Saturday 5 November 2011

Quantum Man - Lawrence M. Krauss

Hay unos cuantos libros sobre el premio Nobel Richard P. Feynman. Normalmente se suelen centrar en las anécdotas que su peculiar carácter propiciaba. Son libros entretenidos y ciertamente recomendables (sobre todo: ¿Está usted de broma Mr. Feynman? Su continuación ¿Qué te importa lo que piensen los demás? aunque ofrece una interesante semblanza de la contribución del físico al esclarecimiento del accidente del transbordador Challenger, es un poco más flojo)

Este libro se centra, por el contrario en la contribución científica de Feynman. Y hace un muy buen trabajo de ello en un estilo muy agradable ameno y muy claro

Hay científicos (Heisenberg, Einstein) que temian y quizá se puede entender que cayeron en la maldición de los 40 (a partir delos 40 se acabó contribuir al progreso científico). Sorprende el amplio abanico de temas que feynman abordó a lo largo de su vida científica... que se extendío más allá de los 40. Desde que en el instituto su profesor de física le introdujo en los principios de minimización como principio básico de la física, Feynman no dejó de darle vueltas hasta que extendió los principios de mínima acción y de la dinámica lagrangiana a  reformular la teoría cuántica, establecida en su formulación estándar a partir de la extensión al mundo subatómico de la formulación hamiltoniana de la dinámica... ¿simplemente darle vueltas a lo mismo para ganar un doctorado? No. Sin esta reformulación quizá el progreso (con perdón de Schwinger y Tomonaga) de la teoría cuántica de la interacción electromagnética no hubiera sido tan rápido... y sobre todo no se hubiera progresado en la comprensión fundamental de la teoría electrodébil y fuerte. Quizá esta formulación de Feynman descubriera una visión fundamental y realmente primera de los principios que rigen el mundo cuántico. Aquí Feynman, como decía Newton, se erguía sobre hombros de gigantes: Paul Dirac (también premio Nobel) ya había trabajado en buscar un camino que permitiera entender la conexión entre los sistemas macroscópicos y las leyes de newton que los rigen y los sistemas subatómicos y su muy diferente comportamiento cuántico (¿cómo sabe algo si debe regirse por Newton o por Schrodinger - Heisenberg?) y había encontrado que la formulación de Lagrange era más adecuada para abordar estos problemas.
Utilizando el formalismo de Lagrange Feynman postula que todas las posibles trayectorias que una partícula cuántica puede seguir han de tenerse en cuenta (con un peso adecuado) a la hora de calcular las probabilidades de que ciertos sucesos físicos ocurran. En el caso clásico (partículas y sistemas macroscópicos) resulta que sólo la trayectoria "newtoniana" contribuye significativamente. El resto de posibilidades se cancelan. Esta aproximación de Feynman se denomina de "Integral de Camino".Feynman hizo amplio uso de ella en sus contribuciones anteriormente comentadas y en sus "escarceos" en física de la materia condensada (explicación de la superfluidez del helio líquido) y cosmología cuántica.

las contribuciones de Feynman no pararon aquí: sentó las bases de la nanotecnolgía profetizando que en el futuro sería posible manipular los átomos uno por uno para conseguir herramientas futuristas en los campos e la medicina, materiales, etc. y realizó (ya desde los años 40 en que participó en el proyecto de Los Álamos de construcción de las primeras armas nucleares) contribuciones importantes en el ámbito de la computación

Parece que la capacidad de feynman era ilimitada... salvo por el hecho de llevar mal progresar a partir del trabajo de otros, lo que sin duda le llevó a invertir un tiempo precioso en recorrer caminos ya trillados... todos los genios tienen sus pequeños defectos... que hace que dejen algo para los demás

Saturday 2 July 2011

La realidad oculta (The Hidden reality) de Brian Greene

Después de sus dos excelentes libros, El Universo Elegante y El tejido del Cosmos, el escritor (físico teórico que ha contribuido al desarrollo de la teoría de cuerdas) nos hace un resumen muy interesante sobre las teorías cosmológicas y de física de altas energías sobre las que actualmente se investiga. En realidad el objetivo del libro es mostrar cómo estas teorías abren un camino para pensar que hay otros universos además del que percibimos como "nuestro universo".

Estos universos paralelos surgen, por ejemplo, de la posible infinitud del espacio tiempo, lo que originaría zonas que no pueden estar conectadas causalmente (estaríamos física y absolutamente separados de esas otras zonas). las posibles combinaciones físicas de los constituyentes de la materia son enormes pero finitas y dado que hay infinitas de estas zonas, la realidad se ve abocada a repetirse a sí misma.

Otro caso de multiuniversos lo ofrecen las diferentes posibles geometrías (variedades de Calabi Yau) donde habitan las cuerdas, constituyentes fundamentales de la materia según una potente corriente de la física teórica actual, compatibles con las leyes físicas que percibimos... y con leyes similares aunque no exactamente iguales que podían regir la realidad de universos que se desarrollarían "a la vuelta de nuestras dimensiones"...

Greene también repasa la interpretación de Copenhague de la física cuántica, el problema del colapso de la función de onda (antes de la medida la física sólo nos ofrece posibilidades de conocer probabilidades de ocurrencias de los diferentes posibles valores de la medición. Sin embargo, tras medir, obtenemos un resultado concreto... ya no hay probabilidades... ¿qué le ha pasado al descriptor de la realidad, la llamada función de onda, en el proceso de la medición?... porque la calidad de nuestras posibilidades de conocimiento antes y después de la medición difiere radicalmente)

Especialmente sorprendente resulta la reflexión sobre la inquietante conexión entre matemáticas y realidad: nuestras herramientas matemáticas se adaptan sorprendentemente bien a la descripción de la realidad que percibimos... sin embargo nuestro mundo sólo hace uso de parte de todo el universo matemático... ¿no podrían existir "ahí fuera" universos basados en otros sistemas matemáticos que existen pero que no vemos realizarse en el nuestro?

De todas formas el material que presenta Greene es tan rico que casi lo de menos es la discusión sobre la existencia posible de otros universos... con lo que hay que aprender de este ocuparíamos trillones de vidas...

Aquí hay otra interesante reseña sobre el libro


Aquí, una entrevista por Eduardo Punset en "Redes" con el físico Max Tegmark sobre "multiuniversismo"

Saturday 9 April 2011

Incertidumbre de David Lindley

Los aficionados a la física teórica de principios del siglo XXI están acostumbrados a leer acerca de supercuerdas, geometría cuántica y otros intentos de unificar la física cuántica y la teoría de Einstein de la gravitación (relatividad general). Leyendo de estos fascinantes intentos por dar una explicación única de los fenómenos fundamentales de nuestro universo se pierde de vista el fascinante periodo de hace poco más de un siglo en el que produjo un cambio radical ya no sólo en los paradigmas científicos sino en las propias bases de las teorías del conocimiento humano.

En la década de 1920, justo después de que Einstein ofreciera una nueva explicación acerca de lo que significa el espacio y el tiempo y una interpretación del fenómeno de la gravedad coherente con aquella (teoría especial y general de la relatividad) un grupo de científicos jovencísimos (Pauli, Heisenberg, Dirac, Jordan) liderados por Bhor (unos años mayores) y apoyados decisivamente por Born establecían el marco teórico para explicar los fenómenos del mundo atómico.

En este esfuerzo el propio Einstein iba a contribuir también decisivamente, muy a su pesar: el descubridor junto con Planck de los cuantos de luz (campo electromagnético), no se sentía cómodo con la física cuántica, reconocía su gran poder de explicación de la realidad pero las consecuencias filosóficas del marco conceptual cuántico no encajaban con su visión de lo que es una teoría física, de los constituyentes de la realidad y por ello trabajó intensamente  al mismo tiempo que los fundadores cuánticos (en particular Bohr) trataban por evangelizar a la comunidad científica, para establecer "experimentos mentales que establecieran que la teoría de los cuantos debía ser mejorada... esfuerzo que contribuyó a estimular el trabajo de Bohr y sus discípulos para reforzar los fundamentos de la teoría y robustecerla...

¿Qué es lo que no le cuadraba a Einstein? Hasta el último cuarto del siglo XIX los físicos o filósofos naturales como se les conocía pensaban basándose en la teoría newtoniana de la dinámica de los cuerpos o en las alternativas pero equivalentes formulaciones de Lagrange y Hamilton que todo fenómeno tenía una causa cuyos efrectos se manifestaban de forma predecible: si conocíamos las condiciones iniciales (posición y velocidad) de un cuerpo en un momento dado y se sabían las fuerzas a las que dicho cuerpo estaba sometido, podía predecirse el futuro movimiento de dicho cuerpo. se podía conocer el movimiento de los planetas... pero se pensaba que incluso este determinismo se extendía a todos los aspectos de la existencia humana... La teoría electromagnética de Maxwell (en torno a mitad del siglo XIX) refrendaba esta creencia. Las ecuaciones eran deterministas.

El primer jarro de agua fría a esta visión fue la teoría cinética de los gases y la física térmica y estadística (que encuentra el más importante representante en Boltzmann): los fundamentos físicos puede que sean deterministas pero la naturaleza es compleja y quizá, aunque en principio posible, no esté a nuestro alcance conocer exactamente las condiciones iniciales de un sistema... ni resolver tooooodas las ecuaciones involucradas. POr ejemplo en un volumen  de gas puede haber en torno a 10 exp23 moléculas. Conocer la posición y velocidad de las mismas en un momento dado (situación agravada por la necesidad de conocer las 3 componentes de la posición: x, y, z y las 3 componentes de la velocidad) se antoja una tarea más allá de la tecnología actual y futura... y quizá ni siquiera tenga sentido... la teoría estadística ofrece herramientas para extraer las características relevantes para nuestra experiencia de dicho volumen de gas (presión temperatura...) sin necesidad de sumergirse en la tarea hercúlea de calcular trillones y trillones de ecuaciones...para lo que no tenemos tiempo ni en un millón de vidas...

En todo caso el paradigma no había cambiado... era cuestión casi de pereza por lo que se adoptaba la visión estadística, los promedios antes que resolver exactamente las ecuaciones de la dinámica newtoniana...

La física cuántica ofrece una visión radicalmente diferente: las ecuaciones de la física cuántica para una partícula no describen la posición y velocidad de la misma para todo tiempo sino que marca la evolución de lo que se dio en llamar su función de onda (en la visión de Schrodinger). Esta función de onda permite calcular... probabilidades de que cuando se produzcan mediaciones experimentales se obtengan ciertos resultados. No hay posibilidad de obtener otro tipo de caracterización de la partícula: sólo probabilidades. Probabilidad de encontrar la partícula en determinado sitio, con cierta energía, con cierto momento... cuando se realice la medición correspondiente... mientras tanto no se conoce nada más... de hecho no se sabe ni siquiera en qué estado se encuentra... sólo cuando se mide la partícula cuántica "adquiere" un cierto valor del momento por ejemplo... aunque la descripción física de dicha partícula hasta ese momento no nos decía nada que prohibiese que ésta tuviera otro valor...

Para colmo determinadas mediciones resultan ser incompatibles con la obtención de resultados de precisión arbitraria: una medición puede perturbar el sistema de modo que una medición posterior sólo pueda realizarse sobre un sistema modificado... destruyéndose así parte de la información inicial crucial para obtener una precisión arbitrariamente grande en dicha medición...
Lo que resulta alucinante, además de que un grupo de científicos tuvieran el valor como para proponer un marco conceptual tan rompedor, es que lograsen encontrar el marco matemático adecuado para describir en este lenguaje estos conceptos...

Esta es la historia que Lindley cuenta de forma extraordinariamente clara y amena: los esfuerzos intelectuales de unos hombres para explorar nuevos ámbitos de la realidad con una mente sin prejuicios que llevó finalmente a una teoría de excepcional poder explicativo y predictivo...

929330.jpg
David Lindley
Einstein, Heisenberg, Bohr y la lucha por la esencia de la ciencia. Incertidumbre es la crónica del nacimiento y la evolución de uno de los descubrimientos más significativos en la historia de la ciencia moderna, y retrata la pugna desatada entre ideas y personalidades contrapuestas.

Friday 25 March 2011

Entrelazamiento

Este libro de Amir D. Aczel hace una interesante y muy accesible revisión de esta peculiar caracterísitca de los sistemas regidos por la física cuántica (el mundo atómico y subatómico)

Revisa primeramente el periodo en el que se gestó esta teoría, ahora aceptada, pero que en su momento levantó ampollas entre el "establishment" científico. Fue precisamente Einstein que con quien sus reparos a las singulares características del nanomundo según se describían en la teoría y sus experimentos mentales llamó la atención (junto a sus colaboradores Podolsky y Rosen) sobre el siguiente hecho: un sistema cuántico compuesto por dos partículas, por ejemplo fotones, parecería establecer un vínculo invisible e indetectable entre ambos componentes aun cuando estos estuvieran separados por kilómetros, de modo que la medida y obtención de resultados sobre uno de elolos, condicionaría inmediatamente el estado cuántico del otro. Esto supone intercamio de señales a velocidades superiores a la de la luz lo que es imposible según la teoría de la Relatividad Especial.

Esta no localidad de la teoría cuántica junto a la naturaleza probabilística de la misma que indicaba que hasta que alguien no medía una variable en un sistema, éste no se encontraba en un estado definido y que era el observador quien determinaba finalmente, a través de su observación, el estado del sistema, repugnaban a Einstein y le motivaron a someter a la teoría a una dura serie de pruebas de consistencia... de las qeu salió airosa gracias a Bhor, en buena medida... y a la pléyade de teóricos y experimentales que han trabajado por conocer mejro el universo...

969727.jpg
Amir D. Aczel

Thursday 10 March 2011

Calle libreros

He visto este post en un bonito e interesante sitio acerca del centro de Madrid.

Habla de cómo puedes aprovisionar libros de texto en la Calle Libreros, peatonalizada ahora, donde se pueden encontrar libros con interesantes descuentos sobre otras librerías y grandes superficies... y no sólo libros de texto!!

Si no tienen el libro en ese momento (tienen un buen fondo) lo piden y los profesionales que llevan estas tiendas aportan su saber hacer y pueden ayudarte mucho a encontrar lo que andas buscando...

Monday 21 February 2011

The Shape of Inner Space

Aquí tenemos un libro muy interesante por uno (Yau) de los descubridores de la construcción geométrica denominada "Espacios de Calabi - Yau"

El libro es un esfuerzo hercúleo por mostrar cómo los avances en matemáticas (geometría, análisis, álgebra y disciplinas híbridas entre estas) desde Riemann y Poincaré han dado soporte al entendimiento que tenemos hoy en día de la gravitación (fenómeno geométrico casi tanto como físico) y a los esfuerzos para unificar la mecánica cuántica y aquella teoría (sobre todo Yau habla de la teoría de cuerdas)

Por no reinventar la rueda... aquí hay una glosa muy buena al respecto: shape of inner...

Tuesday 15 February 2011

The Strangest Man

Este libro de Graham Farmelo sobre la vida y obra de Paul Dirac es una pasada...

Este científico, que inicialmente se formó como ingeniero, no ha sido tan famoso como Einstein, por ejemplo, seguramente por su extraordinario retraimiento. Esta peculiar característca de su persona, por un lado le hizo ser el origen de multitud de anécdotas acaecidas en su relación con el resto de la comunidad científica, por otro posiblemente le posibilitó la extraordinaria concentración necesaria para realizar aportaciones fundamentales a la ciencia

Farmelo nos muestra los difíciles primeros años de Dirac, sus años de estudiante, cómo empezó a despuntar, cómo se relacionó con los científicos clave de su tiempo y, a partir de esa relación, condicionada por sus peculiaridades, cómo realizó sus aportaciones fundamentales:
  • formalización matemática de la mecánica cuántica y clarificación de la interpretación de las primeras versiones de Heisenberg y Schrodinger
  • descripción compatible del electrón y la relatividad especial de Einstein
  • predición de la existencia del positrón, basándose sólo en consideraciones teóricas
  • lanzamiento de la teoría cuántica de campos que culminaría en los años 60 - 70 con el "modelo estándar"
Otras aportaciones de Dirac fueron sus intentos de describir las interacciones entre las partículas en base a conceptualizaciones no puntuales de las mismas (origen de la actual línea de trabajo en teoría de cuerdas) para eliminar de una forma satisfacoria para él los infinitos que los cálculos con la teoría cuántica de campos producen (antes de aplicar las técnicas de renormalización que Dirac odiaba por "feas")

Curioso como no hizo demasiadas migas con Einstein, aunque Dirac lo admiraba, y coincidieron en los años 30 y después en Princeton: quizá porque Dirac estaba centrado en la teoría cuántica, en particular en encontrar teorías de campos que no tuvieran que ser renormalizadas y Einstein estaba más preocupado por unificar el electromagnetismo y la gravitación (clásicamente) porque no estaba demasiado convencido de la validez (en lo fundamental, no en su utilidad para hacer predicciones observables) de la teoría cuántica. Pensaba que de ese esfuerzo por la unificación saldría algo que incluiría la descripción del mundo cuántico de forma más acorde con la intuición "clásica". Dirac no estaba tan preocupado por los fundamentos de la teoría cuántica y, quizá influido por Heisenberg, rehuía las profundas disquisiciones sobre conceptos que no tenían implicación directa en los observables del mundo físico...

Aun así, ambos hicieron contribuciones más qeu notables a la idiosincrasia que guiaría en la segunda mitad del siglo XX los programas de investigación de física teórica: tanto el afán unificador como el uso de la "belleza" como guía (al final relacionados) son empleados en mayor o menor medida como piedra de toque... en el caso de la teoría de cuerdas y similares... casi es la única piedra de toque dado que es sumamente complicado encontrar predicciones observables...