, y el modelo cosmológico estándar.
• La segunda la dediqué a la teoría especial de la relatividad, el límite de la velocidad de la luz en el vacío, y la posibilidad de viajar en el tiempo.

Después de la primera sesión, mis conclusiones son las siguientes:

¿Son calvos los agujeros negros?

The same post in English 

Los agujeros negros son unos objetos muy raros. Son acumulaciones de materia enormemente compacta, que ejerce una gravedad tan grande, que a menos de cierta distancia (el horizonte de sucesos) nada puede escapar de su atracción, ni siquiera la luz. De ahí su nombre.

La existencia de los agujeros negros había sido predicha en el siglo XVIII por el geólogo inglés John Michell y por el astrónomo francés Laplace. Por entonces nadie hizo demasiado caso, pero a partir de 1915, cuando Einstein formuló la teoría de la Relatividad General, el interés por estos objetos misteriosos creció. Pronto se llegó a la conclusión de que, cuando una estrella de gran masa agotara la posibilidad de producir reacciones nucleares de fusión, ninguna fuerza de la naturaleza sería capaz de vencer la atracción de la gravedad de la materia resultante, por lo que se produciría un agujero negro. Pero durante mucho tiempo se dudó de su existencia real, porque la teoría parecía predecir que la materia situada en el interior de un agujero negro ocuparía un volumen nulo y por tanto tendría una densidad infinita. Como los físicos suelen sospechar que el infinito es un concepto matemático que no se puede alcanzar en la vida real, sólo se veían dos posibilidades: o bien los agujeros negros no existen, o bien habría que modificar la teoría de Einstein para que no alcancen una densidad infinita.

Compatible, incompatible, posible e imposible

The same post in English

Voy a comentar y tratar de aclarar los cuatro conceptos del título, que a veces se confunden cuando se habla de las teorías físicas y de su aplicación:

• Un suceso (real o imaginado) puede ser compatible con una teoría. Lo que eso significa es que, si ese suceso fuese real, no plantearía ningún problema para la teoría, que admite en principio la posibilidad de que dicho suceso tenga lugar.

Más tergiversaciones científicas de los medios

The same post in English

En mi primer día de clase en la titulación de Ingeniería de Telecomunicación solía decirles esto a mis alumnos:

No os creáis ninguna noticia científica de las que se publican en la prensa o en otros medios de comunicación generalistas. La mayor parte son falsas o han sido mal entendidas.

En artículos anteriores he mencionado varios casos de noticias tergiversadas por los medios, aunque a veces la culpa no es del periodista, sino del propio científico, que trata de colar como si fuesen ciencia sus ideas filosóficas basadas en el materialismo reduccionista. En este artículo voy a comentar tres noticias relativamente recientes, y trataré de explicar lo que realmente hay detrás de ellas.

Modelos científicos: ¿ajuste o validación?

Leonard Nimoy
como el Sr. Spock

The same post in English

Una de las formas en que avanza la ciencia es construyendo modelos, que a menudo están formados por conjuntos más o menos complejos de ecuaciones matemáticas, y tratando de comprobar si dichos modelos se adaptan o no al funcionamiento del mundo real, tal como nos lo describen nuestros sentidos y nuestros instrumentos.

Al construir y utilizar un modelo tenemos que distinguir dos fases:

• Ajuste del modelo: consiste en asignar valores a los parámetros del modelo para conseguir que este se ajuste a los datos que ya tenemos sobre el mundo real. Un modelo que no esté ajustado a dicho conocimiento previo sería totalmente inútil.
• Validación del modelo: consiste en utilizar el modelo para realizar predicciones sorprendentes que nadie habría podido prever sin ayuda del modelo. Si dichas predicciones se confirman, se transforman en predicciones acertadas sorprendentes, que validan el modelo. Sin embargo, la validación nunca es definitiva, porque una nueva predicción sorprendente desacertada podría invalidarlo en el futuro.

Veamos algunos ejemplos:

Newton, el científico más grande de nuestra civilización

The same post in English

Isaac Newton

Como dije en el artículo anterior, en el Diccionario Espasa 1.000 grandes científicos (1996) y un libro inédito he propuesto una cuantificación objetiva de la importancia de los científicos, utilizando medidas como el número de líneas que les dedican diversas enciclopedias. En estos estudios quedaron empatados con la máxima puntuación seis científicos: uno griego (Aristóteles), de quien ya hemos hablado, y cinco de Occidente (Descartes, Newton, Darwin, Freud y Einstein). Entre estos cinco, ¿hay alguno a quien pueda considerarse como el científico más grande de nuestra civilización?

En 1964, Isaac Asimov realizó otro estudio (The Isaac Winners) sobre la importancia relativa de los hombres de ciencia, que dio como resultado una lista de los (en su opinión) 72 mejores científicos de todos los tiempos. Esta lista es simplemente cualitativa y no establece un orden relativo entre los nombres que aparecen en ella, a pesar de lo cual Asimov no renuncia a afirmar que (de nuevo en su opinión) Isaac Newton, que casualmente era su tocayo, fue el científico más grande de todos los tiempos.

¿Existe el universo?

The same post in English

La Wikipedia define así el universo:

El universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, y las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término también se utiliza en sentidos contextuales ligeramente diferentes y alude a conceptos como cosmos, mundo o naturaleza. Su estudio, en las mayores escalas, es el objeto de la cosmología, disciplina basada en la astronomía y la física, en la cual se describen todos los aspectos de este universo con sus fenómenos.

Antes de aplicarse al universo, la palabra griega cosmos significaba orden y belleza. Obsérvese que este sentido se mantiene en una de sus derivadas, la palabra cosmética. La palabra latina mundus tiene también los dos significados: como sustantivo, el mundo, la totalidad. Como adjetivo, limpio, aseado, elegante. Es de suponer que el primer sentido lo copió de Grecia, y para traducir cosmos adoptaron la misma palabra que representaba en latín el otro significado, del que proviene el adjetivo inmundo. Finalmente la palabra naturaleza (physis en griego) tiene más bien connotaciones fenoménicas (o sea, más que al universo se refiere a lo que ocurre en él). De esta palabra provienen física (estudio de la naturaleza) y metafísica (más allá de la física).

Alternativas al Big Bang

The same post in English

La teoría del Big Bang tiene un problema, que se puede explicar con el siguiente conjunto de cuestiones:

• Lo más alejado de nosotros que podemos ver es la radiación cósmica de fondo de microondas, que se originó unos 380.000 años después del Big Bang. Lo que ocurrió antes, no es posible verlo directamente, porque está oculto detrás de esa radiación.
• Es verdad que no podemos verlo, pero sí podemos deducir lo que pasó en esos primeros 380.000 años, aplicando la teoría física estándar, que es la relatividad general. Además, es posible realizar comprobaciones experimentales de esas deducciones, porque proporcionan  predicciones, como la composición media del cosmos, que coincide muy bien con los datos experimentales.
• El problema es que la relatividad general no nos sirve para llegar al tiempo cero, al Big Bang propiamente dicho. Esta teoría sólo se puede aplicar a partir de unos 5×10^-44 segundos después del Big Bang (el tiempo de Planck), porque antes de ese tiempo los efectos cuánticos eran predominantes, y no disponemos de una teoría física que unifique la mecánica cuántica con la relatividad general.

¿Qué dice la física sobre los viajes en el tiempo?

The same post in English

En el artículo anterior planteamos algunas paradojas que nos podrían hacer dudar sobre la posibilidad de realizar viajes en el tiempo. Pero ¿qué dice la física? ¿Hay alguna teoría que haga posible viajar en el tiempo? ¿Es verdad, como dicen algunos, que la teoría especial de la relatividad de Einstein implica que será posible viajar en el tiempo?

En primer lugar, es preciso refutar una idea falsa, pero bastante extendida. A menudo se oye decir algo parecido a esto:

Si fuese posible viajar a velocidades mayores que la de la luz, viajaríamos hacia atrás en el tiempo, porque el tiempo transcurrido sería negativo.

¿Es esto cierto? Veamos la ecuación que define la relación entre el tiempo propio y el tiempo externo para un cuerpo que se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme, de acuerdo con la teoría especial de la relatividad:

Donde t es el tiempo vivido por los viajeros que se mueven a la velocidad v; t₀ es el tiempo externo equivalente (el tiempo experimentado por un objeto que se encuentre en reposo); y c es la velocidad de la luz. Podemos ver que, para v < c, el término que está dentro de la raíz cuadrada es positivo y menor que 1, su raíz también lo será, y por lo tanto t < t₀ (el tiempo de los viajeros se acorta).

El misterio de las muchas variables

Teoría estándar de
física de partículas

The same post in English

En la actualidad están en vigor dos grandes teorías físicas:

·         Por un lado la mecánica cuántica, que se aplica primordialmente a los objetos muy pequeños (aquellos a los que la gravedad apenas afecta), y es la herramienta básica de la teoría estándar de física de partículas.

·         Por otro, la relatividad general, que se aplica a los objetos muy grandes (desde los planetas hasta el universo entero, para los que la gravedad es casi lo único que importa), y es la herramienta fundamental de la teoría cosmológica estándar (la del Big Bang).

Lamentablemente, las dos teorías no son compatibles entre sí, por lo que la física está muy lejos de haber resuelto todos sus problemas pendientes. Por otra parte, esas dos teorías dependen de muchas variables independientes: unas cuarenta, entre las dos. Muchos físicos piensan que cuarenta variables independientes son demasiadas. Significa que el espacio de configuración de la naturaleza tiene unas cuarenta dimensiones. Si no somos capaces de imaginar un espacio de cuatro dimensiones, ¡cómo será con cuarenta!