Francis en @TrendingCiencia: La realidad está hecha de campos, no de partículas

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Puedes escuchar mi nuevo podcast sobre física para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Este es el primer podcast de una serie y está basado en un artículo que apareció a principios de 2013 en la revista American Journal of Physics, escrito por Art Hobson, del Departamento de Física de la Universidad de Arkansas, en Fayetteville, Arkansas, EEUU, titulado “There are no particles, there are only fields,” (“No hay partículas, sólo hay campos”), Am. J. Phys. 81: 211, 2013 (arXiv:1204.4616 [physics.hist-ph]). Un artículo muy interesante que te recomiendo leer encarecidamente.

La física nos ha mostrado que el universo está hecho de campos cuánticos, siendo las partículas epifenómenos derivados de los campos (recuerda que un epifenómeno es un “fenómeno accesorio que acompaña al fenómeno principal y que no tiene influencia sobre él”). Ya lo dijo Richard Feynman en su conferencia Nobel en 1965, “there exists only a single electron in the universe, propagating through space and time in such a way as to appear in many places simultaneously” (“sólo existe un único electrón en el universo, que se propaga por el espacio y el tiempo de tal forma que parece que está en muchos sitios simultáneamente”). Según cuentan fue John Wheeler quien le sugirió esta idea a Feynman en una conversación por teléfono en la primavera de 1940. ¿Qué quería decir Feynman con esta frase en apariencia sin sentido? Lo que nos cuentana Wheeler y Feynman con esta frase es que el electrón no existe como concepto fundamental en el universo, lo que existe es el campo del electrón y hay un único campo del electrón en todo el universo. Todos los electrones que observamos en el universo son excitaciones localizadas de dicho campo. Por ello todos son exactamente idénticos e indistinguibles entre sí.

Ser consciente de que el universo está hecho de campos y no de partículas es muy importante para entender los problemas asociadas a la interpretación de la mecánica cuántica no relativista, sobre todo en relación a la dualidad onda-partícula, el problema de la medida, el colapso de la función de onda, la no localidad y muchas otras paradojas (en apariencia). El “misticismo cuántico” y las “pseudociencias cuánticas” tienen su origen en estas supuestas paradojas, ya que si los científicos afirman que no entienden la mecánica cuántica, entonces los pseudocientíficos, que tampoco la entienden, se sienten en potestad de abusar de ella a su libre albedrío. Este estado de la cuestión ha sido mantenido por muchos libros de texto que enseñan la mecánica cuántica sin aclarar que se trata de una aproximación a la realidad, en el límite de bajas velocidades, es decir, de baja energía y de bajo momento, una aproximación a la mecánica cuántica relativista, es decir, una aproximación a una teoría cuántica de campos. La función de onda cuántica es una representación efectiva y aproximada a los campos cuánticos.

En opinión de Art Hobson, opinión que yo también comparto, la enseñanza de la física cuántica no relativista (llamada “mecánica cuántica” a secas) debe realizarse desde el punto de vista de los campos. Aunque se omita todo el formalismo técnico, de gran dificultad para los alumnos en un primer curso sobre la materia, las ideas que subyacen no deben ser omitidas. En física de alta energía la mayoría de los físicos teóricos, si no todos, creen que la entidad fundamental es el campo cuántico y que las partículas (electrones, fotones, quarks, etc.) son meras excitaciones (ondas) localizadas en dichos campos. Cuando a baja energía se habla de partículas a secas, aparecen paradojas, como que una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo, que se resuelven fácilmente cuando uno se da cuenta de que son excitaciones de un campo. El ejemplo paradigmático, el experimento de doble rendija, nos lleva a dificultades como ¿por qué rendija pasa la partícula? O si ¿pasa la partícula al mismo tiempo por ambas rendijas? Frases tan famosas de Richard Feynman como “Si usted piensa que entiende a la mecánica cuántica… entonces usted no entiende la mecánica cuántica” están sacadas de contexto y en su contexto original abogaban por sustituir el concepto de partícula por el concepto de campo. Uno de los conceptos más importantes de la física moderna.

La noción de campo nació en la física clásica de forma indirecta con la explicación de la gravedad de Isaac Newton (1643-1727) a finales del siglo XVII y su famosa acción a distancia. El concepto de campo no aparece de forma explícita en los Principia Mathematica, pero ante las críticas, Newton añadió un apéndice a la tercera edición de los Principia incluyendo su famoso “hypotheses non fingo” (en latín “no propongo ninguna hipótesis”). La intuición de Newton era que el universo está lleno de un campo, algo parecido al “éter”, como explicó en unas cartas a colegas, un campo que explica la acción a distancia de la gravedad, pero como Newton no encontró ningún indicio experimental de su existencia, se limitó a su “hypothesis non fingo”.

Ya en el siglo XIX, la noción de campo reapareció para entender tanto la gravedad como el electromagnetismo, de la mano de Michael Faraday (1791-1867). Para evitar el concepto de acción a distancia, Faraday propuso que el espacio está constituido por las “líneas de fuerza” de los campos; no es que los campos estén en el espacio de igual manera a como una partícula está en el espacio, sino que los campos son algo intrínseco al propio espacio, en cierto sentido son propiedades del propio espacio. James Clerk Maxwell (1831-1879), más newtoniano y más matemático que Faraday, invocó al concepto de éter mecánico, un medio contenido en el espacio que obedecía las leyes de Newton. Para Maxwell, las líneas de fuerza de Faraday corresponden a un estado oscilatorio u ondulatorio del “éter” interpretado como medio material. Pero la búsqueda infructuosa de indicios experimentales de la existencia del “éter” llevó a reivindicar la idea de Faraday del campo electromagnético como un mero estado del espacio. Albert Einstein (1879-1955) llevó las ideas de Faraday al extremo con su teoría especial de la relatividad en 1905 y sobre todo con su teoría general de la relatividad en 1915. El campo gravitatorio es espaciotiempo curvado y el espaciotiempo curvado es un campo gravitatorio. El “éter” no existe como medio material en el espacio para sustentar los campos electromagnéticos, que no son más que una propiedad del propio espaciotiempo e indisolubles a él.

Dibujo20131202 Desde zonas altas se logra ver el arcoíris con un arco mayor que el semicírculo - Foto ilustrativa- divulgame_net

La versión primitiva de la mecánica cuántica, uno de cuyos creados fue el propio Albert Einstein, retomó la idea de partícula gracias a la llamada dualidad onda-corpúsculo. La interpretación original del efecto fotoeléctrico (que llevó el Premio Nobel al bolsillo de Einstein) o incluso el efecto Compton parecía favorecer la existencia de partículas (los campos electromagnéticos formados por fotones) y en definitiva un universo hecho de partículas, no de campos. Esta idea desagradaba a Einstein y muchos otros físicos porque lleva de forma natural a las paradojas asociadas a la localidad, como la interpretación con partículas del experimento de doble rendija. Sin embargo, hoy sabemos que todos estos experimentos se pueden interpretar a la perfección con el lenguaje de los campos siendo las partículas en relación a los campos como las burbujas en una cámara de burbujas son a las trayectorias de las partículas que las producen.

Todos los experimentos de principios del siglo XX que llevaron a la idea de la dualidad onda-corpúsculo tienen una interpretación natural en el marco de los campos, aunque muchos libros de texto obvian esta interpretación por considerarla conceptualmente demasiado avanzada para los estudiantes de un primer curso de física cuántica. Como bien nos cuenta Art Hobson, de la Universidad de Arkansas, en su artículo en American Journal of Physics, si uno lo piensa bien estas ideas lo único que hacen es complicarle la vida al estudiante que tiene dos opciones: optar por el “¡cállate y calcula!” de David Mermin, o enfrascarse en las discusiones metafísicas y filosóficas sobre la interpretación de la mecánica cuántica. El concepto de campo es la liberación que todo estudiante de física necesita, aunque para calcular fenómenos a baja energía no utilice este concepto de forma explícita.

La ecuación de Schrödinger es la ecuación de un campo, pero en lugar de describir a las partículas como tales, describe la amplitud de probabilidad de que una partícula sea localizada en cierta región del espaciotiempo. Sin embargo, la teoría cuántica relativista para describir el electromagnetismo era una teoría cuántica de campos. Entender la ecuación relativista de Dirac para el electrón desde el punto de vista de las partículas llevó a paradojas, como la necesidad del mar de Dirac, que se resolvieron cuando se asumió que dichas ecuaciones describían un campo para el electrón, que era la excitación de un campo que presentaba dos tipos de excitaciones, los electrones y sus antipartículas, los positrones. La teoría cuántica de campos tuvo un enorme éxito al describir a la perfección el comportamiento del electrón y de la radiación, pero no fue capaz de explicar el protón, el neutrón y los mesones. Ello llevó a que muchos físicos mantuvieran la imagen incorrecta de que el universo está formado a nivel fundamental por partículas, siendo los campos meras construcciones matemáticas para entender la interacción entre electrones y fotones, no aplicables ni a la interacción fuerte ni a la interacción débil, ni a nivel cuántico al a gravedad.

La idea de que sólo existen los campos y que las partículas son un epifenómeno, que físicos como Wheeler y Feynman tenían muy claro ya desde principios de los 1940, era considerada herética, o al menos muy especulativa, por la mayoría de los físicos. La opinión general era que no existía ningún campo detrás de la función de onda descrita por la ecuación de Schrödinger o por la ecuación de Dirac. Se trata de una simple construcción matemática y no tiene ningún tipo de realidad. Sólo existen las partículas. Sin embargo, a principios de los 1970, la teoría cuántica de campos renació con fuerza y retornó para no abandonarnos nunca más. Desde entonces la mayoría de los físicos aceptó que la descripción correcta de la realidad es la teoría cuántica de campos. Siendo la a mecánica cuántica no relativista una aproximación efectiva que utiliza un objeto, la función de onda solución de la ecuación de Schrödinger, que no es un campo cuántico y por tanto no tiene realidad en sí misma. La función de onda no es más que un concepto efectivo, una simple herramienta matemática para calcular propiedades efectivas de las partículas, que son excitaciones localizadas de los campos. No existe una realidad descrita por funciones de onda que describen partículas que pueden estar en más de un estado energético o en más de un lugar de forma simultánea. La realidad estás descrita por campos cuánticos y experimentos como el de doble rendija se puede interpretar utilizando campos.

El experimento de la doble rendija ha sido realizado con fotones, electrones, neutrones y incluso fullerenos. Con partículas fundamentales como los fotones y los electrones, la explicación del experimento utilizando campos parece muy clara, pues sigue punto a punto la explicación utilizando ondas. ¿Pero cómo se pueden interpretar moléculas como un fullereno utilizando campos? Como es obvio, desde un punto de vista operacional, no tiene sentido usar una descripción de múltiples campos en interacción para describir una molécula o un átomo. El formalismo matemático necesario es imposible de aplicar. De hecho, hasta fechas muy recientes no hemos empezado a entender cómo un protón está formado por quarks y gluones. Pero desde el punto de vista conceptual y metafísico, la interpretación correcta de una molécula no es otra que un conjunto de excitaciones de campos en interacción mutua. Cuando se detectan las partículas una a una, por ejemplo, en la pantalla tras la doble rendija, pasa algo parecido a lo que se observa en una cámara de burbujas. La localización es una característica del proceso de detección mediado por el proceso de decoherencia cuántica. Los patrones de interferencia en la pantalla de detección reflejan la naturaleza como campo de las partículas que inciden sobre las rendijas, pero no podemos olvidar que corresponden a ondas en campos. Imaginar las “partículas” desde un punto de vista clásico como pequeñas bolitas o incluso desde un punto de vista matemático como simples puntos del espaciotiempo dotados de propiedades nos lleva a paradojas aparentes que complican

El próximo lunes, disfrutarás de la segunda parte de este podcast.

47 Comentarios

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AlejandroAlejandro

Es paradojico que menciones a Feynman como defensor de la vision “fields” siendo como siempre ha sido un defensor del concepto de particula, no hay mas que leer sus famosas lectures (elctrodynamics). Y lo que es curioso, en el articulo que presentas en esta entrada se menciona este hecho en las primeras paginas…

pacopaco

yo pienso que Feynman era una genio e intuía ese tema. Pero no podía cuantificarlo, su electrodinámica cuántica era capaz de calcular observables con una precisión increíble. Pero formulándolo de la otra manera no se obtenían esos resultados… vamos, es la única forma de explicarme esa paradoja que mencionas

Hector04Hector04

en vista que ha cambiado el consenso ¿debería haber algo así como lo que paso en la interpretación de copenahue ?

XavierXavier

“La física ha demostrado que el universo está hecho de campos cuánticos”.
Bueno…
La física ha encontrado una descripción bastante precisa de la naturaleza en base a campos cuánticos. La física no demuestra nada. Modela, describe, predice. La naturaleza eventualmente demuestra que la física esta equivocada. Nada más…

JesúsJesús

Me has abierto la mente con este artículo, la has puesto patas arriba, como si llevara toda la vida leyendo un libro del revés, fascinante. ¿Se pueden simplificar todos estos conceptos de manera que el sistema educativo básico no tenga que recurrir a las partículas en primaria o secundaria? Para que desde el comienzo piensen en campos en lugar de en partículas, o que al menos piensen claramente en las segundas como “efectos” de los primeros.

renecoreneco

Pues yo estaba convencido que la realidad objetiva independiente del observador no existe, el observador tiene mucho que ver con la construcción de la realidad, la mecánica cuántica y la relatividad dejan muy en claro este hecho, como el observador forma parte activa de un hecho físico observado, el análisis de esto solo es posible estableciendo un sistema en el que el observador y lo observado forman una recursividad que establece esta realidad

Hector04Hector04

y que pasa si el observador es el universo, o sea, quiero decir que no es necesario que el observador sea un humano la decoherencia puede ser un observador en dicho caso la realidad objetiva independiente del observador seria aquella que aun no colapsa, ese es el universo real. Luego real y realidad son distintos en uno esta definido por el observador el otro por algo mas fundamental.
Por otro lado “existe” es una palabra que hay que abandonar a esta escala, solo hay que referirse a real y realidad.

renecoreneco

La observación implica percepción y esta a su vez está asociada a la conciencia, hasta donde sabemos esto se da solo en los seres biológicos, no tenemos prueba de que estas propiedades (percepción, conciencia) se den en otros seres y lo otro, que sentido tiene hablar de una realidad que no se puede percibir (ningún sentido).

renecoreneco

El que las cosas sean, existan o estén hecha es un concepto culturar erróneo de afirmarse a un sistema absoluto. Tratando de explicar, un niño por experiencia admite que el arriba y abajo siempre existen y es una verdad absoluta pero al ver el planeta Tierra desde el exterior se da cuenta de que el arriba y abajo es un concepto aplicable solo en la Tierra y no al universo

BloodStarBloodStar

Una duda a ver si he entendido algo, pido perdón por adelantado si la pregunta es estúpida:

¿Un protón entonces es la interacción de distintos campos (“campo de quarks” y el “campo de los gluones”) y los choques en el LHC (por ejemplo) son interacciones (“choques”) entre “conjuntos de campos unidos” (protones) cuyo resultado es la destrucción de de esa interacción inicial que forma el protón?

Francisco R. Villatoro

BloodStar, un protón es el resultado de la interacción localizada en cierta región del espaciotiempo de campos de quarks y campos de gluones; en las colisiones de protones en el LHC estos campos, que están acoplados a otros campos, provocan la excitación localizada de estos otros campos, con lo que ciertos quarks y/o gluones se desexcitan, excitando algunos de esos campos y produciendo nuevas excitaciones de tipo partícula que estaban dentro del protón.

Por ejemplo, cómo se produce un Higgs por fusión de gluones que se desintegre en fotones. Dentro del protón el campo de Higgs no está excitado como partículas de Higgs (no hay partículas de Higgs dentro de un protón), sólo hay vacío del campo de Higgs que le da una pequeña masa a los quarks. Cuando colisionan dos protones de muy alta energía (pongamos 4 TeV en el LHC en 2012), los gluones tienen una alta energía (pongamos 4/5 TeV), con lo que su interacción mutua puede excitar el campo del quark top (que no está excitado dentro del protón, es decir, no hay quarks top dentro de un protón), produciendo un triángulo de tres tops (dos quarks top y un antitop), que se puede desexcitar excitando el campo de Higgs (porque están acoplados ya que el top es la partícula de mayor masa), produciendo un bosón de Higgs (que no estaba dentro del protón), que a su vez puede desexcitarse excitando el campo del bosón W (que tampoco estaba dentro del protón), produciendo un triángulo de tres bosones W, que a su vez se desexcite excitando el campo electromagnético produciendo un par de fotones (que no estaban en los protones). Así, la colisión de dos protones (o mejor de dos gluones) da como resultado la formación de dos fotones que se observan como un “pico” asociado a la producción intermedia de un Higgs con cierta masa.

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Normalmente no se usa este lenguaje porque es muy engorroso y se escribe todo con partículas en un diagrama de Feynman para simplificar (pp → gg → 3t → H → 3W → 2γ).

BloodStarBloodStar

Joder Francisco… me has dejado flipado porque lo he entendido todo (o al menos eso creo).
Muchísimas gracias por molestarte en responder de forma tan detallada.

FernandoFernando

Alto nivel, no apto para cualquiera, pero muy bien explicado. Muchas gracias por hacernos comprensibles estos temas. Enhorabuena.

Hector04Hector04

Cuando ven una llamarada solar y prestan atención a las lineas de campo que arrastran masas descomunales de plasma que luego vuelve a caer por obra del campo gravitatorio, no piensan que están viendo los campos mismos en acción, es muy sugerente la imagen que se presenta si se considera que uno es el fenómeno campos y otro el epifenómeno plasma y luz.

alal

Un campo suena a trampa, claro que se explica topdo orque justo lo invento para explicar lo que de otra forma no explico, pero eso le da existencia?divido el espacio en muchos puntos y a cada uno le doy propiedades, un tensor, como una pantalla tft, las particulas son los pixeles? Y asi para cada cosa, uno de los elsctrones, otro de los fotones y asi. Osea que el espacio tiempo no existe, es una matriz de campos y cada campo una detensores. Qe alguien me aclare cada cosa del experimento de la rendija visto como campos. Que bibliografia me recomendais de esta vision tan campechana , gracias.

michaelmichael

Hay fisicos que interpretan esas matematicas de forma diferente, dando mas realidad a las particulas y consideran los campos meras herramientas matematicas, incluso hay quienes ponen particulas y campos al mismo nivel.
Es cuestion de gusto e imposible de falsar el elegir determinados operadores o terminos de las ecuaciones y darle a unos mas o menos realidad fisica.
Al fin y al cabo en QFT los sistemas no son descritos por campos, sino por estados en un espacio abstracto de Hilbert o de Fock, y los campos son meros operadores matematicos.
Con todo esto lo que quiero decir es que el articulo trata sobre una interpretacion particular de las matematicas de la QFT. Puedes elegir cualquiera de las diferentes interpretaciones filosoficas que existen, porque da igual, ni las matematicas usadas ni los resultados de los experimentos cambian.
En resumen el articulo trata sobre metafisica o filosofia y quizas se deberia mencionar esto de una forma mas clara.

EduardoEduardo

Si te apegas a la interpretación de Copenhagen hasta una medición a un sistema cuántico no se diferencia de un campo. Lo que sucede es que todo objeto con masa en reposo tiene una longitud de onda de Broglie asociada (no solo los fotones) y según el principio de correspondencia en altos números cuánticos o altas energías convergen a los limites de la física clásica. Todo estado cuántico que sostienen una medición colapsa (dentro de su incertidumbre) en una quantización de un campo. El mero hecho de ser “Real” es el acto de “Medir” o “interactuar” con el entorno (aun en vacío absoluto) por ende la realidad es el colapso de funciones de ondas, implicando que es el colapso de una función de onda y no la función de onda en si lo que es “real”. Esto esta en la base de la interpretación de Copenhagen que muchos de los titanes de la mecánica cuántica se rompieron la cabeza en definir ( la cual es la mayormente adoptada por experimentación) la cual te dice que la probabilidad de medir una observable es el cuadrado de la suma de todos los posibles estados la función de onda. Esto me parece con mucho respeto que contradice el titulo de este podcast. Aunque entiendo lo que quieres decir. Esta bien escrito y no quita que es valido discutir y creer en otras interpretaciones, siempre y cuando se apeguen al método científico.

Jorgelu321

¿Entonces las paradojas de la mecánica cuántica que nos enseñan en la carrera se resuelven más adelante con el concepto de campo? Acabas de darme un motivo convincente para seguir estudiando, gracias!

yomismoyomismo

Como ya se ha escrito mas arriba, no deja de ser curioso que apeles continuamente a la figura de Feynman, el gran defensor del concepto de partícula y que afirmaba que Heráclito fue el primer gran físico de la Historia.

ValeriaValeria

Plaf!!, caí aquí desde el ciberespacio, por supuesto perfectamente profana en todo esto, ¿ quién es el pedazo de cielo , entre vosotros, expertos ( para mí), que me explica ¿QUE ES UN CAMPO?
Pasaré mañana por aquí para ver si alguno se ha atrevido.
Saludos!

Francisco R. Villatoro

Valeria, los conceptos fundamentales son conceptos axiomáticos, permiten construir conceptos derivados, pero no pueden ser definidos con conceptos más fundamentales (pues entonces no lo serían ellos). ¿Qué es el tiempo? ¿Qué es el espacio? ¿Qué es la energía? ¿Qué es un campo cuántico? Nadie puede responder a estas preguntas, por el momento. Se requieren conceptos más fundamentales para explicar estos conceptos fundamentales (conceptos que aún no tenemos). Ello no quita que tengamos una definición matemática rigurosa de lo que son estos conceptos, una definición operacional que nos permite usarlos con total libertad (sin que a nadie le preocupe la definición como tal). Pero repito, no hay interpretación “en lenguaje no técnico” para estos conceptos (la intuición sobre estos conceptos se forja a base de manejarlos).

Valeria, sin saber qué sabes de física no puedo ofrecerte una definición.

Pero recuerda, el concepto de campo nos permite entender el concepto de partícula, el concepto de partícula virtual, el concepto de vacío y el concepto de interacciones fundamentales, pero es imposible hacerlo al revés.

ValeriaValeria

Lo siento Francisco, no se apenas nada de física, conceptos básicos de profanos como ya dije, sólo siento, percibo,intuyo, intentó ser consciente de lo que hace que seamos lo que creemos ser… y me da mucha curiosidad vuestra forma de hacer lo mismo? mediante números,ecuaciones y todos esos conceptos que no entiendo.
Bueno, vasta ya de entreteneros. Muchas gracias a todos por contestar.

renecoreneco

Se puede resumir campo como una propiedad física asociada al espacio (cada punto del espacio tiene un valor para ese campo)

ValeriaValeria

Propiedad física asociada al espacio…ummmmmm, no lo capto reneco, hace ya años que en una experiencia con el cactus ” san Pedro ” , ya me di cuenta de que “todo està lleno” y puedo imaginar ese “campo” infinito? que crea todo lo orgánico que podemos percibir los humanos, lo inorgànico que no podemos percibir y vete tu a saber que mássss, gracias!!

alal

Si en una habitacion hay tres personas desnudas y meto una nueva en un punto nuevo de la habitacion esta se sonrojara al ver a las otras y segun la distancia a la que esten se sonrojara mas o menos. Un fisico diria que hay un campo de verguenza.

ValeriaValeria

Gracias querido Al, sin duda es lo que más me ha gustado, puedo imaginar ese ” campo ” de ” vergüenza ” en excitación, creando… mejillas coloradas ja,ja,ja, me encanta!!

DavidDavid

Me llama mucho la atención que se nos presente a la teoría cuántica como una teoría de campos, ya que lejos de acercarse a una “Teoría de Campos Unificados” se aleja, presentándonos cada vez nuevas y más “partículas”. Como ejemplo, el “Campo de Higgs”, que explica el origen cuántico de la masa sin embargo no hace otra cosa que “crear” otra nueva partícula, su bozón correspondiente.

dudametodicadudametodica

– Francis, podría explicar el fenómeno fotoeléctrico empleando exclusivamente campos cuánticos.
– Dado que – obviamente –, no ondula la probabilidad: entonces, ¿ondula el espacio-tiempo? De ser así, ¿por qué razón, dicha ondulación (oscilación de cada punto del espacio físico – asumo que representada como tensor del campo –), es exclusivamente cuantizada?
– Si no es demasiado pedir: me gustaría su opinión sobre la onda piloto de DeBroglie-Bohm y la diferencia con la onda de espacio-tiempo. ¿Acaso la onda piloto es una onda material (un símil éter) – en mis lecturas solo he encontrado este término (onda piloto) unido al adjetivo (real) –?

Francisco R. Villatoro

DudaMetodica, cualquier libro de texto de electrodinámica cuántica (QED) te lo explica a la perfección (a nivel divulgativo recomiendo el libro de Feynman). La teoría de Einstein es cualitativa y cuantitativamente correcta sólo a primer orden en el acoplo y a mayor orden hay que usar la QED; por supuesto, los efectos de mayor orden han sido observados en los experimentos y confirman la QED (falsando la teoría (primitiva) de Einstein).

La idea de la onda piloto de DeBroglie-Bohm es muy sugerente en el caso no relativista, pero no se puede extender al caso relativista (que yo sepa nadie sabe cómo hacerlo de forma coherente). Por tanto, como la interpretación estándar de la mecánica cuántica, es otra interpretación posible al límite no relativista de la teoría cuántica de campos. Como conduce a los mismos resultados que la interpretación estándar, es una decisión personal elegir una interpretación u otra, pero nunca se debe olvidar que estamos hablando de un límite a la realidad, un límite muy alejado de lo que es la realidad.

Si quieres saber lo que es la realidad, lo mejor es invertir tiempo en aprender teoría cuántica de campos, en lugar de perderlo jugando con interpretaciones de la mecánica cuántica no relativista.

OntureñoOntureño

Los campos simplemente son, al menos hasta que se descubra un marco más fundamental que incluya a los campos como manifestaciones de algo más general. Si “postponer” el problema no es suficiente para ti, la Religión puede llenar ese hueco.

Recuerda: ellos sí tienen todas las respuestas.

PepePepe

– Francis, podrías explicar como se calcula la masa o la carga del electrón empleando exclusivamente campos cuánticos.
– Antiguamente los vikingos atribuian los rayos al Dios Thor, ahora los físicos se lo atribuyen a los campos cuanticos, lo que no deja de ser una forma mucho mas sutil de encubrir su desconocimient ode la realidad física.
-Solo esxiste un único campo, que podemos denominar, campo de Planck y que esta generado por átomos de espacio-tiempo,, de acuerdo con Smolin

– Michael estoy de acuerdo contigo
el articulo “y yo añadiria, la mecanica cuantica en general” trata sobre metafisica o filosofia y quizas se deberia mencionar esto de una forma mas clara.

Francisco R. Villatoro

Pepe, hoy en día no sabemos calcular la masa del electrón (o de cualquier otra partícula). La masa es debida a la interacción con el campo de Higgs y depende del acoplo (de Yukawa) de cada campo con el campo de Higgs. Pero no sabemos por qué los acoplos tienen el valor que tienen. Tampoco sabemos si son valores calculables, o son valores accidentales (vacío de una teoría unificada).

La idea de Smolin tiene “trampa” ya que ese único campo tiene muchas componentes.

PepePepe

La masa y carga del electrón al igual que la masa de cualquier otra partícula son valores calculables en física clásica.
Garrigues y Sanchez tienen un poster en la última bienal de física en donde calculan la masa y carga del electrón.
También Danescu y otros, calculan la constante de estructura fina utilizando métodos clásicos.
David Deutsch y otros físicos comentan que la teoría total de la realidad debería describir todos los tipos de partículas subatómicas, sus masas sus cargas eléctricas, sus espines y demás propiedades físicas.
La teoría cuántica de campos no permite calcular la masa y carga del electron, en cambio la física clásica SI, por lo tanto la realidad no puede estar hecha de campos, si estos campos no describen y calculan las propiedades de las partículas.
El campo de Planck solo tiene una única componente en reposo, somos nosotros los que observamos 3 campos: eléctrico, magnetico y gravitatorio cuando en realidad es un único campo, el campo magnetico.

AtlantisAtlantis

Que…. “La física nos haya demostrado que el Universo está hecho de campos cuánticos” no implica directamente la inexistencia de las partículas. Si así fuera nos cargaríamos directamente el “cuanto de Planck”, o el propio concepto de punto inicial, o “Big-Bang”.

De hecho, no se si eres consciente, pero con este argumento lo que estas diciendo es que no existe una realidad objetiva o material, que no existe la física como tal. Aunque esto, si lo piensas, es una consecuencia directa de la inexistencia de una referencia en la que sustentar el espacio-tiempo. La idea de Feynmann precisamente al establecer un electrón inicial, es que todo parte de dicha Unidad, pero no significa que niegue su realidad, como defiende el autor del argumento.

Dices que esta perspectiva de campos nos ayuda a solucionar el problema de la medida, la dualidad onda-partícula y la no-localidad. Pues bien… Me gustaría verlo, ¿en qué punto de tu argumento se demuestra esto?. Si sólo existiera una descripción del Universo en base a campos, tendríamos que invalidar la ley de la gravedad aunque fuera a nivel cuántico…. Aunque como sabemos, de momento, esto nunca ha sucedido.

Quizás lo que estás haciendo es tratar de defender el modelo standard, que tan sólo pretende describir el Universo que observa, aunque sea a costa de olvidarse de la gravedad; Aunque, esto de hecho sería un contrasentido, porque precisamente dicho modelo se basa en las partículas. ¿Hemos de entender, en consecuencia, dicho modelo también como un epifenómeno fruto de la indeterminación de los campos cuánticos? O…. ¿También lo eliminamos directamente como una descripción objetiva de la realidad?

Si sólo existen los campos cuánticos como “entidad imposible de explicar” no tiene sentido, por tanto, aspirar a llegar a una teoría unificada, dado que nada hay que unificar. ¿Es esto correcto? ¿Resulta que estamos perdiendo el tiempo?

Que no hayamos encontrado ese éter imaginario, no resuelve el problema del “sustento del espacio-tiempo”. Si esto no es cierto, dime en qué punto de tu argumentación lo has resuelto. De hecho, una teoría unificada lo que busca es (precisamente) dar explicación a esto.

Entiendo que tu argumento libere a los estudiantes de física de la abominable tarea de pensar por sí mismos y tratar de comprender la realidad. Les estás diciendo claramente que no hace falta pensar. Aunque, por lo que he visto… muchos están de acuerdo.

Francisco R. Villatoro

Atlantis, los campos cuánticos se pueden observar al menos en dos estados, vacío y partículas. No entiendo qué quieres decir con “negar la existencia de las partículas” ya que las partículas son un estado de los campos. Lo que indica la física actual es que las partículas son objetos reales derivados, no son fundamentales, como los campos cuánticos. De hecho, en teoría, los campos cuánticos deben presentar otros estados (instantones, impartículas, etc.), pero que aún no han sido observados.

¿Por qué que las entidades fundamentales sean los campos cuánticos en lugar de las partículas niega la existencia de una realidad objetiva? No lo entiendo. Si hay entidades fundamentales “reales” no importa qué nombre le pongas, digo yo. Otra cosa es que por “realismo” entiendas la interpretación “no realista” de la mecánica cuántica, pero en dicho caso, tampoco existiría la realidad objetiva si las entidades fundamentales fueran las partículas, porque también son cuánticas.

“Estás diciendo que no hace falta pensar.” No sé dónde has leído eso, pero yo no lo he escrito en ningún lugar de este blog (que tiene más de 4000 entradas). Y nunca lo diré, todo lo contrario, lo que falta es pensar más sobre la Naturaleza y no pensar por pensar en cualquier sinsentido por el gusto de hacerlo.

AtlantisAtlantis

Decir que un campo es una propiedad del propio espacio-tiempo, incidiendo en que un campo es una distribución de probabilidad es un argumento circular. Según este concepto un campo no deja de ser un objeto indeterminado. Si pensamos que un campo es un objeto matemático e indeterminado al mismo tiempo, ya me dirás dónde encontramos eso que llamamos “realidad, sino es el en el más puro ámbito virtual”. Si… en consecuencia, una partícula es un epifenomeno derivado de algo tan sumamente inmaterial es lógico pensar que una partícula tan sólo es un concepto, nada real.

Pero, dejando aparte los conceptos referentes a realidad que, como comprenderás nos llevan a un “campo” de nunca acabar, el propio concepto de probabilidad se puede presentar no sólo como un campo, sino también de forma discreta, en forma de “Sí o No”.

Pero, no acaban ahí las incongruencias. Cualquier fórmula física está basada en las matemáticas y, las matemáticas se basan en los “estados discretos” con los que trabajan, es decir con los “numeros”. Los números son entidades discretas con, incluso podemos hablar de ellos como referencias o coordenadas. El propio concepto de Bing-Bang o “cuanto de planck” no es más que un concepto derivado, una consecuencia matemática. Por este motivo, con ellos podemos formular conceptos complejos como el que hace referencia al infinito, y estos nos dicen que el infinito, o todo un campo matemático (como por ejemplo el área de una circunferencia) se forma incorporando infinitas unidades discretas.

Pi, por ejemplo, lo podemos ver de forma lineal, como una sucesión cuantificada que se compone de infinitos decimales, pero también representa toda el area de una circunferencia. Matemáticamente, por tanto, es cierto, que a partir de unidades discretas podemos representar todo un plano. Es más, nos dice que coordenadas y campos pueden estar intimamente relacionados, pero sin observar ninguna dependencia directa.

Así que, si lo que dices es cierto te cargas la correspondencia de las física con las matemáticas, especificas que existe algún tipo de realidad física independiente de sus conceptos, lo cual es algo que nunca jamás se ha demostrado. Si no podemos aplicar algo, matemáticamente hablando, tan sólo se debe a nuestro desconocimiento, pues nunca se ha demostrado lo contrario.

Si un campo, por concepto representa un infinito matemático, esto implica que toda nuestra realidad se basa en algo a lo que nunca podremos llegar, que se basa en un concepto que no sabemos si es o no cierto y al que nunca, lógicamente, podremos llegar. Un universo basado en campos, implica, por tanto, un universo virtual.

Resulta paradójico, por tanto, que desde un punto de vista físico como el que haces referencia, si le aplicamos la lógica hasta el final, sólo tiene sentido en un escenario virtual. ¿Dónde queda la física por tanto? No te das cuenta que tú mismo la estas negando.

¿Donde queda la parte física de nuestra realidad y que podemos directamente observar? Sólo admitiendo la parádoja de la realidad, hecha de campos y partículas, podemos recrear un universo que se presenta de forma diferente. En este escenario el Universo es holográfico, es una escala en sí mismo; Por tanto, lo que llamamos realidad tan sólo se basa en nuestra percepción de lo que podemos observar pero existe, en su esencia, un universo virtual, y el infinito es un punto imaginario que separa ambos mundos. Incluso, desde este punto de vista, el infinito no es más que un punto, una partícula en sí mismo.

Pero no digo yo esto, sino que se trata de un resultado matemática. Riemann, ya nos demostró que añadiendo un punto al infinito “justo encima del plano complejo” este plano se transforma casi milagrosamente en una esfera. Se trata de la esfera de Riemann, o la esfera tridimensional, un concepto que Poincaré asímiló con la forma del Universo. Matemáticamente por tanto es cierto es que el infinito se compone de un plano real y un plano imaginario, un plano real compuesto por partículas y un mundo imaginario compuesto por campos.

Las partículas no son epifenómenos de los campos, si no que simplemente están en un nivel fractal diferente de la realidad, en global.

MiguelMiguel

Hola, el enlace del podcast me da el siguiente mensaje de mas abajo, desde cualquier navegador y no puedo escucharlo. ¿Se puede acceder a él desde otro sitio? ¡Gracias!

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MiguelMiguel

¡Muchísimas gracias! Gracias por tomarte la molestia, todo un placer escucharte a ti y a tus compañeros divulgar ciencia.

EmersonEmerson

Soy un lego que está intentando introducirse en la fisica, en este blog leí una reseña del libro persiguiendo a Einstein, una pregunta ¿me recomiendan esta colección a modo de introducción? Me gustaría saber espacialmente sus opiones sobre el libro “mundo cuantico”, de la misma colección. Muchas gracias, me gusta mucho tu blog Francis :)

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