TRES REFLEXIONES PARA UNA TEORÍA DEL TODO

Hace algunos días fui con mi grupo de amigos a ver la recién estrenada “La teoría del todo”, película que repasa los capítulos más reseñables de la vida del científico inglés Stephen W. Hawking.

La película, que recomiendo bastante y que me ha parecido una de las mejores que he visto en este 2015 (no en vano Eddie Redmayne, quien interpreta a Hawking recibió el Oscar al mejor actor en la última edición de los prestigiosos galardones) me animó a leer “Breve historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros” un libro que siempre había tenido dando vueltas por casa pero que nunca me terminé de animar a leer.

Ayer acabé de leer “Historía del tiempo” y me gustaría compartir un par de reflexiones en el blog.

En primer lugar, cabe hablar brevemente del autor Stephen W. Hawking, quien a la gran mayoría no resultará desconocido. Stephen Hawking es posiblemente una de las figuras más conocidas de la ciencia moderna. Enclavado en una silla de ruedas desde hace décadas y sin poder comunicarse más que por un ordenador que reproduce su mensaje con voz metálica, la figura de Hawking es casi mitológica. El hombre unido a la máquina. La   física y la metafísica.

Stephen Hawking Women are biggest mystery in the universe

La figura de Hawking, caricaturizada en multitud de ocasiones, infunde cierto respeto. Respeto a un hombre con un cociente intelectual de 160, científico de primera línea, capaz de desgranar los misterios del universo, de sobrevivir desde 1962 a la enfermedad de ELA (que recientemente haría a medio mundo tirarse cubos de agua helados por las redes sociales) y de escribir best-sellers como “Historia del tiempo” que despiertan el interés del público más profano en asuntos tan distinguidos como el origen del universo, los agujeros negros, la mecánica cuántica (que explica los fenómenos físicos a nivel estructural de la materia, allá donde las leyes de la física clásica dejan de funcionar), el continuo espacio-tiempo, etc.

Digamos que el respeto que infunde Hawking es similar al que se tiene a otra eminente figura de la ciencia como es Alfred Einstein y que tan bien describiría el actor Charles Chaplin durante una célebre conversación que ambos tuvieron en cierta fiesta y donde fueron presentados.

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En el transcurso de la conversación, el físico elogió al cómico de la siguiente manera:

– “Lo que he admirado siempre de usted es que su arte es universal; todo el mundo le comprende y le admira”
A lo que Chaplin respondió:
– “Lo suyo es mucho más digno de respeto; todo el mundo le admira y prácticamente nadie le comprende”

Ese es, por tanto el tipo de admiración que despiertan personalidades de la talla de Einstein, Hawking, Schrödinger y compañia.

Bien, comencemos de una vez con las reflexiones personales que me llevo de la lectura de “Historia del tiempo” un libro que me ha venido muy bien leer, pues estaba en un momento complicado en el que necesitaba algo que me hiciese “Ganar altura” (término acuñado por otro de los colaboradores de este blog y que posiblemente se desarrolle en posteriores entradas). Ganar altura para mí no es más que observar las cosas con perspectiva, haciendo que tomen proporción de lo que realmente son. ¿Qué mejor que comparar la realidad cotidiana con el TODO, es decir con el UNIVERSO, para darse cuenta de lo insignificantes que pueden ser ciertas cosas?

Antes de comenzar el viaje astral, recomiendo escuchar la banda sonora de la película Interstellar, compuesta por Hans Zimmer y que puede venir muy bien para leer este post, sentarse a leer, estudiar o simplemente reflexionar.

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PRIMERA REFLEXIÓN: LOS ÁTOMOS QUE SOÑABAN CON ÁTOMOS

“Nos hallamos en un mundo desconcertante. Queremos darle sentido a lo que vemos a nuestro alrededor, y nos preguntamos: ¿Cuál es la naturaleza del universo? ¿Cuál es nuestro lugar en él, y de dónde surgimos él y nosotros? ¿Por qué es como es?” (Stephen Hawking)

Esta idea la había encontrado ya en otro blog que me recomendó el mismo colaborador que desarrolló la idea de “Ganar altura”. El blog en concreto se llama Wait But Why (waitbutwhy.com) y la entrada en particular: “A religious for the non-religious”, que es una de las mejores que he leído en mucho tiempo, y que recomiendo leer para inspirarse, particularmente si se tiene interés en leer también “Historia del tiempo”.

Básicamente uno de los argumentos que propone el autor para salir de lo que él llama “la niebla”, el conjunto de circunstancias que nos impide ganar altura y tomar consciencia de la magnitud verdadera de muchas cosas y de cuanto desconocemos, es el de darnos cuenta de que las personas no somos más que materia compuesta por millones de átomos que de una forma u otra (aquí ya entrarían las creencias de cada uno) ha logrado ganar consciencia de sí mismos y ganar conocimiento de la realidad que los rodea.

La consciencia de uno mismo es uno de los pilares en los que se basa la ética para dotar al ser humano de dignidad (que iría por encima de otros seres vivos, como una planta, o algunos animales, que a priori no son capaces de comprender su propia existencia)

Se ha demostrado que hay también especies de animales con mayor grado intelectual que otros que son capaces de reconocerse a sí mismo en espejos. ¿Y si más especies de las que creemos tuvieran consciencia de sí mismas o de que algún día dejarás de ser?

De alguna forma a lo largo de la infinitud del tiempo han surgido las condiciones óptimas para que un conjunto de partículas interactúen entre sí, dando lugar con el paso del tiempo a organismos autoreproductores que han originado especies cada vez más complejas, capaces de adaptarse al entorno en el que viven. Algunas de esas especies se desarrollaron más que otras, hasta el punto de que fueron comprendiendo la realidad que los rodeaba.

En algún momento nos dimos cuenta de que el Sol siempre salía por el mismo sitio y que las estrellas adoptaban ciertas posiciones en el firmamento. Empezamos a desentrañar los secretos del universo hasta tal punto que hemos llegado a comprender de qué material estamos hechos. La materia inerte pasó a llegar a tomar entendimiento de sí misma. Somos un conjunto de átomos que piensan y entienden sobre otros átomos.

Comprender que tal cosa ha podido pasar hace que cualquier situación de nuestra vida cotidiana resulte irrisoria. Somos casi una broma cósmica. Polvo espacial que a lo largo de un viaje cuasi-eterno por el universo ha logrado producir vida, y que se ha entendido a sí mismo.

If life is going to exist in a Universe of this size, then the one thing it cannot afford to have is a sense of proportion.”
(Douglas Adams)

Mírate la mano. En algún momento hace miles de millones de años la materia que la formaba estuvo flotando por el espacio. Polvo eres y en polvo te convertirás.


SEGUNDA REFLEXIÓN: SOBRE COMO EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE MATÓ AL DETERMINISMO

“Dios no juega a los dados” (Albert Einstein)

En el siglo XIX, el éxito de las teorías de Newton sobre la gravedad llevó Marqués de Laplace a argumentar que el universo era completamente determinista: es decir, que deberían existir un conjunto de leyes que nos permitiesen predecir todo lo que ocurriese en el universo, dado el estado de éste en un instante concreto.

Es decir, con esas condiciones de partida se podría calcular el estado de todo el universo para cualquier instante posterior. Laplace era de la opinión de que el determinismo no solo era aplicable al campo puramente físico sino que se podría extender a otros aspectos, como el propio comportamiento humano. En aquel momento, las ideas de Laplace fueron criticadas por aquellos que creían que un universo enteramente determinista era incompatible con la idea de una deidad que tuviese libertad de obrar y de interactuar con el universo, modificándolo a su antojo.

Más tarde el científico alemán Max Planck enunció su idea de una dualidad onda-partícula de la materia cuyas implicaciones contra el determinismo no quedarían de manifiesto hasta que en 1926 Heisenberg formuló su principio de incertidumbre.

El principio de incertidumbre nos dice que para conocer el estado absoluto (posición y velocidad) de cualquier partícula, habría que medir con precisión dichas magnitudes. La forma obvia de hacer esto es mirando la luz que refleja esa partícula. Sin embargo, según la hipótesis de Planck, esta luz perturbaría a la partícula cambiando su velocidad en una cantidad que no puede ser predicha.

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Heisenberg con la ecuación que le hizo ganar el premio Grammy…Oh Wait!

Por otro lado, resulta que con cuanto mayor precisión se intente medir la posición más se perturbará a dicha partícula y más errónea será la medida. El principio de incertidumbre a priori resultaría intranscendente en el mundo que nos rodea, el mundo macroscópico, pues la gran masa de los objetos hace que se pueda despreciar el efecto de la observación en la medida, de forma que no afecta a las leyes de la mecánica clásica, que rigen el mundo a gran escala (el movimiento de los planetas, de tu coche o de un balón de baloncesto)

No obstante el principio cobra gran importancia cuando nos acercamos más y más para observar el mundo de las partículas constituyentes (los átomos, electrones, neutrones protones y otras partículas constituyentes como los quarks), donde las leyes de la mecánica clásica pierden validez.

Heisenberg demostró que existe un límite inferior (llamado constante de Planck) para el nivel de incertidumbre que hay en la media de la posición y velocidad de una partícula. El principio de incertidumbre es una propiedad fundamental, ineludible del mundo y que destruiría de forma categórica la posibilidad de un universo regido por leyes deterministas con el que soñase siglos antes Laplace. Ciertamente no se puede predecir el estado futuro del universo si ni siquiera se puede medir con exactitud su estado actual.

Esto supondría un cambio radical en la física y en la concepción que tenemos del mundo microscópico, en el cual ya no se habla de estados absolutos sino de estados posibles y sus probabilidades asociadas. El principio de incertidumbre daría paso a la formulación de un nuevo conjunto de leyes del universo que se conocen como mecánica cuántica y en las cuales se basa casi toda la ciencia y la tecnología moderna: gobierna por ejemplo el comportamiento de los transistores, base funcional de toda la electrónica moderna.

El principio de incertidumbre tiene profundas aplicaciones sobre el modo que tenemos de ver el mundo. Me hace pensar que si el universo es intrínsecamente impredecible y el conocimiento que podemos tener del mundo que nos rodea está limitado, ¿qué sentido tiene aplicar una actitud de certeza absoluta en nuestras vidas?

¿Existe algo de lo que podamos estar enteramente seguros? ¿Conviene adoptar un planteamiento racional y pensar de forma fría y calculadora en el día a día, en términos de probabilidades y estados posibles? ¿Anula el principio de incertidumbre el determinismo de todos los ámbitos o sólo de la física?

Creo que el principio de incertidumbre debería servir para recordarnos que no todo se puede predecir con absoluta certeza. Recordar que lo que consideramos como acontecimientos seguros pueden no ocurrir, que nuestra certeza de la realidad es limitada; puede servir en el día a día para obrar de forma más comedida. En definitiva, la lección que obtengo de un universo regido por las probabilidades, en el que no se pueden determinar estados absolutos con probabilidades totales, es que no hay que darlo todo por sentado.

El principio de incertidumbre y su importancia a la hora de desarrollar la mecánica cuántica puede suponer un guión de vida, un protocolo de actuación, que hace que una de las virtudes que trato de poner en uso con más énfasis en mi día a día cobre aún mayor importancia. Esa virtud no es otra que la prudencia.


TERCERA REFLEXIÓN: LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD, O PORQUÉ CADA UNO TIENE UN RELOJ EN SU MUÑECA

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“Puto Wasabi” (Albert Einstein)

En 1887 Albert Michelson (primer estadounidense en recibir el premio Nobel de Física) y Edward Morley llevaron a cabo un complicado experimento en Cleveland para medir la velocidad de la luz en la dirección del sentido de giro de la tierra y en la dirección opuesta a este.

Hasta entonces se pensaba que la velocidad de la luz no era fija y que diferentes observadores que se moviesen de formas diferentes verían acercarse la luz con distintas velocidades. ¡El experimento de Michelson-Morley demostró que ambas velocidades eran iguales!

En 1905, un artículo de un desconocido empleado de una oficina de patentes, Albert Einstein, sentaría las bases de una nueva teoría, la teoría de la relatividad. Dicha teoría postulaba que las leyes de la Física deberían de ser las mismas para todos los observadores en movimiento libre, independientemente de cual fuese su velocidad, con tal de que se estuviese dispuesto a abandonar la idea de un tiempo absoluto.

La teoría de la relatividad implica que todos los observadores deberían medir la misma velocidad para la luz, independientemente de la rapidez con la que ellos mismos se estuviesen moviendo.

Esta conclusión tiene algunas consecuencias extraordinarias que vienen recogidas en una de las ecuaciones más famosas de la historia: E=mc2.

Debido a la equivalencia que esta ecuación establece entre masa y energía, nuestra masa es mayor cuanto mayor es nuestra velocidad. A medida que nuestra velocidad (y la de cualquier objeto) aumenta, también aumenta nuestra masa. Cuanto más se acerca un objeto a la velocidad de la luz a mayor ritmo crece su masa y por tanto más costoso es seguir aumentando su velocidad. De esta forma, la energía que se necesitaría para que un objeto se mueva a la velocidad de la luz es infinita, lo cual a efectos prácticos es imposible (animo al lector a quemar 500 kcal en una cinta de correr para ganar un poco de consciencia de la magnitud del asunto)

Sólo la luz puede moverse a la velocidad de la luz. Otra de las consecuencias importantes de la teoría de la relatividad es que ha modificado nuestra concepción del espacio y del tiempo.

Planteo que el lector se imagine el siguiente caso:

Un observador juega con una pelota de tenis en el vagón de tren. La lanza contra la pared y esta rebota y vuelve a su mano. Un segundo observador mira al primero desde el andén, mientras el tren está en movimiento. Si ambos observadores tuvieran relojes exactamente iguales medirían exactamente el mismo tiempo entre que el primer observador tira la pelota y esta vuelve a su mano, sin embargo la distancia que deberían ver recorrer a la pelota es distinta. Esto implica que dado que la velocidad es igual al espacio recorrido por el tiempo transcurrido en el desplazamiento, ambos observadores ven moverse a la pelota con velocidades distintas.

Para el caso de las leyes anteriores a la relatividad de Newton, este caso era aplicable al movimiento de la luz. Se partía de la idea de un tiempo absoluto. Sin embargo la relatividad general plantea que la velocidad de la luz es la misma independientemente del observador. Los dos observadores, el chico del andén y el pasajero del tren seguirían estando en desacuerdo sobre la distancia recorrida por la luz (a la que nuestro símil representa como una pelota de tenis), pero dado que su velocidad es la misma para los dos, un sencillo cálculo nos demuestra lo siguiente: cada observador mide un tiempo distinto.

¡La teoría de la relatividad acaba con la idea de un tiempo absoluto! La teoría de la relatividad nos fuerza a cambiar nuestros conceptos de espacio-tiempo. Debemos aceptar que el tiempo no está separado ni es independiente del espacio, sino que ambos forman un conjunto llamado espacio-tiempo.

Podríamos por lo tanto hablar de un suceso como algo que ocurre en un punto particular del espacio, en un instante determinado. Para ello necesitamos fijar un sistema de coordenadas, con tres coordenadas espaciales, y una temporal. Las cuatro coordenadas de un suceso especifican su posición en un espacio cuatridimensional llamado espacio-tiempo. Sin embargo a la mente humana le es imposible pensar en cuatro dimensiones.

De cierta forma se puede encontrar interpretación bidimensional de un suceso.

Supongamos un suceso P, como puede ser la propia existencia de una estrella, en un momento determinado, en un puto concreto del espacio. Esa estrella, como la mayoría de objetos en mayor o menor medida, emitirá luz, que se moverá por el espacio en todas las direcciones, a la velocidad de la luz. A medida que pase el tiempo la luz emitida en un instante se habrá desplazado en el espacio alejándose de la estrella. Así, para distintos instantes de tiempo podemos imaginar los conjuntos de posiciones tridimensionales de la luz que fue emitida en el instante inicial. Esto es similar a la onda que se forma al tirar una piedra en un estanque y que se va expandiendo en direcciones iguales alrededor del punto donde ha caído la piedra.

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De manera similar, la luz al expandirse desde un suceso determinado forma un cono tridimensional, que se conoce como el cono de luz futuro del suceso. De la misma forma existe otro cono inverso llamado cono de luz pasado que vendría a significar el conjunto de sucesos desde los cuales un rayo de luz pudo partir, según el tiempo, para en el instante inicial afectar al suceso P. La región donde ambos conos convergen sería el instante del suceso P.

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Sin profundizar más en las implicaciones de la relatividad general y todas las especulaciones surgidas en películas, literatura y otros medios de comunicación como pueden ser viajes en el tiempo y en el espacio y demás, quisiera compartir un par de pensamientos que me han surgido.

En primer lugar, la idea de una serie de posiciones espacio-temporales que puedan afectar a un suceso P (básicamente todas las regiones comprendidas dentro del cono pasado así como la propia superficie del mismo y la existencia de una región futura a las cuales el suceso P pueda afectar) me hacen pensar en nuestros actos cotidianos, las causas que los originan y las consecuencias que estos tienen a futuro, no solo para nosotros sino para todas las personas. Igualmente se podría hablar de un horizonte de sucesos pasados y futuros que influyen en nuestras acciones y a las que estos afectan.

Un simple ejemplo de ello que afecta a mi nacimiento (Suceso N): hace unos 40 años algún político aprobó (ignoro quién y en qué circunstancias) una ley para aprobar la construcción de cierto tipo de centrales eléctricas en España. Con el paso del tiempo se decidió que en un lugar concreto se construyese una de esas centrales. Tras años de obras, desarrollo del proyecto y demás la central estaba lista para su operación. Se contrató a personal de todas partes, lo que resultó en que un hombre de lejos de esa zona geográfica y una mujer de las cercanías coincidiesen en un mismo punto espacio-temporal. Tras unas cuantas peticiones para invitarla a cenar y unos cuantos rechazos la voluntad de esa mujer se debilitó y dio paso a una primera cita. La relación prosperó y años más tarde nacería el autor de este post. No solo un único suceso fue determinante para que eso pasase (aquel político firmando esa ley) sino infinidad de ellos, como todos los sucesos dentro del horizonte de sucesos pasados de los nacimientos del hombre y de la mujer u otra infinita serie de sucesos como los que originarían que la empresa mandase a ese trabajador a dicha central.

En definitiva, resulta abrumador pensar en todas las coincidencias que se han tenido que dar para que nuestra vida sea a día de hoy como es. Del mismo modo, es interesante pensar cuánto pueden influir nuestros actos ahora en muchas cosas del futuro.

La segunda reflexión que me trae la teoría de la relatividad hace alusión a los sistemas de referencia y como el suceso es visto de forma distinta por varios observadores. Me viene a la cabeza que todos somos en gran medida bastante similares al nacer. A lo largo de nuestro desarrollo los sucesos que observamos, el medio en el que vivimos y cómo y en qué circunstancias aprendemos de él nos condicionan. Así, en la naturaleza humana son los sucesos distintos vividos los que van modelando el sistema de referencia, condicionándolo en su desarrollo. Somos durante nuestra vida poco más que observadores del universo que nos es visible, montados en un sistema de referencia (nuestra dimensión ético-moral e intelectual) cuyas leyes se van modificando con el paso del tiempo. ¿O debería decir más bien “a través del espacio-tiempo?”

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