Hacia dónde va la Física
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Hacia dónde va la Física

Hacia dónde Va la Física

Newton (1643-1727) descubrió la fuerza de la gravedad, y descubrió que ésta explica tanto el movimiento de los cuerpos celestes como de los terrestres. Formuló la tres leyes de la mecánica clásica (todo tiene inercia, F = m x a, acción = reacción). Aunque descubrió la fuerza de la gravedad, nunca pudo explicar cómo funcionaba, como la masa de la un cuerpo realmente impactaba a otro cuerpo. Esto todavía no está claro.

La ciencia entra en un nuevo paradigma, una nueva forma de ver el mundo: ya no es el paradigma orgánico de Aristóteles, sino un paradigma mecanicista: el universo es un gran máquina. Este paradigma es un paradigma determinista: todo lo que está ocurriendo ahora es el resultado mecánico de cómo estaba el universo hace años.


A principios del siglo 19, Faraday (1791-1867) produjo unas grietas en el sistema newtoniano cuando empezó a estudiar el magnetismo y la electricidad: estas fuerzas no se explicaban con las ideas de Newton.

Pero 1864 James Maxwell (1831-1879) reparó estas grietas, haciendo la segunda gran unificación en la física: descubrió que la electricidad, el magnetismo e incluso la luz, son ondas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz: no son corpúsculos, sujetos a mecánica newtoniana. No consiguió incorporar en su teoría la fuerza de la gravedad.

Pero en 1900 Plank descubrió que para explicar algunas cosas de la luz había que suponer que la luz se transmitía en partículas discretas, llamadas “quantos”. Estoy volvía a romper la unidad ¿Cómo puede ser la luz onda y corpúsculo a la vez? Esto además rompía la unidad de la ciencia en cuanto que supondría que hay un set de leyes para explicar las micro-partículas y otro para explicar el resto del unvierso.

Entre 1905 y 1920, Einstein (1879-1955) descubrió el tiempo no es más que una cuarta dimensión del espacio. Con su teoría de la relatividad pudo intuir que la gravedad no es una fuerza como tal, sino una curvatura en el espacio producida por la presencia de masa en el continuo espacio-tiempo. También descubrió que la masa de las cosas no es otra cosa que una forma de energía e = mc2. Por lo tanto, no es tan problemático que una cosa sea onda y corpúsculo a la vez.

A partir de 1925, Einstein dedicó los últimos 30 años de su vida a tratar de encontrar una teoría que unificara la fuerza de la gravedad con la fuerza electromagnética. Nunca lo consiguió.

A principios del siglo 20, sin embargo, empezó a investigarse cómo una cosa podría ser onda y corpúsculo a la vez. Esto dio nacimiento, a partir de unos trabajos de Neils Bohr en 1924 a una nueva forma de ver la física que se llamó la mecánica cuántica. El adjetivo cuántico significa que se usa para analizar “micro-partículas” o realidades en dimensiones muy pequeñas. Pero muy rápidamente se fue desarrollando esta mecánica hasta que sirvió para explicar toda la realidad, micro y macro. Lo más llamativo de esta teoría era la fortaleza de sus predicciones.

La primera implicación interesante de la mecánica cuántica es que la física deja de ser determinista y pasa a ser probabilística: las cosas que existen no están completamente determinadas por cómo eran las cosas en el pasado + una leyes. Ahora resulta que hay fenómenos realmente probabilísticos (con el enfogono de Einstein que era determinista y que pensaba que “Dios no juega a los dados”).

Además, el hecho de que todo el movimiento en el universo pueda verse sólo como probabilidades puede verse como una justificación de le inmaterialidad de la mente humana. Si todos los sistemas físicos solo tienen probabilidades, estas probabilidades no pueden quedarse siempre como probabilidades, en algún momento tiene que haber resultados definitivos. Solo tiene sentido decir que hay un 60% de probabilidad de que Jane pasará el examen de francés si en algún momento va a haber un examen de francés para Jane. La única forma de que las probabilidades tengan sentido es que intervenga una mente humana y entonces aparezca la certeza. Por lo tanto la mente humana no puede ser simplemente un sistema físico, describible por ecuaciones. Por lo tanto, la mente no es material.

Con todo lo anterior, se ha llegado en la Física a lo que se ha llamado el Modelo Estándar, una teoría que aúna y explica la fuerza fuerte, la fuerza débil y la fuerza electromagnética. Pero no logar explicar la fuerza de la gravedad. Y tampoco logar explicar porqué hay cosas que tienen “masa”.

Se ha hipotetizado que exista una partícula todavía no descubierta [nota, fue “descubuerta” en el 2014], llamada el bosón de Higgs, que sería el que explicaría la masa en el universo. Si esta partícula existiera, lo estaría llenando todo, incluso el vacío. Esto querría decir que el universo es en el fondo una sola masa, con distintos patrones de densidad y de momento.

También se ha hipotetizado que exista el gravitrón, una partícula que lleve la fuerza de la gravedad.

Todo esto va a tratar de ser probado en el acelerador de partículas del CERN llamado Large Hadron Collider.

Teoría de la Relatividad Explicada

TEORíA DE LA RELATIVIDAD EXPLICADA

Octubre 2009

La relatividad es una de las grandes unificaciones de las leyes de la naturaleza que ha habido en la historia

1. Newton había descubierto unas leyes que explicaban tanto en movimiento de los cuerpos celestes como de los terrestres.

2. Maxwell había logrado unificar en un solo set de leyes, la explicación del magnetismo, electricidad e incluso la luz. Así que en 1900 había dos sets de leyes: una para los cuerpo y otra para las ondas.

3. La relatividad logró un set de ecuaciones que explican cuerpos y ondas.
La relatividad se descubrió tratando de resolver unas interrogantes de la física del 1900
No fue tratando de hacer una “unificación”: en aquel momento nadie sentía la necesidad de que hubiera un único set de leyes, para los distintos ámbitos. Lo descubrió tratando de resolver dos problemas primero (más adelante trataría de resolver la gravedad):

1. ¿Por qué no se podía medir la velocidad absoluta de la Tierra respecto al éter?

2. ¿Era la luz una onda o una partícula?

 

Para explicar mejor el mundo, la Relatividad hizo tres ajustes a la física clásica
Resolviendo estos interrogantes, hizo tres ajustes a física clásica (Newton + Maxwell), y llegó a la nueva física: la relativista.
1. Tratando de resolver la primea pregunta, por qué no se detecta el efecto del éter, llegó a la conclusión había que rechazar que el espacio era algo absoluto, fuera de las cosas, sino que el espacio había que verlo como otra “cosa” más. Las teorías de Newton y Maxwell concebían el espacio como lleno de un “éter”, como si fuera una sustancia, aunque fuera en el vacío. En la mecánica de newtoniana, ese éter explicaba la inercia que experimentaban los cuerpos al cambiar de movimiento. En la electromagnética de Maxwell ese éter explicaba cómo se desplazaban las ondas. Es decir, a principios del siglo 20 se pensaba que el espacio era absoluto, era un transfondo en el que estaban colocadas las cosas, pero que estaban fuera de las cosas.

2. También había que ajustar la Segunda Ley F = m a. Diciendo que, cuando se aplica energía a un objeto, su masa aumenta. Sólo es perceptible para objetos muy pequeños (electrones) o fuerzas muy grandes (cósmicas). De aquí se concluye que la masa se puede transformar en energía (e=mc2) , el fundamento de la bomba atómica.

3. Estableció que había algo absoluto: la velocidad de la luz: no dependía de la velocidad del objeto que la emitiera. No se cumple la suma de velocidades que en Newton se da cuando dos cosas caminan en direcciones opuestas.
Más adelante, incorporó la fuerza de la gravedad a sus ecuaciones, y llegó a la conclusión de que la gravedad es un torcimiento en el espacio, que hace que dos cosas se muevan hacia ellas.
Einstein consiguió un set de ecuaciones que explicaban todos los movimientos en el Universo
La ecuación de Einstein se lee así:
Curvatura de Espacio-Tiempo = Una constante x Distribución de la materia en el espacio- tiempo.
La afirmación que esta ecuación tiene es esta: la curvatura del espacio-tiempo es proporcional a la acumulación de materia-energía. Es decir, donde haya más concentración de materia-energía el espacio estará más curveado. Esto significa que el espacio-tiempo experimenta también la fuerza de la gravedad y de dobla en la presencia de cosas.
¿Qué implicaciones tiene la Relatividad?
1. La Relatividad permitió descubrir que el Universo se está expandiendo y el big-bang
2. La Relatividad permitió entender mejor la naturaleza dual de la luz, y con ello la mecánica cuántica, que explica mejor el mundo que la mecánica clásica.
3. El que la Relatividad haya sido una gran unificación de las leyes de la física (antes cada ámbito tenía sus leyes) ha desatado la sospecha de que el universo está atravesado por una racionalidad fortísima, como si hubiera salido de una mente.
IDEAS SOBRE LA RELATIVIDAD. MATERIAL CRUDO.
Una de las grandes unificaciones de la ciencia la realizó Newton, cuando descubrió unas leyes que unifican la mecánica de los cuerpos celestes con la de los cuerpos terrestres. Son sus tres leyes mecánicas (inercia, masa, acción-reacción) y la de gravitación.
La segunda gran unificación la consiguió en el siglo 19 James Maxwell, que consiguió demostrar que todos los fenómenos con ondas (electromagnéticos) obedecían a 4 ecuaciones. Con esto unificó fenómenos que parecían tan dispares como el magnetismo, la electricidad y la luz.
Hacia el 1900, cuando Einstein empezó a estudiar física, la física tenía dos sets de leyes:
a) la mecánica de Newton explicaba el comportamiento de los cuerpos y
b) la electromagnética de Maxwell explicaba el comportamiento de las ondas.
Lo que Einstein descubrió entre 1905 y 1916 fue un set de ecuaciones que unificaban ambas mecánicas. A esta teoría se la llamó la Teoría de la Relatividad.
Einstein concibió esta teoría, buscando la respuesta a dos preguntas que estaban flotando entre los físicos a principios del siglo 20:
1. ¿Por qué no se podía medir la velocidad absoluta de la Tierra? En 1887 se había hecho un experimento (Michelson y Morley) para medir la velocidad absoluta de la Tierra, comparándola con el éter, o el espacio. En un aparato, llamado inteferómetro, se iban a meter dos rayos de luz y las franjas de interferencia se iban a desplazar por la diferencia entre la velocidad de la tierra y de éter. Pero el experimento no detectó ningún desplazamiento. Y no se sabía por qué. Parecía como si la masa del aparato se contrajera levemente con la velocidad de la tierra y con eso compensara exactamente el desplazamiento de la luz.
2. ¿Es la luz una onda o una partícula? Para esos años se pensaba que la luz era una onda, una energía que viajaba apoyada en el espacio. Pero en 1900, Plank descubrió que la luz se comportaba a veces como un cuerpo: si la luz golpeaba un metal, se desprendía un electrón (efecto foto-eléctrico).
Cómo Einstein respondió a los interrogantes
Einstein le dio mucho pensamiento a esto y acabó dándose cuenta de que para poder explicar estos misterios sobre el comportamiento de la luz había que rechazar (o matizar) algunos postulados de la física newtoniana:
1. había que rechazar que el espacio era algo absoluto, fuera de las cosas, sino que el espacio había que verlo como otra “cosa” más, que experimenta también la fuerza de la gravedad, y se dobla, se contrae y se expande cuando se encuentra con otras cosas. Las teorías de Newton y Maxwell concebían el espacio como lleno de un “éter”, como si fuera una sustancia, aunque fuera en el vacío. En la mecánica de newtoniana, ese éter explicaba la inercia que experimentaban los cuerpos al cambiar de movimiento. En la electromagnética de Maxwell ese éter explicaba cómo se desplazaban las ondas. Es decir, a principios del siglo 20 se pensaba que el espacio era absoluto, era un transfondo en el que estaban colocadas las cosas, pero que estaban fuera de las cosas.
2. había que rechazar la segunda ley de Newton que dice que la masa de un cuerpo siempre es constante, que es siempre la proporción entre la fuerza que recibe un cuerpo, y la aceleración con la que reacciona a esa fuerza (F = m a). Einstein estableció que la masa aumenta a medida que se le aplica más fuerza, más energía. Esto tiene como consecuencia el que la energía se puede transformar en masa, o la masa en energía. Esto quedó expresado en su famosa ecuación E = m c2.
3. estableció que había algo absoluto: la velocidad de la luz. La velocidad de la luz es la velocidad máxima absoluta que puede alcanzarse en el universo. Y es independiente de la velocidad del cuerpo que se está acercando a la fuente de luz.
Qué significan las ecuaciones de campo de Einstein
Apoyado en estas concepciones, formuló un set de ecuaciones que servían para explicar dónde y cuándo se posicionan las cosas en el universo:
Gµ?= 8p GN Tµ?
Donde:
Gµ? = “Tensor de Einstein” que mide la Curvatura del Espacio-Tiempo
GN = Constante de Gravitación de Newton: 6.6 x 10-11 N (m/Kg)2
Tµ? = “Stress Energy Tensor” que describe cómo la materia y la energía se distribuyen en el espacio y el tiempo
La ecuación de Einstein se lee así:
Curvatura de Espacio-Tiempo = Una constante x Distribución de la materia en el espacio- tiempo.
La afirmación que esta ecuación tiene es esta: la curvatura del espacio-tiempo es proporcional a la acumulación de materia-energía. Es decir, donde haya más concentración de materia-energía el espacio estará más curveado. Esto significa que el espacio-tiempo experimenta también la fuerza de la gravedad y de dobla en la presencia de cosas.
El momento en que Einstein descubrió la Relatividad
Con Besso, su amigo, discurriendo en la oficina de patentes…
They talked for hours, discussing every aspect of the problem, including Newton’s concept of absolute space and time, which seemed to violate Maxwell’s constancy of the speed of light. Eventually, totally exhausted, Einstein announced that he was defeated and would give up the entire quest. It was no use; he had failed.
[…] Then it suddenly hit him, the key to the entire problem. Einstein recalled, “A storm broke loose in my mind.” The answer was simple and elegant: time can beat at different rates throughout the universe, depending on how fast you moved. Imagine clocks scattered at different points in space, each one announcing a different time, each one ticking at a different rate. One second on Earth was not the same length as one second on the moon or one second on Jupiter. In fact, the faster you moved, the more time slowed down.
Qué significa Relatividad en Física
En física, la palabra relatividad tiene un significado opuesto al que tiene en el lenguaje ordinario. En física, el principio de relatividad lo que busca es que todas las leyes de la naturaleza que se encuentren sean válidas en todos los marcos de referencia: en todos los tiempos, en todos los lugares, en todas las circunstancias. Y que no sean dependientes de quién sea el que los observa. En lenguaje corriente, a esto se le llamaría, más que relatividad, absolutividad.
Por lo dicho anteriormente, esta “relatividad” lleva implícita dos cosas:
1. Un principio de simetría: las cosas deben de verse iguales desde cualquier ángulo. Esto de la simetría luego tendrá unas grandes implicaciones para encontrar el GUT o una teoría general unificadora de toda la física.
2. Una cierto principio de conservación: para que todo el mundo que vea una realidad la vea igual, la cantidad de energía debe ser la misma.

Hacia dónde va la Astronomía

¿Hacia a dónde va la Astronomía?

Julio 23, 2009

Debate sobre si el universo es finito o infinito

Desde los griegos ha existido un debate intenso sobre si el universo tiene un pasado infinito o finito. Aristóteles pensaba que el universo tenía un pasado infinito. A muchos filósofos judios, cristianos y musulmanes, esto no les convencía porque era poco compatible con el concepto de creación.

 

En 1610 Keppler, uno de los primeros científicos modernos, basándose en observaciones sobre la noche, hipotetizó que el universo era finito

Ya en el siglo 20, en 1910 el astrónomo Slipher descubrió que las “nebulas” (lo que luego resultaron ser otras galaxias) se estaban alejando de la tierra. Esto se determina analizando el “espectro” de la luz que emiten. Si este espectro cambia con el tiempo hacia el rojo (el extremo del espectro de la luz) significa que los objetos se están alejando unos de otros. Esto no era compatible con la cosmología del momento, que veía un universo lleno más o menos uniformemente de estrellas. Por lo tanto nadie le hizo caso, ni él mismo.

 

En la década de los 1920, Einstein formuló su Teoría General de la Relatividad. Aunque Einstein creía personalmente en un universo estático. Pero según su teoría, la fuerza de la gravedad actuando sobre en universo durante millones de años, debiera de haber hecho que éste colapsara sobre sí mismo. Para explicar por qué esto no ha ocurrido, se inventó una fuerza, llamada “constante cosmológica lambda” que sería como una fuerza de repulsión que mantiene estirado el universo. Al final de sus días, Einstein reconoció que lambda fue el mayor blooper de su vida.

Porque en 1924, un astrónomo ruso, llamado Alexander Friedmann, desarrolló unas ecuaciones a partir de la teoría general de la relatividad, y concluyó que en universo tiene que estar expandiéndose, y que no era posible el universo estático propuesto por Einstein.

A partir de 1924, usando un telescopio en el monte Wilson en California, el astrónomo Hubble descubrió que las galaxias que estaban más lejos de la Tierra eran las que se movían más rápido, es lo que luego se llamó Ley de Hubble. Esto lo hizo observando el espectro de la luz que emiten, y viendo que en las más lejanas había un mayor, desplazamiento hacia el rojo “red-shift”.

Con estas observaciones, en 1931 el matemático Lemaitre, que era un sacerdote católico belga, propuso por primera vez que el universo provenía de un estado extremadamente denso y caliente, al que él llamó el átomo primitivo. El basó su hipótesis en los trabajos de Einstein, al que conocía. Sin embargo Eintein seguía fijo en su idea de un universo estable.

En 1949 se estaba dando un debate encendido entre los astrónomos, unos apoyando la expansión del universo y otros el universo estable. El término “Big Bang” lo empleó por primera vez el astrónomo Alfred Hoile, quien apoyaba el modelo estable y atacaba en modelo de expansión. Sarcásticamente llamó a la teoría del átomo primitivo, “esa idea del big bang”.

Evidencias a favor del big bang

En los años 50 los astrónomos estaban divididos entre uno y otro campo. Pero poco a poco las evidencias fueron apoyando a los partidarios del Bib Bang.

En primer lugar se vio que las galaxias más jóvenes solo estaban en los límites del universo, cuando la teoría del universo estable predecía que estarían distribuidos uniformemente por todo el universo.

En segundo lugar, se observó que hay en el universo una sobreabundancia de hidrógeno y helio, que son los elementos más livianos. Hay más hidrógeno y helio del que debiera de haber si el universo fuera estable. Pero si el universo explotó, es lógico que primero que se formaran fueran elementos ligeros, y que solo empezaran aparecer elementos pesados (el carbono, por ejemplo) una vez que el universo se empezó a enfriar y a condensar en estrellas.

El triunfo final del la teoría del Big Bang vino, en tercer lugar, cuando se descubrió el “backgroud radiation” en 1965. Se descubrió que, de todas las partes del universo llegan a la Tierra unas micro-ondas. La luz viene en varias longitudes de onda: desde los rayos gama, con una longitud muy pequeña, pasando por la luz visible, y llegando al final a las ondas de radio que son las que más miden. Entre la luz visible y las ondas de radio están las micro-ondas. Pues bien, esta radiación que se detectó, por su estructura y su uniformidad no puede ser emitida por ningún cuerpo concreto. Además, esta radiación tiene un espectro que se parece mucho al espectro teórico de un cuerpo en estado de equilibrio termal (llamado blackbody). Y el único estado de equilibrio termal que conocemos es el que tuvo en universo muy al principio de su existencia, si el universo proviene de un estado original muy denso y caliente.

Estas tres piezas de evidencia, que en los últimos años no han hecho más que reforzarse, han hecho que el big bang se haya convertido en el modelo cosmológico más aceptado al momento.

Interpretación filosófica del big-bang

Lemaitre, el creador de la teoría, que era sacerdote, se enfogonaba cuando trataban de identificar su explicación del big-bang con la idea religiosa de la creación. Él decía “esto es matemática, no religión”.

¿Podemos decir notros que el Big-Bang demuestra que hubo un acto creador? No. La creación, por haberse llevado a cabo antes del tiempo, es un suceso fuera del alcance de la ciencia. Nosotros conocemos de la creación por la fe.

¿Tenemos que afirmar, entonces, que la razón y la fe son dos luces que iluminan áreas distintas de la realidad? No. Tenemos que afirmar, y esta es la visión cristiana del conocimiento, que la razón y la fe ven una misma y única realidad. Pero que la fe puede ver cosas MAS ALLÁ de la razón. Son dos focos que alumbran, en la misma dirección, pero con intensidades distintas.

La implicación práctica de esta visión, es que, por de pronto, lo que sabemos por la fe no puede contradecirse con lo que sabemos por la razón. No existe un set de reglas de juego para dentro de la iglesia y otro para los negocios y otro para la política.

 

 

 

Hacia Dónde va la Genetica

Hacia dónde va la Genética

mayo 2009

En el año 2007, un filósofo británico, uno de los más famosos ateos del mundo, Antony Flew, se ha declarado creyente en Dios. En el simposio donde anunció su conversión afirma que ésta de debe “casi enteramente a las investigaciones sobre el DNA”. 

Por otro lado, el director del Proyecto del Genoma Humano, Francis Collins, cuando decodificó el DNA acabó convirtiéndose de ateo a cristiano.

Vale la pena investigar qué está descubriendo la genética molecular.

 

Hasta el año 1866, 7 años después de Darwin publicara el Origen de las Especies, se había creído que los hijos provenían de una “mezcla” de químicos del papá y la mamá. En 1866 Gregor Mendel descubrió que el material de los padres no se mezclaba, sino que cada uno sometía unas características, y se cogían algunas del papá y otras de la mamá.

En 1950, con Watson and Cricks, se entendió bien cómo funcionaba la herencia cuando se descubrió que no eran las proteínas las que llevaban la información genética, de padres a hijos, sino una molécula, a la que se la llamó, DNA. Cuando se entendió finalmente cómo funcionaba esta molécula se descubrió algo maravilloso: la vida está regida por un programa  o código de información.

Para entender la magnitud de esto, tenemos que entender lo que es información. Se dice que una señal es “información” cuando la señal es independiente de la materia que la transporta. Una nube gris es “señal” de lluvia, pero no es “información”, porque el color gris es dependiente de la capacidad de echar agua que tiene esa nube. Las señales de humo de un indio sí son información, porque no dependen de qué humo sea, sino de unos ritmos que han sido previamente acordados con otros indios.  Pues bien, se descubierto que lo que el DNA lleva es “información”, algo independiente de su sustrato químico. Y se descubrió que el proceso de reproducción es un proceso de pasar información (replicación) no de mezclar los químicos del padre y la madre.

De hecho, no solo la reproducción, sino casi todo el funcionamiento del cuerpo de los hombres y animales se hace pasando información de este “programa” que es el DNA, a las proteínas, que se encargan de hacer las principales funciones que un viviente: alimentación, movimiento, estructuración, etc. Dentro de cada una de los 300 trillones de células del cuerpo humano hay una molécula que mide 6 pies y contiene 3 billones de letras (aunque solo existen. Y la “actividad de vivir” consiste en que dentro de las células se ven formando proteínas a base de “leer” la información que existe en el DNA del núcleo de la célula. Las proteínas se encargan, después de hacer todo lo que el cuerpo necesita: regular su temperatura, coger oxígeno de la respiración, defenderse de cuerpos extraños, alimentarse, etc.

Para tener una idea de la cantidad de operaciones que se hacen considérese estos tres datos:

1) la operación de respirar, de llevar oxígeno a las células del cuerpo, comienza por poner unos quinientos aminoácidos en cada una de los trillones de moléculas de hemoglobina que tiene el cuerpo. Para hacer esto hay que hacer muchísimas operaciones de replicación de DNA.

2) Una computadora personal de hoy en día puede realizar hasta unas 3 millones de operaciones por segundo (esto si tiene un procesador de 3 GHz, que es común)

3) Para poder realizar la operación de empezar a respirar, hace falta el poder computacional que tienen todas las 250 millones de computadoras personales que se fabrican en el mundo en un año.

Esta  forma de organizarse que tiene la Naturaleza parece querer decir que en la “estructura de la vida” primero existe un código o programa que luego organiza a una materia. Esta idea fue grabada  en piedra por Francis Crick, unos de los padres del DNA en 1958 cuando estableció el “Dogma Central de la Biología Molecular” que dice que la transferencia de información se da siempre desde el DNA a las proteínas y nunca de las proteínas al DNA.

Lo que la genética ha descubierto es que, de hecho, es que un cuerpo vivo es, en el fondo, una enorme computadora, y que la vida es procesamiento de información, es PALABRA, código, programa, instrucción, racionalidad.

Todo esto pareciera apuntar a que hay una racionalidad previa que organiza la materia, en vez del argumento materialista de que la racionalidad del hombre no es más que una forma sofisticada de organizarse la materia.

OTROS HALLAZGOS, RELACIONADOS A LA EVOLUCION

Tenemos casi el mismo Dna que los ratones. Hay evolución.

Venimos todos los humanos de una misma  madre: somos todos, realmente, una familia.

 

 

Entendiendo la Física Cuántica

Entendiendo la Física cuántica

Nov 2009

El mayor  proyecto Científico de la historia, con 31 países gastando 6 billones es una máquina para comprobar las afirmaciones de la física cuántica.

La física cuántica comenzó cuando en el año 1900 Max Plank descubrió que la luz se comportaba también cono una partícula y no solo cono una onda. Al principio nadie le hizo mucho caso, porque esto iba contra la euforia que había en el ambiente por la gran unificación de James Maxwell, que había conseguido un set de ecuaciones que explicaban todas las ondas, incluida la luz, y se pensaba que el futuro estaba en olvidarse de las partículas, como de algo muy rudimentario.

El que vino a salvar esta observación de que la luz estaba hecha de partículas fue Albert Einstein. De hecho, fue por esto por lo que se ganó el premio Nobel y no por su teoría de la relatividad. Descubrió que cuando la luz golpea la materia, no es como cuando una onda, como el sonido, golpea la materia. Para empezar, un haz de luz no impacta a billones de electrones, sin solo a unos pocos. Y los electrones salen del átomo como si les hubiera golpeado una bolita. La energía con la que salen no depende de la longitud de la onda. De esta interacción entre la luz y la materia, se sacaron conocimientos útiles. De aquí salió que se le podía poner sonido a las películas, una revolución. Salió también que la luz ultra violeta puede producir cáncer de piel. Elaborando sobre esta relación entre la luz y la materia, fue que más adelanta postuló la famosa ecuación E = m c que relaciona la energía con la masa. Aunque tradicionalmente se ha interpretado esta ecuación como que “todo es energía” la realidad es que lo que originariamente quiso decir es “todo es masa”: hasta la luz tiene masa. Esto vino a romper la tendencia que había iniciado Maxwell hacia “ondización” de la física.

En los años 1920 Neils Bohr, un físico danés, demostró que no solo la energía se movía en “cuantos” o paquetes, sino que la materia también se movía en quantos: demostró que un electrón solo podía orbitar en orbitas específicas: no continuas sino discretas o separadas. El 90% de un átomo es espacio vacío.

En 1924 Louise De Broglie demuestra que, de hecho, la materia de comporta a veces como si fuera una onda: puede entrar por dos agujeros a la vez. Esto ha servido para construir microscopios que emiten electrones y PET, máquinas para ver el cuerpo humano por dentro emitiendo positrones.

En 1927 Werner Heisenberg un físico alemán extrajo de los anteriores descubrimientos una consecuencia muy perturbadora: no se puede saber, si siquiera en la teoría, dónde está una partícula y la velocidad que lleva; o sabemos la posición o sabemos la velocidad, pero no los dos a la vez. Tan solo podemos dar probabilidades. Lo que esto venía a decir es que, en el fondo, la realidad material no está completamente determinada, es decir, que una parte de la realidad material no sigue unas leyes fijas, que la posición de una cosa no está completamente determinada por la situación del universo en un momento anterior. Einstein fue de los que más protestó contra esto (Dios no juega a los dados).

Erwin Schrödinger, un físico austríaco, descubrió la ecuación que explica la posición y velocidad de cualquier cuerpo material. Esta ecuación era una ecuación de onda, por lo que se pensó que se volvía a la tendencia “maxwelliana” de que todos son ondas. Pero resultó que no, que la realidad, más que ser ondas, es partículas.
Esta ecuación que da la posición de cualquier objeto en el tiempo, resultó tener un componente probabilístico: lo que da esta ecuación es una “probabilidad” de la situación de un objeto.

Es importante resaltar que esta probabilidad cuántica no es, como clásicamente se define la probabilidad, una limitación de nuestro conocimiento. En este caso se tata de que “realmente” no está determinado en todos sus detalles.

Y sin embargo, la física cuántica es la teoría científica más probada experimentalmente y con más éxito en toda las historia de la ciencia.

Pero también muy interesante son sus implicaciones filosóficas.

La primera implicación interesante de la mecánica cuántica es que la física deja de ser determinista y pasa a ser probabilística: las cosas que existen no están completamente determinadas por cómo eran las cosas en el pasado + una leyes. Ahora resulta que hay fenómenos realmente probabilísticos (con el enfogono de Einstein que era determinista y que pensaba que “Dios no juega a los dados”).

Además, segunda implicación, el hecho de que todo el movimiento en el universo pueda verse sólo como probabilidades puede verse como una justificación de le inmaterialidad de la mente humana. Si todos los sistemas físicos solo tienen probabilidades,  estas probabilidades no pueden quedarse siempre como probabilidades, en algún momento tiene que haber resultados definitivos. Solo tiene sentido decir que hay un 60% de probabilidad de que Jane pasará el examen de francés si en algún momento va a haber un examen de francés para Jane.  La única forma de que las probabilidades tengan sentido es que intervenga una mente humana y entonces aparezca la certeza. Por lo tanto la mente humana no puede ser simplemente un sistema físico, describible por ecuaciones. Por lo tanto, la mente no es material.

Ecologia, lecciones de la

 

Hacia dónde va la Ecología

Julio 2009

La ecología ha descubierto que:

  1. Las poblaciones (de hormigas, de leones, de bacterias) tienen una “inteligencia”, una capacidad de auto-regulación muy superior a la de los individuos que la componen. Esta “inteligencia” la usan, por ejemplo, para limitarse a sí mismas (a las poblaciones) al tamaño óptimo para todo el ecosistema. Hay que usar con prudencia la palabra “inteligencia” para no caer en panteísmos; aunque Mariano Artigas habla de inteligencia inconsciente.
  2. Los animales tienen variadísimas formas de reproducirse: desde el salmón que viaja miles de kilómetros para desovar en lo alto de un río, donde deja miles de huevos y después muere, hasta el elefante que produce una cría cada varios años y la cuida con esmero por muchos años hasta que madura. Lo interesante es que siempre el resultado final es siempre el mismo en toda Naturaleza: cada individuo produce en promedio 1 hijo que vive suficiente para poder producir otro hijo. Tiene que ser así porque si no las poblaciones o se extinguirían o explosionarían.
  3. Los pájaros que habiten mayores latitudes (más al norte o más al sur) ponen más huevos que los que habitan en áreas tropicales, con mejor ambiente.
  4. La proporción de machos y hembras en una población se va cambiando para lograr una mejor adaptación de los individuos. En épocas en las que hay menos recursos, los animales tienden a producir más hembras, que consumen menos.
  5. Otro ejemplo de selección del género en una especie: Un caso que sucede con frecuencia: una especie de mosca malaya tiene al presente menos machos de lo normal: solo 35%. Se aparean por la noche. Se vio que los machos más buscados por las hembras eran los que tenían los ojos más separados. Luego se descubrió que estos son los que tienen más capacidad de producir en su esperma cromosoma Y (el que hace a un macho) con normalidad. En esta especie los machos tenían un defecto que les hacía producir poco cromosoma “Y”. Estas moscas estaban tratando de compensar por ese defecto, buscando machos con los ojos más separados, que eran machos con más cromosoma Y. Ninguna mosca puede hacer análisis del material genético de su partner. Pero su comportamiento como colectivo, como población es más inteligente que su comportamiento como individuo.
  6. En la mayoría de las especies, las hembras escogen el macho, y los machos pelean entre ellos para acercarse a la hembra. Esto se explica por una tendencia que hay inscrita en los seres vivos de tratar de conseguir la mayor cantidad y calidad de prole. Esto se consigue así: Los machos, como no cargan a su prole, mejoran su descendencia apareándose con el mayor número de hembras posibles. Las hembras la mejoran escogiendo al macho más saludable (no pueden aumentar la prole apareándose muchas veces, porque no se reproducen durante el “embarazo” o crianza). Por esto: los machos luchan y las hembras escogen al ganador que es un indicador de salud. Esta “astucia” supera cualquier “razonamiento” que pueda hacer un individuo.
  7. Los bosques “respiran” como si fueran organismos: las hojas de los árboles le pasan azúcares a los microbios que están en la tierra. La tierra le pasa agua y nutrientes a los árboles. En la noche unos ríos de aire se forman entre los árboles, llevándose el dióxido de carbono. Las plantas secuestran dióxido de carbono de la atmósfera y lo pasan, en parte al suelo.
  8. El tamaño de las poblaciones está auto-regulado por la Naturaleza. Si se introduce una pareja de moscas en una botella, el número de hijos que tenga cada pareja (fecundidad) es inversamente proporcional a la densidad de la población en la botella. Fuera del laboratorio, las ciervas en el estado de New York salen más veces embarazadas y tienen más crías después de una época de caza que sin la caza. Se ve con facilidad que las plantas controlan su población creciendo menos cuando hay mucha densidad, de esta forma se tienen menos descendientes. De estas formas las poblaciones crecen o disminuyen hasta a adecuarse a carrying-capacity del entorno donde estén. Si un cambio ambiental: una tormenta, un cambio de corrientes, etc, reducen externamente las poblaciones por debajo de su carrying capacity, entonces comienza siempre un periodo de rápido crecimiento poblacional. Cuando en el 1770 se pasó la moda de regalarse halcones islandeses entre los nobles de Europa, entonces su población dejó de tener fluctuaciones (grandes subidas y bajadas) para estabilizarse.
  9. Hay una inteligencia en las especies para decidir cuándo deben de nacer más machos o más hembras. Se sabe que los machos tienen más éxito reproductivo cuando hay abundantes recursos y puede vivir bastante. Las hembras consumen menos recursos, y pueden tener hijos en circunstancias más adversas. Pues se ha demostrado recientemente que los animales, en épocas de abundantes recursos tiene ha tener más hijos machos que hembras. Es una tendencia ligera, porque si fuera por mucho, no habría reproducción. Hasta en el hombre se ha estudiando esto en matrimonios polígamos en África: las esposas inferiores, que tienen a ser más pobres, tienden de tener más hijas hembras.
  10. forage

Historia de la Ciencia 1700-2000

 

HISTORIA DE LA CIENCIA 1700-2000

Física

Newton (1643-1727) descubrió la fuerza de la gravedad, y descubrió que ésta explica tanto el movimiento de los cuerpos celestes como de los terrestres. Formuló la tres leyes de la mecánica clásica (todo tiene inercia, F = m x a, acción = reacción). Aunque descubrió la fuerza de la gravedad, nunca pudo explicar cómo funcionaba, como la masa de la un cuerpo realmente impactaba a otro cuerpo. Esto todavía no está claro.

La ciencia entra en un nuevo paradigma, una nueva forma de ver el mundo: ya no es el paradigma orgánico de Aristóteles, sino un paradigma mecanicista: el universo es un gran máquina. Este paradigma es un paradigma determinista: todo lo que está ocurriendo ahora es el resultado mecánico de cómo estaba el universo hace años.

A principios del siglo 19, Faraday (1791-1867) produjo unas grietas en el sistema newtoniano cuando empezó a estudiar el magnetismo y la electricidad: estas fuerzas no se explicaban con las ideas de Newton.

Pero 1864 James Maxwell (1831-1879) reparó estas grietas, haciendo la segunda gran unificación en la física: descubrió que la electricidad, el magnetismo e incluso la luz, son ondas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz: no son corpúsculos, sujetos a mecánica newtoniana. No consiguió incorporar en su teoría la fuerza de la gravedad.

Pero en 1900 Plank descubrió que para explicar algunas cosas de la luz había que suponer que la luz se transmitía en partículas discretas, llamadas “quantos”. Estoy volvía a romper la unidad ¿Cómo puede ser la luz onda y corpúsculo a la vez? Esto además rompía la unidad de la ciencia en cuanto que supondría que hay un set de leyes para explicar las micro-partículas y otro para explicar el resto del unvierso.

Entre 1905 y 1920, Einstein (1879-1955) descubrió el tiempo no es más que una cuarta dimensión del espacio. Con su teoría de la relatividad pudo intuir que la gravedad no es una fuerza como tal, sino una curvatura en el espacio producida por la presencia de masa en el continuo espacio-tiempo. También descubrió que la masa de las cosas no es otra cosa que una forma de energía e = mc2. Por lo tanto, no es tan problemático que una cosa sea onda y corpúsculo a la vez.

A partir de 1925, Einstein dedicó los últimos 30 años de su vida a tratar de encontrar una teoría que unificara la fuerza de la gravedad con la fuerza electromagnética. Nunca lo consiguió.

A principios del siglo 20, sin embargo, empezó a investigarse cómo una cosa podría ser onda y corpúsculo a la vez. Esto dio nacimiento, a partir de unos trabajos de Neils Bohr en 1924 a una nueva forma de ver la física que se llamó la mecánica cuántica. El adjetivo cuántico significa que se usa para analizar “micro-partículas” o realidades en dimensiones muy pequeñas. Pero muy rápidamente se fue desarrollando esta mecánica hasta que sirvió para explicar toda la realidad, micro y macro. Lo más llamativo de esta teoría era la fortaleza de sus predicciones.

La primera implicación interesante de la mecánica cuántica es que la física deja de ser determinista y pasa a ser probabilística: las cosas que existen no están completamente determinadas por cómo eran las cosas en el pasado + una leyes. Ahora resulta que hay fenómenos realmente probabilísticos (con el enfogono de Einstein que era determinista y que pensaba que “Dios no juega a los dados”).

Además, el hecho de que todo el movimiento en el universo pueda verse sólo como probabilidades puede verse como una justificación de le inmaterialidad de la mente humana. Si todos los sistemas físicos solo tienen probabilidades, estas probabilidades no pueden quedarse siempre como probabilidades, en algún momento tiene que haber resultados definitivos. Solo tiene sentido decir que hay un 60% de probabilidad de que Jane pasará el examen de francés si en algún momento va a haber un examen de francés para Jane. La única forma de que las probabilidades tengan sentido es que intervenga una mente humana y entonces aparezca la certeza. Por lo tanto la mente humana no puede ser simplemente un sistema físico, describible por ecuaciones. Por lo tanto, la mente no es material.

Con todo lo anterior, se ha llegado en la Física a lo que se ha llamado el Modelo Estándar, una teoría que aúna y explica la fuerza fuerte, la fuerza débil y la fuerza electromagnética. Pero no logar explicar la fuerza de la gravedad. Y tampoco logar explicar porqué hay cosas que tienen “masa”.

Se ha hipotetizado que exista una partícula todavía no descubierta, llamada el bosón de Higgs, que sería el que explicaría la masa en el universo. Si esta partícula existiera, lo estaría llenando todo, incluso el vacío. Esto querría decir que el universo es en el fondo una sola masa, con distintos patrones de densidad y de momento.

También se ha hipotetizado que exista el gravitrón, una partícula que lleve la fuerza de la gravedad.

Todo esto va a tratar de ser probado en el acelerador de partículas del CERN llamado Large Hadron Collider.

Genética Molecular

En el año 2007, un filósofo británico, uno de los más famosos ateos del mundo, Antony Flew, se ha declarado creyente en Dios. En el simposio donde anunció su conversión afirma que ésta de debe “casi enteramente a las investigaciones sobre el DNA”. Vale la pena investigar qué está descubriendo la genética molecular.

Hasta el año 1866, 7 años después de Darwin publicara el Origen de las Especies, se había creído que los hijos provenían de una “mezcla” de químicos del papá y la mamá. En 1866 Gregor Mendel descubrió que el material de los padres no se mezclaba, sino que cada uno sometía unas características, y se cogían algunas del papá y otras de la mamá.

En 1950 se entendió bien cómo funcionaba la herencia cuando se descubrió que no eran las proteínas las que llevaban la información genética, de padres a hijos, sino una molécula, a la que se la llamó, DNA. Cuando se entendió finalmente cómo funcionaba esta molécula se descubrió algo maravilloso: la vida está regida por un programa o código de información.

Para entender la magnitud de esto, tenemos que entender lo que es información. Se dice que una señal es “información” cuando la señal es independiente de la materia que la transporta. Una nube gris es “señal” de lluvia, pero no es “información”, porque el color gris es dependiente de la capacidad de echar agua que tiene esa nube. Las señales de humo de un indio sí son información, porque no dependen de qué humo sea, sino de unos ritmos que han sido previamente acordados con otros indios. Pues bien, se descubierto que lo que el DNA lleva es “información”, algo independiente de su sustrato químico. Y se descubrió que el proceso de reproducción es un proceso de pasar información (replicación) no de mezclar los químicos del padre y la madre.

De hecho, no solo la reproducción, sino casi todo el funcionamiento del cuerpo de los hombres y animales se hace pasando información de este “programa” que es el DNA a las proteínas, que se encargan de hacer la principales funciones que un viviente: alimentación, movimiento, estructuración, etc. Dentro de cada una de los 300 trillones de células del cuerpo humano hay una molécula que contiene 3 billones de letras. Y la “actividad de vivir” consiste en que dentro de las células se ven formando proteínas a base de “leer” la información que existe en el DNA del núcleo de la célula. Las proteínas se encargan, después de hacer todo lo que el cuerpo necesita: regular su temperatura, coger oxígeno de la respiración, defenderse de cuerpos extraños, alimentarse, etc.

Esta forma de organizarse que tiene la Naturaleza parece querer decir que en la “estructura de la vida” primero existe un código o programa que luego organiza a una materia. Esta idea fue grabada en piedra por Francis Crick, unos de los padres del DNA en 1958 cuando estableció el “Dogma Central de la Biología Molecular” que dice que la transferencia de información se da siempre desde el DNA a las proteínas y nunca de las proteínas al DNA.

Todo esto pareciera apuntar a que hay una racionalidad previa que organiza la materia, en vez de el argumento materialista de que la racionalidad del hombre no es más que una forma sofisticada de organizarse la materia.

Cosmología

En 1922 Alexander Friedmann un cosmólogo ruso, a partir de le la teoría general de la relatividad, demostró que el universo podía estar expandiéndose, contrario a la idea de Einstein de que el universo era estático.

El Big Bang y el principio antrópico:

N – the ratio of the strength of the electrical forces and the strength of gravity

Epsilon – defining how firmly atomic nuclei bind together

Omega – which measures the relative importance of gravity and expansion energy in the universe

Lambda – the “Cosmological Constant”

Q – the ratio of the gravitational energy required to pull galaxies apart and their mass

D – the number of space-like dimensions in the universe[4]

Hacia a dónde va la ciencia actual

Repasemos brevísimamente en qué dirección se está moviendo la ciencia en sus distintos campos:

  1. Mecánica: mecánica cuántica, se destruyó el determinismo físico de que todo está determinado por el estado del universo hace millones de años.
  2. Física: hacia una teoría del todo que unifique las cuatro fuerzas que gobiernan todo. Descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC llevaría a ver que todo el universo es una unidad, no partículas
  3. Astronomía: Big Bang, como posible acto creador, donde todo lo que iba a ser el universo estaba built-in en una pelotita del tamaño de una toronja.
  4. Microbiología: DNA donde se demuestra que la materia está ordenada por la palabra, que hay un programa, un código que regula la materia viva.
  5. Macrobiología: la evolución, que originalmente se usó para atacar a la religión, está resultando ser una auténtica sinfonía, orientada hacia la aparición del hombre.