Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 9 de Febrero, 2008, 10:17

El año pasado tuve el gusto de encontrar y leer un libro de Robert Laughlin, titulado Un universo diferente, editorial Katz.

Es uno de los libros de divulgación que me costó leer, y que merece de mi parte, una relectura más detenida. Me costó porque Laughlin se refiere a conceptos de su especialidad, la materia condensada, helio superfluido y demás, sin explicarlos, dándolos muchas veces por sabido. También acude a metáforas, y hasta tortura a su hijo en diálogos, para poner de manifiesto lo poco que sabemos de algunos temas. Acude a parábolas, anécdotas, da sus vueltas, en vez de ir al grano. Supongo que lo hace porque intuye que tiene que luchar con lo establecido, de ahí los rodeos para plantear su postura. Eso pasa en los primeros capítulos. Luego, pone más carne en el asador y se pone más interesante. Describe algunos fenómenos, como el efecto Hall cuántico más en detalle. Otro punto interesante, son sus recuerdos autobiográficos, su recuerdo de John Bardeen y de Klaus von Klitzing. Pero tengo que releerlo cuidadosamente, antes de comentarlo.

Así que en vez de encarar un resumen por mi cuenta, quisiera comentar acá el resumen y crítica de otro autor y físico, Leonard Susskind. En su libro El paisaje cósmico, comenta:

Las leyes de la Naturaleza son emergentes

Esta es una de las ideas favoritas de algunos teóricos de la materia condensada que trabajan en las propiedades de materiales hechos de átomos y moléculas ordinarios. Su proponente principal es el ganador del premio Nobel Robert Laughlin, que describe sus ideas en su libro Un universo diferente (A Different Universe: Reinventing Physics from the Bottom Down). La idea central es la vieja "teoría del éter" que mantiene que el vacío es un material especial. La idea del éter fue popular en el siglo XIX, cuando Faraday y Maxwell trataban de considerar los campos electromagnéticos como tensiones en el éter. Pero después de Einstein, el éter cayó en descrédito. A Laughlin le gustaría resucitar la vieja idea imaginando el universo como un material con propiedades similares al helio superfluido. El helio superfluido es un ejemplo de un material con propiedades "emergentes" especiales, propiedades que se manifiestan (emergen) sólo cuando se reúnen enormes números de átomos en cantidades macroscópicas. En el caso del helio líquido, el fluido tiene sorprendentes propiedade superfluidas tales como fluir sin ninguna fricción. En muchos aspectos, los superfluidos son similares al fluido de Higgs que llena el espacio y da a las partículas sus propiedades. Hablando en general, la misión de Laughlin puede resumirse diciendo que vivimos en un material de este tipo que llena el espacio. Podría decirlo incluso con más fuerza: el espacio es dicho material emergente. Además, él cree que la gravedad es un fenómeno emergente.

Susskind menciona uno de sus temas preferidos, la partícula divina, el bosón de Higgs, y su campo, fluido. Es un tema que aparece a partir de la gran unificación de las fuerzas, y la sumersimetría. El bosón de Higgs debería existir, en estas ideas, como una partícula que le da las masas a las demás. Es un tema fascinante, pero que así expresado, casi metafóricamente, es confuso. Daría para un post más detallado.

Lo que menciona del libro de Laughlin, también merece una lectura más detallada, sino queda solamente en "la gravedad es un fenómeno emergente". Los que quieran tener una perspectiva más amplia sobre el tema de la emergencia, recomiendo el excelente libro de Bunge Emergencia y Convergencia.

Prosigue Susskind:

Uno de los temas principales de la física moderna es que los fenómenos emergentes tienen un tipo de estructura jerárquica. Pequeñas colecciones de moléculas o átomos se agrupan para formar entidades mayores. Una vez que se conocen las propiedades de estas nuevas entidades, se puede olvidar de dónde proceden. A su vez, las nuevas entidades se combinan y arraciman en otras nuevas de tamaño aún mayor. Una vez más, podemos olvidar de dónde proceden y agruparlas en grupos aún mayores hasta que todo el material macroscópico queda explicado. Una de las propiedades más interesantes de todos estos sistemas es que no importa dónde se empiece exactamente. Las entidades microscópicas originales no suponen ninguna diferencia para el comportamiento emergente - el material siempre sale con el mismo compartimiento a gran escala - dentro de ciertos límites. Por esta razón, Laughlin cree que no tiene sentido buscar los objetos fundamentales de la naturaleza, puesto que una amplia variedad de objetos básicos llevarían a las mismas leyes de la física - gravedad, modelo estándar y demás - en el mundo a gran escala. De hecho, hay todo tipo de "excitaciones" en materiales que se parecen a partículas elementales pero son en realidad movimientos colectivos de los átomos subyacentes. Las ondas sonoras, por ejemplo, se comportan como si estuvieran hechas de cuantos llamados fonones. Además, estos objetos se comportan de forma increíble como fotones u otras partículas.

Creo que Susskind ha hecho un buen resumen de la postura de Laughlin. Igual, insisto, lean el libro. Esto es apenas un resumen. De alguna forma, me hizo recordar a Solaris, de Stanislav Lem, donde un planeta "inteligente", consigue reproducir realidades de los visitantes humanos, manipulando neutrinos. Seres que parecen reales, son solamente cuerpos donde en lugar de moléculas normales, hay agrupaciones de nuetrinos.

Ahora, la crítica de Susskind:

Hay dos razones serias para dudar de que las leyes de la Naturaleza sean similares a las leyes de los materiales emergentes. La primera razón se refiere a las propiedades especiales de la gravedad. Para ilustrarlo, consideremos las propiedades del helio superfluido, aunque también serviría cualquier otro material. En los superfluidos tienen lugar todo tipo de cosas interesantes. Hay ondas que se comportan de modo similar a campos escalares y objetos llamados vórtices que se parecen a tornados que se mueven a través del fluido. Pero no hay ningún tipo de objeto aislado que se mueva en el fluido y se parezca a un agujero negro. Esto no es casual....

Susskind sigue argumentando que no hay materia que pueda explicar un mundo de mecánica cuántica y gravedad. Por una parte me convence. Por otra, debería estudiar mejor el formuleo actual, para llegar a convencerme del todo. Sigue más adelante:

En particular, el principio holográfico - un pilar del pensamiento actual - parece requerir tipos nuevos de comportamiento no vistos en ningún sistema de materia condensada conocido. De hecho, el propio Laughlin ilustra el punto argumentando que los agujero negros (en esta teoría) no pueden tener propiedades, tales como radiación de Hawking, que prácticamente todos los demás creen que tienen.

Un tema que tengo que estudiar es el principio holográfico, una piedra de toque a la discusión que mantuvieron Susskind y Hooft durante décadas con Hawkings. Igual no me convence que siga asociando todo lo de Laughlin a "sistema de materia condensada conocido". Tal vez, las ideas de Laughlin son rescatables de alguna forma.

En su segunda crítica, Susskind lleva agua para su molino. No expliqué la idea Susskind de su libro El paisaje cósmico. Bueno, daría para todo otro post. Creo que Susskind se comió la fruta del fondo del clericó y le pegó mal. Pero será tema de detalle y discusión más adelante. Por ahora, pueden buscar cosmic landscape en el Gran Google.

Pero supongamos que se encuentre un sistema emergente que tuviera algunas de las propiedades que buscamos. Las propiedades de los sistemas emergentes no son muy flexibles. Puede haber una enorme variedad de puntos de partida para el comportamiento microscópico de los átomos pero, como dije, tienden a conducir un número muy pequeño de puntos finales a gran escala. Por ejemplo, podemos cambiar los detalles de los átomos de helio de muchas maneras sin cambiar el comportamiento macroscópico del helio superfluido. La única cosa importante es que los átomos de helio se comportan como pequeñas bolas de billar que simplemente rebotan unas en otras. Esta insensibilidad al punto de partida microscópico es lo que más gusta de los sistemas emergentes a los físicos de la materia condensada. Pero la probabilidad de que a partir del pequeño número de puntos fijos (puntos extremos) posibles hubiera uno con las propiedades increíblemente bien ajustadas de nuestro mundo antrópico es despreciable. En particular, no hay explicación del más espectacular de estos ajustes finos, la pequeña pero no nula constante cosmológica. Un universo basado en la emergencia de la materia condensada convencional me parece una idea que no lleva nada.

Para los que a no están al tanto de la postura de Susskind, les comento que él y sus colegas (no está solo) proponen una cantidad grandísima de universos, de los cuales el nuestro sólo sería uno más, entre 10 a la quinientas posibilidades. Trata así de explicar, con una especie de principio antrópico débil, por qué el universo en el que estamos es tan adecuado para el ser humano.

Más sobre Laughlin:

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1998/laughlin-autobio.html

Sobre el efecto Hall cuantificado
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1985/klitzing-lecture.html
http://www.osti.gov/accomplishments/laughlin.html
http://www.suite101.com/article.cfm/biographies_scientists/114430

Su página en Stanford
http://www.stanford.edu/dept/physics/people/faculty/laughlin_robert.html
http://large.stanford.edu/rbl/

Un proyecto en el que participa: Herring Brain Box
http://large.stanford.edu/rbl/herring/brain/

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
http://www.ajlopez.com/

Por ajlopez, en: Ciencia