Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 13 de Marzo, 2014, 7:45

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De nuevo me vuelvo a encontrar con un artículo del Scientific American, en la versión española Investigación y Ciencia, que acá en Buenos Aires llega con algunos meses de retraso desde España. En el número de octubre de 2013, hay un muy interesante artículo de Meinard Kulhmann sobre ¿Qué es la realidad? Leo:

Los físicos hablan del mundo como si estuviese compuesto de partículas y campos de fuerza. Sin embargo, no parece quedar claro qué representan dichos conceptos...

Ese es el tema de esta serie. Una cosa son los conceptos, que podemos manejar convenientemente, y otra son los referentes en la realidad de esos conceptos, y hasta se puede plantear dos vertientes principales: ¿podemos conocer esos referentes, o estamos condenados sólo a conceptos, quizás equivalentes? y ¿existen esos referentes? La primera es más gnoseológica, sobre los límites del conocimiento humano. La segunda, más ontológica, sobre lo que realmente existe. En el medio, alguien podría disponer una postura intermedia.

Pero no es todo tan simple como partículas y fuerzas:

Los físicos suelen describir el mundo en términos de partículas que interaccionan unas con otras mediante campos de fuerza. Su disciplina recibe el nombre de "física de partículoas", y sus instrumentos, "aceleradores de partículas". Según esta imagen, el universo se asemejaría a un lego. Pero semejante visión esconde bajo la alfombra algunos hehcos poco conocidos. En física cuántica, las interpretaciones de partícula y campo difieren hasta tal punto de los conceptos tradicionales que, cada vez más, los expertos se plantean la posibilidad de que el mundo se componga de algo completamente distinto.

Destaco "difieren hasta tal punto de los conceptos tradicionales". Todos los artículos de divulgación ponen a las partículas como si fueran pelotitas que atraviesan algún aparato, aclarando igual que es una simplificación. Pero vemos en el reiterado uso del término "partícula" cuán arraigado está el concepto ingenuo, que ha tenido que ir adaptándose en el último siglo a lo que todo lo cuántico nos ha develado.

En términos de teoría, estamos bastante bien:

No es que los físicos carezcan de una teoría adecuada para describir el mundo subatómico. Tienen una: la teoría cuántica de campos. Desarrollada entre finales de los años veinte y principios de los cincuenta del pasado siglo, dicha teoría conjuga la mecánica cuántica con la relatividad especial de Einstein.

Ver mi serie La necesidad de una teoría cuántica de campos.

Constituye el marco conceptua sobre el que se apoya el modelo estándar de la física de partículas, el cual describe bajo un marco unificado los ladrillos que componen la materia y sus interacciones. En lo que a su precisión empírica se refiere, se trata de la teoría más exitosa de la historia de la ciencia. Los científicos la usan todos los días para calcular qué sucede en las colisiones de partículas, a nuestro universo, qué ocurre en el interior de los núcleos atómicos y mucho más.

Igual Dirac levantó la mano, sobre algunas aplicaciones de la teoría y la aparición de infinitos en algunos desarrollos que se suprimen de forma algo arbitraria. Ver posts de mi serie Paul Adrien Maurice Dirac por Abraham Pais (14).

Así las cosas, tal vez sorprenda saber que los físicos no están seguros de qué dice su teoría; desconocen su ontología, o imagen física primaria. Semejante desconcierto no guarda ninguna relación con los muy discutidos misterios de la mecánica cuántica, en los que los gatos están vivos y muertos a la vez.

Es importante no confundir el problema que estamos tratando con esos otros problemas. Estamos tratando un tema más concreto. El problema de los gatos sólo aparece en algunas interpretaciones.

Pero la falta de una interpretación nítida sobre el significado de la teoría cuántica de campos está lastrando la investigación de las teorías que, como la de cuerdas, intentan superar al modelo estándar. Resulta arriesgado formular una teoría nueva cuando no comprendemos bien la actual.

Uno podría preguntar, pero a qué viene tanto problema. Acá se aclara el punto:

A primera vista, el contenido del modelo estándar parece obvio. Por un lado tenemos varios tipos de partículas elementales, como quarks y electrones; por otro, disponemos de distintos campos de fuerza, los cuales median las interacciones entre partículas. Esa descripción aparece una y otra vez en todo tipo de diagramas didácticos y en los artículos de esta revista.

Ver mis posts sobre Diagramas de Feyman.

Sin embargo, y por convincente que parezca, dicha imagen no resulta satisfactoria en absoluto.

Y acá aparece el quid de la cuestión:

Para empezar, las dos categorías se fundan en una sola. La teoría cuántica de campos asigna un campo a cada tipo de partícula. De esta manera, al igual que existe el electrón, hay también un campo asociado al electrón. Dichos campos se hallan cuantizados, lo que da lugar a partículas como los fotones. Así, la distinción entre partículas y campos resulta artificial, si bien a menudo los físicos hablan como si unos fuesen más fundamentales que las otras, o viceversa.

Yo iría un poco más allá: hasta los electrones aparecen descriptos en un campo. En los modelos matemáticos, podemos considerar que las partículas "arman" campos, o que los campos "arman" partículas. Ese es el problema. No sabemos, en la realidad, si alguno de esos conceptos tiene un referente más fundamental que el otro. O si ambos son sólo fascetas emergentes, "visibles" a nuestro entendimiento, de algo más profundo.

El debate se ha arremolinado en torno a este punto: en última instancia, ¿trata la teoría sobre campos o sobre partículas? Todo comenzó como una batalla entre titanes, con eminentes físicos y filósofos a ambos lados. Ambos conceptos se usan aún hoy con un propósito ilustrativo, aunque la mayoría de los físicos admitan que tales nociones clásicas no casan bien la teoría. Pero si las imágenes mentales que conjuran los términos partícula y campo no dejan reconciliar con la teoría, tal vez los físicos y los filósofos deberíamos pensar con qué sustituirlos.

El resto del artículo describe varias situaciones donde se pone a prueba la deducción "acá hay partículas", o "acá hay vacío". Muy interesantes ejemplos, algunos no los conocía. Pero ya dará tema para otros posts de esta serie u otra. Por ahora, queda reforzado que el tema partícula y campo no está resuelto.

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia