Podcast CB S&R 145: Preguntas de oyentes y popurrí de noticias

Dibujo20180112-coffee-break-ep145-ivooxHe participado en el episodio 145 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Star Wars sin Spoilers; Incertidumbres en Física; Temperatura y Calor; #CienciaEnElParlamento”, 12 Ene 2018. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica.”

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En la foto, abajo, Héctor Socas (@pcoffeebreak), Carlos Westendorp y Héctor Vives-Arias @DarkSapiens, y arriba, Francis Villatoro @emulenews (por videoconferencia) y Carlos González @carlosgnfd (por videoconferencia). Por cierto, la camiseta que muestro en la foto es un regalo de Crespo, @QuantumFracture, cuyo canal de YouTube es muy recomendable (buena prueba de ello es que ya supera los 770 000 subscriptores). “Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración entre el Área de Investigación y la Unidad de Comunicación y Cultura Científica (UC3) del Instituto de Astrofísica de Canarias”.

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Esta figura muestra la duración de los programas de Coffee Break, según el miniestudio de Andrés Asensio Ramos‏, , publicado en Twitter.

Al grano, en el problema se responden varias preguntas de oyentes. Jose Muela (Twitter) solicita un cálculo de servilleta sobre temperatura de las cosas en el espacio. Óscar @ScariosHR (Twitter) pregunta por la temperatura de Venus y Mercurio cuando el Sol era joven. Finalmente, Víctor Linares (Mail) me pregunta: El principio de Incertidumbre de Heisenberg es el primer principio de indeterminación fuerte en la física, ¿hay más principios de indeterminación en nuestras teorías?, ¿los sistemas complejos y los no lineales tienen una componente de indeterminación?, ¿son un argumento fuerte para el emergentismo o el epifenomenismo?, y ¿se puede considerar la decoherencia cuántica como un asistema emergente?

(1) El principio de incertidumbre de Heisenberg es el primer principio de indeterminación fuerte en la física, ¿hay más principios de indeterminación en nuestras teorías? Lo primero, Werner Heisenberg introdujo en 1925 dos principios físicos, uno de incertidumbre y otro de indeterminación, que no se deben confundir. El principio de incertidumbre limita el error en el resultado de la medida simultánea de ciertas magnitudes físicas, llamadas complementarias, como la posición y el momento, o la duración y el cambio en energía. Por otro lado, el principio de indeterminación afirma que las propiedades complementarias no están determinadas de forma simultánea, es decir, que corresponden a elementos de realidad subyacentes descritas por variables ocultas. Hay dos interpretaciones posibles al principio de indeterminación, una que hay una realidad subyacente con propiedades bien determinadas, pero que no es accesible para nosotros mediante experimentos, y la otra que dicha realidad subyacente no existe, siendo la descripción cuántica de nuestro conocimiento sobre el sistema.

“Principio de Indeterminación fuerte” en Filosofía y en Física tienen significados diferentes. En Filosofía se alude a un hipotético mundo Laplace en el que se pueden determinar todas las posiciones, velocidades (momentos lineales) y energías con infinita precisión; en dicho mundo, conocido el presente podemos determinar con absoluta precisión tanto el pasado como el futuro. Todo está determinado por siempre y jamás, evolucionando según las leyes de la Física. Sin embargo, en Física, ni a nivel cuántico, ni a nivel clásico, existe este tipo de determinismo. Las leyes físicas describen la realidad en cierto límite (bajo ciertas condiciones) y no se puede afirmar que dichas leyes describan la realidad (salvo la “realidad aparente” en su límite de aplicabilidad).

Hoy en día se interpreta el principio de indeterminación de Heisenberg en el contexto de las teorías cuánticas de campos de manera diferente a cómo se interpretaba hace casi un siglo. Las teorías cuánticas de campos son teorías efectivas, que describen la realidad en cierto límite y que dejan de hacerlo fuera de dicho límite. Por tanto el principio de indeterminación que subyace a dichas teorías efectivas no significa que exista un “principio de indeterminación fuerte” en la realidad (en el sentido filosófico del término); tampoco significa que no exista (pero nuestro conocimiento actual no puede decidir respecto a esta cuestión).

El origen del principio de indeterminación en física cuántica es la verbalización clásica de una realidad cuántica efectiva subyacente; no sabemos si los conceptos físicos que se relacionan con dicho principio físico tienen sentido más allá de la aproximación efectiva con la que los describimos, guiados por un principio de correspondencia que nos hace buscar conceptos que tengan un límite clásico, conceptos que quizás ni siquiera existan en la realidad. El concepto de posición, o localización, en el espaciotiempo, o los conceptos de velocidad (momento lineal) y energía, son maneras “clásicas” de hablar sobre la física cuántica como aproximación efectiva a la realidad (“lo dedible y lo indecible en mecánica cuántica” titulaba un libro John Bell). La indeterminación de estos conceptos podría tener su origen en la naturaleza de la realidad, pero hasta donde sabemos hoy en día su origen es que nuestras maneras de hablar sobre la realidad son efectivas. Quizás en una teoría última de la realidad (“teoría del todo” la llaman) estos conceptos no existan y no tenga ningún sentido hablar de principios de indeterminación, más allá del punto de vista efectivo actual.

(2) ¿Los sistemas complejos y los no lineales tienen una componente de indeterminación? En la llamada teoría del caos, aplicable a sistemas dinámicos disipativos no lineales, y la teoría de la estocasticidad, aplicable a sistemas hamiltonianos no lineales, hay un principio de impredicibilidad intrínseco. La realidad es impredecible, por principio (no existe un mundo laplaciano en el que todo esté determinado en el sentido filosófico del término). La realidad está regida por leyes, pero solo es predecible para ciertas leyes y en ciertos límites de aplicabilidad de estas (normalmente, cuando dichas leyes se simplifican al extremo). En general, la realidad física está indeterminada en el sentido filosófico del término. No soy filósofo, pero creo que abusar del lenguaje filosófico y aplicarlo sin más a la Física lleva a sinsentidos.

(3) ¿Son [los sistemas complejos] un argumento fuerte para el emergentismo o el epifenomenismo? Los términos emergentismo y epifenomenismo surgen en Filosofía para tratar de explicar el origen de la conciencia a partir del funcionamiento del encéfalo. En rigor, en Física dichos conceptos no son aplicables, al menos con su significado filosófico. Para el problema de la consciencia en Filosofía no importa que no tengamos magnitudes cognitivas que permitan medir, observar o experimentar con la conciencia (¿cómo mides el grado de conciencia en un contexto emergentista o epifenomenista?). En Física dichas magnitudes son imprescindibles. Cuando hablamos de emergencia o de epifenómeno en Física es imprescindible hablar de magnitudes que se puedan medir, observar o experimentar. En Física la realidad existe, no emerge de una realidad subyacente más real, ni es un epifenómeno asociado a dicha realidad subyacente. Si la realidad subyacente existe entonces es la realidad. En Física no se debe abusar del lenguaje de la Filosofía, pues nos puede llevar a un nuevo caso Sokal. La hermenéutica del emergentismo y del epifenomenismo en Física solo es una manera postmodernista de evitar en lenguaje de las matemáticas para describir la realidad al hilo de la Física. Abusar del lenguaje no nos ayuda a comprender. Usar el lenguaje adecuado es la única vía y dicha lenguaje siempre tiene una aplicabilidad limitada.

(4) ¿Se puede considerar la decoherencia cuántica como un sistema emergente? La decoherencia cuántica explica cómo emerge el mundo clásico a partir del mundo cuántico. En Física se habla de emergencia para describir la aparición de nuevas magnitudes medibles en un sistema físico al aplicar cierto límite; estas magnitudes no tienen significado (no están determinadas) en el sistema físico antes de su emergencia; por ejemplo, las magnitudes termodinámicas son emergentes (no tiene sentido hablar de la temperatura o de la presión de una molécula, aunque se puede hablar de la temperatura o de la presión de un gas formado por muchas moléculas). Hay quien abusa del lenguaje y lo lleva al extremo, por ejemplo, habla de la temperatura y de la presión del vacío; pero en rigor dichos conceptos emergentes no son aplicables. La mayoría de las magnitudes físicas que usamos en física clásica son emergentes (en física cuántica no están bien determinadas, siendo usadas vía el principio de correspondencia).

Tras estas preguntas, en la segunda hora del programa, Héctor Vives nos presenta sus ideas sobre la física de la última película de Star Wars. Más información (en inglés) en Héctor Vives, “The Physics of The Last Jedi,” Eleven-ThirtyEight, 08 Jan 2018; también recomiendo Héctor Vives, “The Scars of Concord Dawn—A Physicist Overthinks Star Wars Rebels,” Eleven-ThirtyEight, 10 Feb 2016.

Finalmente, se incluye una entrevista grabada a Andreu Climent, sobre la interesante iniciativa #Cienciaenelparlamento (documento .doc explicativo).


7 Comentarios

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IgnacioIgnacio

@ Francis,

Buenas tardes. Preguntarte si sabías donde puedo encontrar estos ebooks (epub, pdf, mobi, etc) en ficheros de acceso gratuito. Llevo años buscándo estos libros ( versión castellano) en emule, torrent, y por toda la red, pero sin éxito:

– Las dudas de la física en el siglo XXI: ¿Es la teoría de cuerdas un callejón sin salida?- Lee Smolin.

– Los Próximos cincuenta años: el conocimiento humano en la primera mitad del siglo XXI – Lee Smolin, Martin Rees, Paul Davies, Richard Dawkins, y otros-

– Nuestro universo matemático- en busca de la – naturaleza última de la realidad- Max Tegmark-

-Las sombras de la mente: Hacia una comprensión científica de la consciencia -Roger Penrose-

Saludos.

IgnacioIgnacio

Me dejé este otro libro que también estoy buscando:

HIPERESPACIO: UNA ODISEA CIENTIFICA A TRAVES DE UNIVERSOS PARALELOS, DISTORSIONES DEL TIEMPO Y LA DECIMA DIMENSION
-MICHIO KAKU –

Víctor LinaresVíctor Linares

Muchísimas gracias por la respuesta, me ha aclarado mejor algunos conceptos y me da pistas sobre vuestra opinión en algunos temas. Primero decir que soy solo un aficionado con un conocimiento muy parcial de filosofía y física. Pienso que el concepto de indeterminación, tanto ontológico como describes, como epistemológico en los niveles de aplicación de las teorías, podrían ser el principio de un buen argumento en contra el problema de la estratificación ontológica y el cierre causal presentado por Jaewon Kim en su artículo “El fisicalismo no reduccionista y su problema con la causalidad mental” (de libre lectura en la web) que, según parece, es un artículo clásico que se supone mete en serios aprietos a los no reduccionistas (aunque quizas también tengo liada la definición de reduccionismo :P), este artículo me lo presentaba un amigo filósofo como argumentación fuerte contra emergentismo mental. Por supuesto mi postura no es a favor del epifenomenismo, sino de emergentismo un poco como el que plantea Dennet (aunque intento no “tomar partido” XD). En el artículo, Kim presenta el problema del cierre causal como metafísico, y lo hace de aplicación a toda la física. En su argumentación la lógica que usa entiendo que describe un funcionamiento de la causalidad como intrínsecamente determinista laplaciano y realista, incluso llega a hacer referencia a la posibilidad o no de una “teoria del todo”.

Como digo, pienso que un posible contra argumento para Kim es que de hecho nuestro conocimiento y aplicabilidad del mismo es esencialmente estratificado y parcial (límites de aplicabilidad del lenguaje también aplicarian) , y que causalidad (mental o no) descendente u otros “tipos de causalidad” son viables y que las matemáticas y física actuales muestran formas de causalidad no reduccionista. En general estoy de acuerdo en que “abusar del lenguaje filosófico y aplicarlo sin más a la Física lleva a sinsentidos” y creo que esto es lo que hace Kim, quizas lo hago yo también pero intento no “hacerlo sin más”: yo tambien pienso que “abusar del lenguaje no nos ayuda a comprender. Usar el lenguaje adecuado es la única vía y dicho lenguaje siempre tiene una aplicabilidad limitada”, y es por esto que dirigía la pregunta específicamente a ti Francis, porque creo que eres de los poquísimos que intenta ser estricto en este sentido. Pero por supuesto todo esto son solo divagaciones tontas de un ignorante aficionado, meditaré bien tus palabras y espero las repuestas que habeis ofrecido ayuden tambien a otros. Gracias de nuevo por vuestra labor.

Pedro MascarósPedro Mascarós

Pero hay una cosa que no entiendo respecto a la impredicibilidad de lo sistemas caóticos, y es que a pesar de que no vayas a tener periocidades, partiendo de la idea de la mente super poderosa que tiene una foto completa de todos los estados macroscópicos en un momento dado, ¿no puede aplicar todas las leyes naturales en todas las escalas no cuánticas? No comprendo porqué si puede predecir hasta un tiempo t, que le impide coger todos los nuevos datos, e ir a t+1…
¿no podría predecir como iría la energía que se disipa modificando su entorno a todos los niveles (no cuánticos)?, e ir acumulando a sus cálculos los nuevos sistemas caoticos que se van formando…dicho de otro modo, si no se van a entrometer datos puramente aleatorios del mundo cuántico, ¿qué problema hay?

Comentas también, Francis que la energía no se conserva en la física clásica..¿a donde va esa energía que de repente se pierde en los cálculos clásicos? o de otra forma ¿por qué se pierde en los cálculos clásicos, que es lo que se dejan estos cálculos?

Sin una verdadera conservación de la energía, el epifenomenismo tendría donde anclarse.

PelauPelau

Sobre lo primero, esto debería despejarte las dudas:
https://es.wikipedia.org/wiki/No_linealidad

Imperdible el enlace en esa página a la de Teoría del caos, especial atención a la sección Divergencia exponencial de trayectorias cercanas.

Sobre lo segundo: [instante 14:50] “…la realidad ya sabemos que no es hamiltoniana, la energía en principio en física clásica no se conserva, sólo se conserva bajo el límite de que tú impones de que en ciertas circunstancias el sistema se comporta como si todo se conservara…”

Mi interpretación de eso es que Francis se refiere a que nuestra descripción del sistema (“los cálculos”) es un modelo idealizado en el que podemos aislar al sistema de su entorno tanto como queramos, entonces “el sistema se comporta como si todo se conservara”.

Pero el sistema real no es conservativo, es disipativo. La conservación de la energía se cumple a rajatabla, ni se pierde ni se crea. Pero dado que la aislación perfecta no existe, es imposible evitar transferencia de energía entre el sistema y el entorno.

Por ejemplo, toda masa en movimiento pierde energía cinética radiándola en forma de ondas gravitacionales. Otro ejemplo, a escala macroscópica ningún choque elástico es perfectamente elástico, siempre hay energía disipada en forma de sonido, calor, etc.

Saludos.

Pedro MascarósPedro Mascarós

¡Gracias, Pelau! A ver si puedo leer lo que me dejas… Estoy desbordado de trabajo y no puedo pensar en cosas serias. 🙂

Pedro MascarósPedro Mascarós

Vale, vale, vale; ok, leído, claro…obviamente, si el sistema de ecuaciones que te solucionan la papeleta, tiene una o varias incógnitas que no se pueden despejar si no es con aproximaciones, pues no hay más de qué hablar, obviamente hay una impredecibilidad intrínseca; tratándose de sistemas dinámicos, pues a más tiempo, más desviado de la realidad. Y esto va a ser así mientras, o bien descubramos otra forma de aritmetizar que no sea solo matemática, o bien cambiando de variables a determinar.

Es extraordinariamente contraintuitivo que a nivel clásico, con todo perfectamente determinado, y con el contexto completamente cerrado (ni disipaciones ni entrada de ruido), uno no pueda predecir hasta el final de los tiempos.

Nota: Es curioso, pero todo esto…ya lo sabía…uno va olvidando y la intuición te va fallando…

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