Qué es un electrón en teoría cuántica de campos

Esta entrada está escrita a retazos… Faltan cosas, sobran cosas y hay repeticiones, pero no me resisto a dejarla tal cual… PS (10 ene 2013): Sin embargo, ha merecido un “Premio ED a la excelencia en la divulgación científica”. Listado de otros premiados y bases.

Dibujo20130110 Premio ED - Excelencia Divulgacion Cientifica

Qué no es un electrón. Mucha gente tiene en mente una imagen errónea de un electrón como una pequeña bolita con carga eléctrica que rota sobre sí misma. Los lectores de este blog saben que dicha imagen es errónea y muchos creen que la imagen correcta del electrón como “partícula puntual” es el límite para radio cero de la imagen anterior, es decir, el electrón es un punto del espaciotiempo, sin tamaño ni radio característico, que se mueve con cierta velocidad, dada por su energía (E) y momento (p) según la famosa fórmula de Einstein E²=(mc²)²+(pc)², donde m es su masa (según E=mc² es su energía para p=0) y que posee ciertas propiedades intrínsecas, como un espín (1/2) y una carga eléctrica (−1). Esta imagen, propia de la mecánica clásica relativista, también es completamente errónea. Una partícula puntual no es un punto con propiedades, entre otras cosas porque el concepto de punto es una idealización matemática.

Qué radio máximo tiene un electrón. Los experimentos en los grandes colisionadores de partículas indican que el electrón no tiene estructura interna y que por tanto no tiene sentido calcular su “radio,” sin embargo, también nos dan un límite superior a dicho valor, unos 10^{-18} metros. Medidas indirectas, basadas en espectroscopia atómica, indican que su radio es menor de 10^{-22} metros (Hans Dehmelt, “A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius,” Physica Scripta T22: 016, 1988; Hans Dehmelt “Experiments on the Structure of an Individual Elementary Particle,” Science 247: 539-545, 1990; por cierto, Dehmelt es Premio Nobel de Física 1989).

Con el electrón pasa lo mismo que con los átomos, tenemos una imagen “clásica” que es errónea. Muchos lectores de este blog se imaginan un átomo como un pequeño núcleo esférico con una radio de una billonésima de centímetro, rodeado por una nube de electrones situados en capas concéntricas a éste con un radio diez mil veces mayor. Muchas veces se dice que el núcleo es como un mosca en el interior de una catedral. Muchos lectores se imaginan el átomo como espacio vacío. Lo siento, esta imagen también es errónea.

La física de partículas se denomina teoría cuántica de campos porque los físicos creemos que las partículas no son objetos fundamentales, sino derivados. Los campos cuánticos son los objetos fundamentales de los que derivan las partículas. Una partícula es una fluctuación localizada de un campo cuántico, pero hay fluctuaciones localizadas de campos cuánticos que no son partículas. Incluso el vacío corresponde a fluctuaciones del campo (el estado del campo en ausencia de partículas).

El electrón es una partícula con ciertas propiedades, pero ¿qué es una partícula? Una partícula es un tipo concreto de fluctuación de un campo cuántico, es decir, un electrón es una fluctuación localizada del campo electrónico (el campo de “electronicidad”). Una partícula es un campo, pero entonces ¿qué es un campo? El concepto de campo es un concepto fundamental en física, como lo son los conceptos de espacio y tiempo, y como ellos no tiene una definición fácil con palabras sin utilizar matemáticas, aunque todo el mundo tiene una idea intuitiva de lo que es un campo.

Permíteme preguntarte, ¿qué es el tiempo? La respuesta no es fácil, pero todos tenemos una idea intuitiva de lo que es el tiempo (lo que podríamos llamar la flecha “psicológica” del tiempo). Los físicos usamos diferentes definiciones matemáticas del concepto de tiempo según la rama de la física de la que estemos hablando. El tiempo en mecánica clásica, mecánica relativista, mecánica cuántica, termodinámica, cosmología, etc., tiene definiciones matemáticas diferentes en apariencia, pero compatibles entre sí en cierto sentido; por ello, todos lo físicos creemos que todas estas definiciones corresponden al mismo concepto fundamental, el tiempo. ¿Qué es el espacio? De nuevo depende de la rama de la física de la que estemos hablando nos encontramos con diferentes definiciones (por ejemplo, en apariencia no tiene nada que ver el espacio en cosmología con el espacio dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro), sin embargo, todos los físicos creemos que estas definiciones corresponden al mismo concepto fundamental, el espacio. Además, todo el mundo tiene una cierta noción intuitiva de lo que es el espacio.

Con el concepto fundamental de campo pasa lo mismo, hay varias definiciones matemáticas precisas, pero todos tenemos una cierta noción intuitiva de lo que es un campo pues todos los días luchamos contra el campo gravitatorio de la Tierra. Permíteme una descripción clásica no relativista de este campo. Si tomo un lápiz con mi mano y lo suelto observaré que cae hacia el suelo. ¿Por qué cae? Porque el campo gravitatorio produce una fuerza en el lápiz dirigida hacia el centro de la Tierra. Este experimento físico que realizamos todos los días al andar pone en evidencia que existe un campo gravitatorio que nos rodea por doquier y nos atrae hacia abajo. Si yo quitara el aire, el objeto seguiría cayendo. El campo gravitatorio está en el espacio que me rodea incluso si no hay ningún objeto que me sirva para demostrar su existencia. El campo es algo que está ligado al espacio de forma intrínseca.

El Sol, la Luna, la Tierra y yo mismo producimos un campo gravitatorio, pero todos son el mismo campo gravitatorio, son “el campo gravitatorio” del universo. La masa del Sol perturba este campo gravitatorio universal de tal forma que influye en el movimiento de la Tierra y de la Luna, pero no influye en tu cuerpo ahora mismo, porque su contribución es muy pequeña comparada con la perturbación de este campo introducida por la Tierra. La perturbación de “el campo gravitatorio” introducida por la Tierra alcanza la superficie de la Luna, pero ningún astronauta de las misiones Apolo llegó a notar dicha perturbación, pues es despreciable comparada con la de la Luna allí, en su superficie. Sin embargo, aunque en la Tierra yo no noto el campo gravitatorio de la Luna o del Sol, basta contemplar el fenómeno de las mareas (el cambio periódico del nivel del mar) para observar que dicho campo nos alcanza. En la teoría de la relatividad general de Einstein “el campo gravitatorio” es el propio espaciotiempo del universo; la intensidad local de este campo depende de la curvatura local y cualquier distribución de energía (o masa) curva el espaciotiempo. Profundizar sobre esta idea nos alejaría de nuestro objetivo.

Otro campo clásico del que todos también tenemos una noción intuitiva es el campo magnético de los imanes. Un imán tiene dos polos norte y sur. Si tomo dos imanes, al acercar sus polos norte noto una fuerza de repulsión entre ellos; al acercar un polo norte al polo sur del otro imán notaré una fuerza de atracción y me costará trabajo evitar que no se peguen. Con unas limaduras de hierro en una hoja de papel y un imán puedo llegar a ver las líneas equipotenciales de este campo magnético, al que los físicos llamamos campo electromagnético, que también es producido por los objetos con carga eléctrica. El campo electromagnético se distribuye por todo el espacio del universo. El imán altera este campo electromagnético universal solo en sus cercanías y si nos alejamos su efecto se vuelve despreciable (al separar mucho dos imanes no notaremos ninguna fuerza entre ellos). No es que lejos del imán desaparezca el campo magnético producido por el imán, lo que ocurre es que el imán altera “el campo electromagnético” que permea todo el espacio del universo, pero su efecto es local y lejos es tan débil que no podemos medirlo.

Cada pequeña región de espacio del universo “contiene” un campo electromagnético; todo punto matemático del espacio tiene un valor concreto del campo. Este campo tiene dos componentes y podemos decir que se trata de dos campos, un campo eléctrico y un campo magnético asociados de forma simultánea a todos y cada uno de los puntos del espacio. Cuando una región del espacio está vacía, se encuentra alejada de fuentes de campo magnético y de campo eléctrico, nos parece que dicha región no contiene nada, pero no es así, esta región está “ocupada” por el vacío del campo electromagnético (también por el vacío del campo gravitatorio y otros campos). Cuando uno piensa en un campo en el vacío se imagina un valor nulo, un valor cero que sugiere la ausencia de campo. Esta imagen clásica no tiene nada que ver con la realidad, ya que los campos que existen en el universo son campos cuánticos, cuyo vacío cuántico no corresponde a un valor nulo sino a fluctuaciones constantes en espacio y tiempo.

El principio de incertidumbre de la mecánica cuántica afirma que en regiones muy pequeñas del espacio todos los campos se encuentran fluctuando de forma continua y anárquica. El vacío no está vacío; el espacio vacío está ocupado por campos. El vacío del campo electromagnético es el estado del campo en el que yo no tengo ninguna partícula (las partículas del campo electromagnético se llaman fotones, son las partícula de la luz), pero dicho campo fluctúa de forma constante y los físicos han sido capaces de diseñar experimentos para verificar la existencia de este vacío cuántico del campo (gracias al efecto de Casimir o al efecto de Lamb, aunque no puedo entrar en detalles). Las fluctuaciones del campo en el estado del vacío no paran nunca.

Mediante simulaciones por ordenador podemos visualizar estas fluctuaciones del vacío. En esta página web tenéis dos vídeos que muestran estas fluctuaciones para el vacío del campo electromagnético [inciso técnico: en realidad son simulaciones del campo cromodinámico de la teoría QCD sin fermiones; el vacío electromagnético es similar al cromodinámico porque el gluón como el fotón son partículas de espín 1 y masa cero; dicho campo tiene dos componentes, una eléctrica y otra magnética, llamadas cromoeléctrica y cromomagnética; por supuesto estoy abusando de estos vídeos ya que ambos campos presentan gran número de diferencias en las que no quiero entrar; los físicos deben consultar la web de Derek B. Leinweber para más detalles sobre estas simulaciones basadas en QCD en redes que representan un región del tamaño de un protón]. El vídeo de arriba muestra las fluctuaciones del vacío del campo eléctrico y el de abajo las del vacío del campo magnético; no es que haya dos campos en la misma región del espacio, solo hay un campo, pero este campo tiene dos componentes, que aunque estén acopladas entre sí presentan fluctuaciones independientes.

El vacío son fluctuaciones de un campo, pero recordarás que dije al principio que las partículas también son fluctuaciones de dicho campo, por lo que te preguntarás ¿cuándo las fluctuaciones de un campo corresponden a una partícula? Para saber si una fluctuación de un campo localizada en cierta región del espacio alrededor de un punto corresponde a una partícula puntual situada en dicho punto hay que recurrir a la famosa fórmula de Einstein E=mc²; a los físicos nos gusta escribirla como E²=(mc²)²+(pc)², donde m es la masa de las partículas del campo, E es la energía contenida en la fluctuación y p es el momento lineal (en física newtoniana es la masa por la velocidad); la masa es una propiedad que tiene el campo cuyo origen discutiré un poco más adelante. Si se cumple esta ecuación diremos que la fluctuación del campo es una partícula que se mueve con una velocidad p/m y una energía E; los físicos decimos que esta fluctuación cuántica del campo que satisface la ecuación (clásica) relativista de Einstein es una “partícula on-shell.” Por supuesto hay fluctuaciones que no la cumplen que se llaman “partículas off-shell,” aunque es más habitual llamarlas “partículas virtuales.” Se llama “partícula” a las partículas virtuales porque aunque no son partículas su interacción con partículas (o con campos) puede transformarlas en partículas (pueden pasar de ser fluctuaciones off-shell a fluctuaciones on-shell). El término “virtual” se refiere a que las fluctuaciones off-shell no son observables de forma directa (puede detectar una partícula, pero no una partícula virtual). Muchos físicos interpretan las fluctuaciones del vacío como fluctuaciones de partículas off-shell o virtuales [inciso técnico: en mi opinión esta interpretación, utilizada en el cálculo de diagramas de Feynman para estudiar como afecta el vacío en el entorno de una partícula a las propiedades de ésta, genera muchas dificultades conceptuales a la hora de entender qué es el vacío cuántico y no se debe abusar de ella].

¿Cómo se puede calcular la energía E y el momento p del campo en cierta región del espacio? Asociado a cada campo hay una magnitud física llamada tensor de energía-momento que me permite calcular la cantidad de energía E y la cantidad de momento p de cualesquiera fluctuaciones del campo. Las fluctuaciones que tienen p=0 están en reposo, el campo no para de fluctuar, pero la fluctuación no se mueve en el espacio. En la teoría cuántica de campos las fluctuaciones localizadas de los campos corresponden a un número discreto de partículas; el vacío es el estado con cero partículas, hay estados con una partícula, con dos, con tres, etc. En teoría cuántica de campos es imposible que haya una fluctuación que corresponda a media partícula o a un décimo de partícula. O hay una partícula o no hay ninguna (o hay más de una), pero siempre tiene que haber un número contable de partículas. En los campos clásicos no existe el concepto de partícula y las fluctuaciones localizadas se asemejan a partículas pero no corresponden a partículas [inciso técnico: en campos clásicos no lineales hay ondas solitarias y solitones que se comportan como "partículas," pero discutirlo en detalle nos alejaría del objetivo].

¿Por qué afirmo que el concepto de campo es más fundamental que el de partícula? Muchos físicos que lean esto dirán opinarán lo contrario; para ellos las partículas son reales y los campos son entelequias matemáticas que nos ayudan a entender el comportamiento de las partículas. Lo cierto es que aún no se han descubierto fluctuaciones de los campos que no sean partículas, partículas virtuales o vacío, sin embargo, muchos físicos creemos que la existencia teórica de fluctuaciones de los campos que no son partículas (como los instantones, monopolos y otras soluciones no lineales, que han sido observados en física del estado sólido pero no a nivel fundamental), que quizás algún día se descubran, apoya la idea de que los campos son más fundamentales que las partículas. En este sentido, no quiero que os confundáis, estoy ofreciendo una opinión personal que no es compartida por todos los físicos.

¿Qué es un electrón? El electrón es una fluctuación localizada del campo cuántico electrónico (el campo de “electronicidad”). El vacío de este campo corresponde a la ausencia de electrones (un estado con cero electrones); en una región del vacío el campo está constantemente fluctuando, pero no hay ningún electrón “on-shell” en dicha región, por tanto no hay ningún electrón. En las regiones del espacio donde hay un electrón lo que hay son fluctuaciones localizadas del campo electrón que corresponden a una partícula on-shell.

Un punto importante a destacar es la indistinguibilidad de las partículas. Todos los electrones son exactamente idénticos entre sí, no hay ninguna diferencia entre ellos (más allá de su posición en el espacio, velocidad y energía) que nos permite distinguir uno de otro. El principio de exclusión de Pauli nos dice que dos electrones no pueden estar en el mismo lugar salvo que tengan valores opuestos del espín (más adelante veremos lo que es el espín). Si yo tomo dos electrones (con espín opuesto) colocados en las posiciones 1 y 2, y los acerco mucho, las fluctuaciones del campo electrón que corresponden a cada uno se sumarán y darán lugar a una fluctuación del campo electrón que representa dos electrones. Observando esta fluctuación será imposible distinguir a ambos electrones. Si aplico un campo magnético y separo ambos electrones de nuevo hasta llevarlos a sus posiciones originales no puedo saber si el electrón que ahora ocupa la posición 1 era el que antes la ocupaba o el otro. La mecánica cuántica afirma que es imposible saberlo.

¿Qué es el espín del electrón? Como las unidades físicas del espín son las mismas que las del momento angular que mide cómo gira un cuerpo, mucha gente se imagina el electrón como una bolita que gira; los dos valores del espín serían las dos direcciones posibles de giro. Esta analogía no tiene ningún sentido físico. El espín del electrón lo que nos dice que el campo electrónico tiene varias componentes y cómo estas componentes se deben relacionar entre sí para que el campo sea invariante relativista. Un campo con un espín 1/2 y masa no nula quiere decir que dicho campo tiene 4 componentes, divididas en dos parejas (como si fueran 4 campos que pueden fluctuar de forma separada) y cómo dichas componentes se deben transformar en cierta región del espaciotiempo cuando dos observadores inerciales deciden estudiar el campo en dicha región.

La noción de campo, como las nociones de tiempo y espacio, son ideas matemáticas que describen lo que observamos en la Naturaleza gracias a una serie de experimentos. Las propiedades de los campos (como el espín de sus partículas) son propiedades físicas que observamos en una serie de experimentos. En física solo contamos con los experimentos y las descripciones matemáticas que permiten predecir qué se obtendrá en un experimento concreto. La ventaja de la descripción matemática es su concisión, pues con unas pocas leyes físicas y un gran número de poderosas herramientas matemáticas podemos describir infinidad de experimentos y todos sus resultados. Pero siempre hay que recordar que si nuestras leyes físicas fallan en algún experimento, debemos acudir a unas leyes, una nueva descripción matemática, pero que la Naturaleza es la misma. La realidad es la misma. Solo ha cambiado nuestra descripción (o conocimiento) de dicha realidad.

35 Comentarios

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ignacioignacio

Magnífico el párrafo donde dices que habrá físicos que opinen lo contrario… y hablas del contenido fundamentalmente matemático de lo que es un campo, y de las dificultades de demostrar tal existencia. Ese “algún día” se descubrirán campos que no son partículas (monopolos…).

No todo el mundo es tan flexible en sus opiniones. Yo soy de los que pienso que los campos son una “construcción matemática” que nos da unas predicciones magníficas pero que no soluciona los problemas conceptuales. Algo así como la situación de la astronomía antes de Kepler, con buenas predicciones, pero con una matemática muy compleja… La definición matemática de campo ( la mas antigua de todas) en donde vemos la fórmula de Coulomb dividida por la carga (de prueba) es muy significativa de la deriva “matematizada” de las soluciones de la física moderna.

Esa definición como: ” (Kqq’/d^2) / q’ ” creo que conduce (incluso demuestra) la “no falsabilidad” de lo que es un campo… si hacemos uso de la carga de prueba (q’), estamos desbaratando la posibilidad de analizar un “campo”, pues pasamos de ese campo al concepto de fuerza entre DOS partículas.

El efecto Casimir nos habla de un concepto de “vacío” muy concreto: como el nodo en donde no hay orbital de electrones… es un vacío dentro de un sistema oscilador… como “prueba” podría no ser concluyente, sobre todo por la propia definición de lo que es un electrón en el sistema atómico: una onda de probabilidad con frecuencia de Plank…

Pero. si los campos no fueran la respuesta (perfecta)… cual sería una alternativa posible… el tema es fascinante, no se si hay gente trabajando en ello (teorías que no sean de campo). Personalmente me interesa el tema y trato de establecer una alternativa viable trabajando con el propio concepto de “espacio” como variable oculta “no local”…

saludos !!

amarashiki

El espacio o el tiempo NO son variables ocultas no locales. Tal como lo vemos hoy día, via RG o QFT, espacio y tiempo son una serie de números que especifican localmente el valor del campo y el lugar en el espacio-tiempo donde ocurren los mismos. Una cosa muy distintia es que el espacio tiempo en sí mismo sea algo “efectivo”, una descripción a baja energía de algo que no es espacio ni tiempo a alta energía porque tiene estructura interna adicional más allá del espín y el resto de números cuánticos que hoy día observamos. Sin embargo, como pone el propio Einstein en el significado de la relatividad, nadie sabe aún cómo establecer las bases de una teoría del espacio tiempo basada en “discontinuidades cuánticas” del espacio tiempo, esto es, no sabemos la microscopía del propio espacio tiempo, sus grados de libertad internos más profundos, cuyo “coarse graining” hace o fabrica el continuo espaciotiempo.

ignacioignacio

Hay un hecho importante y es que con el actual concepto de “espacio tiempo” y de “campo” no se logra una unificación de los fenómenos físicos… gravedad y electromagnetismo parece que llevan caminos paralelos que no se cruzan y las variables de la llamada física cuántica superan la docena, sin aparente sentido.

Si aceptamos los conceptos de Faraday, Maxwell y Einstein que cristalizaron el concepto de la relatividad general es decir: el c-a-m-p-o, parece que estemos en un “cul de sac” (lo pongo en francés por lo de “cul”).

Por otro lado no entiendo tu “afirmación drástica” de considerar que el “espacio” no pueda ser una variable oculta (Bohm trabajó en ello… eso si sin resultados). Una cosa si es segura: es variable “no” local ! (en el caso de que fuera una tal variable).

Hay afirmaciones como las tres dimensiones o como el “continuo” que creo que deberían de ser revisadas.

Gracias por la contestación !

sargentopez

Me ha gustado mucho. Los tontos curiosos agradecemos esas explicaciones facilitas.
Se podría decir que los campos son cualidades propias del espacio o que el espacio es consecuencia de la existencia de los campos?

emulenewsemulenews

Sargentopez, se podría decir que los campos y el espaciotiempo están íntimamente relacionados, quizás sean la misma “cosa” (los campos podrían ser resultado de la “curvatura” de dimensiones extra del espaciotiempo o este último emerger a partir de los campos). Pero por ahora, no conocemos los detalles.

Antonio Alfonso FausAntonio Alfonso Faus

Muy bueno el artículo. Pregunta: ¿Pueden replicarse partículas nuevas cuando ya hay campo?

Antonio Alfonso-FausAntonio Alfonso-Faus

Francis: mi pregunta es la siguiente, si tenemos un campo en el interior de un volumen propio del universo a^3 y tambien tenemos en un instate determinado N partículas reales en el interior de ese volumen, correspondientes a las fluctuaciones en ese campo, ¿es posible pensar que en su expansión (a es el factor de escala cosmológica) la densidad de partículas reales N/a^3 pueda crecer?. He utilizado antes la palabra replicación siguiendo las frases de Paul Dirac en sus artículos de los años 30.

hicsuntdraconishicsuntdraconis

Magnífica esta lección magistral, Francis. La he recortado y guardado aparte, por si un mal día el viento tuviera la ocurrencia de llevársela como hoja de otoño de este portal.

Al parecer las fluctuaciones del vacío cuántico se justifican por el principio de incertidumbre. En relación con este aspecto entiendo que por tal se alude a la expresión $latex Delta t Delta E geq hbar/2$, que con más propiedad debiera llamarse en este caso “relación de incertidumbre tiempo-energía”. Esta expresión se asemeja solo formalmente al principio (principio en su día, actualmente es un teorema deducible de los postulados de la cuántica) de incertidumbre de Heisenberg, debido a que $latex Delta t$ no es aquí exactamente la desviación tipo teórica de medidas del tiempo, sino algo así como el “tiempo que ha de transcurrir para que la media de los valores medidos de un observable $latex cal A$ en una serie de medidas repetidas varíe de modo apreciable en relación con la dispersión intrínseca $latex Delta hat{A}_t$ de dichos valores (buff…)”.

Suponiendo que no ande yo descarriado en esto, la cuestión que me atormenta y que me atrevo a plantear aquí es:

¿Puede desprenderse de la anterior relación que el sagrado principio de la conservación de la energía se viola, aunque sea dentro de los límites de la restricción temporal asociada?

Pachu

Muy bueno, yo ahondaría en dos cosas más: ¿Que es una fluctuación del campo? ¿Cuales son los campos conocidos (según el correspondiente modelo clásico/relativista/otro)?

Falta pulir la redacción.

Jaime González R.Jaime González R.

Los campos son un modelo matemático, de hecho todo lo que puedes decir es un modelo de algo. Y a que ni tu ni yo, ni los físicos tenemos una visón de dioses, la metafísica debería de estar desterrada de la ciencia; más sin embrago permea todo el pensamiento, gracias a Sócrates, Platón y Aristóteles, san Agustín, santo Tomas de Aquino, etc., y más etc… La filosofía crítica de Kant, presuponía que el espacio y el tiempo eran conceptos analíticos a priori, necesarios para tener un experiencia de algo… no qué ese algo fuera temporal y extenso… no pudo resolver el problema entre razón y experiencia… donde seguimos. Aquí he leído que se cree a pie juntillas lo que dicen los físicos… no hemos aprendido que es una opinión muy bien informada y avalada por la discusión entre pares y…. La experimentación. Si algo he aprendido es que el principio de incertidumbre en la física, nos lleva a la humildad con respecto a nuestros juicios de lo que es la realidad. El problema de la matemática es que nos hace creer que sabemos algo porque tenemos un modelo que funciona en el papel…. La realidad es un poco rebelde sin embargo.

ArtemioArtemio

Tiene que ver con la liberación de neutrones más que de electrones. Pero, básicamente, el armamento nuclear junto al convencional tiene que ver con la neurosis humana. Pero no olvidemos los aspectos positivos de la ciencia: vacunas, antibióticos, fármacos para la psicosis y las enfermedades somáticas, industria nuclear civil (aun con sus efectos tóxicos para el ambiente), industrias fotovoltaica, termosolar, eólica, ingenierías civiles naval, aérea y espacial y un largo etcétera. Prefiero ver la botella medio llena que no medio vacía.

planck

Muy buen artículo Francis, como ya has explicado varias veces en tu blog, la imagen de la bolita cargada girando no es más que otra analogía clásica inexacta ,o mejor, incorrecta. La visión más profunda y exacta de la QFT es considerar a un e- como una vibración del campo electrónico,sin embargo, bajo esta imagen ¿cual es el verdadero origen del momento angular intrínseco del e-?
Supongo que esto aún no esta claro, porque si los experimentos han medido un momento angular inherente al e- algo tiene que estar girando. No se si la siguiente imagen puede considerarse correcta desde el punto de vista de la QFT:
el campo electrónico tiene 4 componentes: eR,eL,eR*,eL* que son (hablando a grosso modo) el antielectrón, el electrón, el antipositrón y el positrón. El electrón propiamente dicho está continuamente oscilando entre el eL y el eR*, esta oscilación cuántica puede representarse como un giro ya que en el eR el sentido del spin y el de movimiento coinciden mientras que en el eL el sentido es el contrario. Es decir, ¿no podría ser que el origen del spin resida precisamente en esa oscilación cuántica entre los 4 componentes del campo electrónico en los que el spin apunta en una dirección distinta?

Hector04Hector04

Buena pregunta, spin vs momento angular, masa por velocidad angular, y la dirección del movimiento porque hay que recordar que el electrón no esta quieto sea lo que sea lo que eso signifique.

ArtemioArtemio

Francis, buen artículo, muy claro. Un comentarista dice que:

“Los campos son un modelo matemático, de hecho todo lo que puedes decir es un modelo de algo”.

Vale, pero ahí tenemos a los neutrinos cósmicos que son muy difíciles de detectar, luego siguiendo tu razonamiento ni son modelos matemáticos ni modelos físicos sino partículas fantasmales.

“Y a que ni tu ni yo, ni los físicos tenemos una visión de dioses, la metafísica debería de estar desterrada de la ciencia; mas sin embargo permea todo el pensamiento, gracias a Sócrates, Platón y Aristóteles, san Agustín, santo Tomas de Aquino, etc., y más etc”.

Esto no lo entiendo porque usas el concepto de metafísica de un modo bi-valente. Si te refieres a que la física corre el riesgo de volverse ininteligible mediante conceptos y fórmulas que no los entiende nadie, estamos de acuerdo. Ahora bien, me pregunto que pinta Sócrates aquí cuando su filosofía vital o existencial no tenía nada ver que con la ciencia sino con la ética. Tampoco entiendo tu mención a Platón que fue el gestor de una institución filosófica, matemática, física y astronómica de renombre, la Academia.

“La filosofía crítica de Kant, presuponía que el espacio y el tiempo eran conceptos analíticos a priori, necesarios para tener un experiencia de algo… no qué ese algo fuera temporal y extenso… no pudo resolver el problema entre razón y experiencia… donde seguimos”.

Bueno, el que ese “algo” fuera temporal o extenso dependía de la profundidad de percepción del perceptor, de modo que el giro kantiano en la filosofía fue similar al giro copernicano en astronomía. A partir de Kant el observador terrestre ya no está determinado por acciones ajenas a él sino que influye en la realidad según sea la profundidad de su percepción.

SergioSergio

No tengo ni idea, pero debemos suponer que los neutrinos son una perturbación del campo neutrínico (si es que eso existe o tiene algún sentido)

Antonio Altamira de AsísAntonio Altamira de Asís

Yo, como no tengo ningún blog de divulgación científica, no puedo otorgarle a Francis mi “chapita” reconociendo que este artículo me ha gustado. En general, sus artículos basados en las publicaciones de Science-Nature (salvo esos que crean polémica) me resultan un poco aburridos y aquellos otros artículos en que salen culos y tetas (a pesar de que, según el propio Francis, son de los más visitados): yo, ni los leo. Pero estos artículos centrados en explicar aspectos de las matemáticas o la física: sí que me gustan (a pesar de que, reconozcámoslo, Francis escribe demasiado rápido).
Por otro lado, César, desde aquella entrada en Experientia Docet sobre los neuromitos se me “olvidó” volver a visitar tu blog. Pero a raíz de este comentario, me he metido de nuevo en tu blog y comentaré el único artículo que me ha interesado: el de las 6 propuestas para mejorar la ciencia.

Troll_azoTroll_azo

“Te aconsejo que no balbucees porque no entiendo una palabra de lo que dices” –Willy Wonka.

Jaime González R.Jaime González R.

De acuerdo… me refiero a lo tajante entre la oposición entre la mente y la materia, y como se niega alguna validez a la percepción en estas filosofías y que son la cuna del pensamiento “racional”, y mi comentario sirva para alentar el equilibrio. A las teorías su complejidad y rigor matemático no las hace más ciertas. La necesidad lógica de algo no apunta su necesaria existencia. Los campos y su cancelación en el vacío, junto con el principio de incertidumbre son un buen modelo parara explicar cómo surgen del vacío cuántico lo que nos parecen partículas y energía… dije un buen modelo… más no sé… Los neutrinos son medibles, al fin y al cabo.

ArtemioArtemio

No me quiero extender en pesquisas filosóficas porque éste es un blog de ciencia. Por resumir; es cierto, como indicas, que la teoría de las ideas platónica es dualista y que parece ofrecer un flanco débil a planteamientos realistas. Pero la obra de Platón se extiende a varias materias, la filosófica es una de ellas. Quiero matizar mi comentario sobre Kant; su filosofía supone una ruptura con el planteamiento determinista de su época, su giro subjetivista pone al espacio tiempo dentro del perceptor/observador. Ese giro confiere más autonomía al observador, pero esto no quiere decir que las acciones humanas y sociales y las leyes de la naturaleza no le afecten, de hecho le afectan, pero el observador se halla en otra perspectiva para adquirir más libertad a la hora de analizar su entorno.

Jaime González R.Jaime González R.

Esto de acuerdo… no es un foro de filosofía, de historia de la filosofía, me abstengo de opinar en ese sentido… Ya que podría parecer muy radical… pido una disculpa.
Saludos.

ArtemioArtemio

Al hilo de este asunto, y por mi parte cierro el debate, entiendo que la expresión “filosofía de la ciencia” encierra varios y sutiles significados. Si bien el núcleo de la ciencia parece ser irreductible a su propia epistemología, y es bueno que sea así, el discurso científico debe estar abierto, poroso, a otras materias, teniendo por límite la irracionalidad, la superchería. Si hay un aspecto de la actividad humana que tiene que ser fértil, creativo e imaginativo es la ciencia.

El CidEl Cid

Jaime, bajo mi opinión no se puede hacer ciencia sin filosofía. Cuando se hace nos encontramos con productos del hombre tales como la ‘Teoría de Cuerdas’ cuyo interés para mí reside solamente en establecer un límite más allá en el intelecto humano. La física ha sido terminada, no da más de sí, y para mí todos sus problemas fundamentales están claramente resueltos. Como triunfo es que la física ha demostrado toda la potencialidad del método científico para el conocimiento elemental y materialista de la naturaleza. Como veo que el no poder ir más allá no tiene sentido para un ser vivo y por lo tanto tampoco para el hombre es aquí donde ‘debe’ resurgir de nuevo la filosofía con fuerza para ‘obtener’ una nueva solución al problema de la realidad vista por el acuerdo humano.

AlbertoAlberto

¿alguien sabe cuales son las relaciones de conmutación para tiempos no iguales del campo de Klein-Gordon? ¿y cómo se calculan? Gracias!

emulenewsemulenews

Alberto, el campo de KG corresponde a partículas escalares de tipo bosón; lo que preguntas viene en todos los libros de QFT (hay infinidad de fuentes en Google o Google Scholar). No entiendo tu dificultad.

AlbertoAlberto

Porque siempre encuentro para tiempos iguales, pero nunca el desarrollo para tiempos distintos.

Mª del MarMª del Mar

Una entrada genial. ¡Felicidades Francis!. Ojalá hubieras sido mi profesor de física en el instituto. Otro gallo me hubiera cantado. Por supuesto allí me imbullerón todas esas imágenes falsas que tú describes tan bien y corriges tan fantásticamente. Muchas gracias. Sencillamente genial, ¡GENIAL!

Alba Díaz Albo

Sí, amigo Emulenew, el problema pendiente consiste en saber en qué consiste ese “algo” material que existe donde no vemos nada. En este sentido me está sirviendo de mucho la lectura de una publicación, El “Vacío” es Materia” que resume todo el pensamiento y conocimientos relativos al caso, históricos y contemporáneos.

Jaime González R.Jaime González R.

Mario Bunge, junto con Thomas Samuel Kuhn, son los mentores de mi pensamiento… a cerca de la filosofía de la física. “The Structure of Scientific Revolutions” es para mí, una lectura muy esclarecedora, junto con,” La ciencia, su método y su filosofía” de Bunge… otro… fue, Karl Raimund Popper y su “La lógica de la investigación científica”.
No estoy de acuerdo con la anarquía de algunos otros… que no mencionaré.
Me disculpo por introducir asuntos no propios de la física…. sino de metodología de la física.
Saludos.

redabstracta.blogspot.com.es/

Artículo genial, la física mola y me agrada leer su blog, sobretodo porque cuando menos me lo espero mi consciente recrea conceptos en cualquier momento y resultan fascinantes. Gracias de verdad y espero que sigas explicando la realidad física de manera tan fácil de leer. Pregunta, lo más fundamental son los quarks o dentro de ellos el espaciotiempo le da sus propiedades como si fuesen cuerdas que se retuercen? ¿Qué significaría esto en escalas más grandes que un átomo? ¿Es todo una telaraña o un tejido de fluctuaciones del espaciotiempo?

donaldo lopezdonaldo lopez

Sinceramente, el titulo del articulo esta como el principio de Heisenberg ” incertidumbre”. comienzas y terminas el articulo y en realidad no dice nada concreto. Yo soy un completo ignorante en la fisica de particulas y todo lo demas, pero el electron es un concepto idealizado que se matematizo para poder entender las interaciones radiacion-materia, pero no creo que ningun cientifico hayan dicho que son bolitas que tal, sin embargo a pesar de no ser las supuestas bolitas de se hablan dan un radio por lo tanto de una forma u otra la siguen considerando bolitas. Nosotros no podemos tocarlos o agarrarlos solo podemos medir sus efectos por lo tanto en mi humilde opinion yo la llamaria perturbaciones de la materia que en su conjunto forma un conjunto de efectos en las que cada grupo de particulas tiene su especialidad como en el caso de las enzimas y proteinas en nuestras celulas etc.. Sea materia tangible o no los efectos fisicos que observamos tiene un fenomeno mas complejo lo cual no podemos ver en nuestro espectro limitado para los seres humanos por lo tanto tantas particulas de las cuales se hablan 70% por ciento de estas o mas existiran como materia oscura.
Sinceramente comentar o hablar sobre articulos o teoria de campos u otra cosa es mejor guardar un hilo conductor aqui el lector se pierde y se torna aburridora las conclusiones.

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