Francis en pArAdigmA: La Física en tres paradigmas

Por Francisco R. Villatoro, el 16 marzo, 2020. Categoría(s): Ciencia • Colaboración externa • Física • Noticia CPAN • Physics • Recomendación • Science ✎ 43

Te recomiendo leer mi pieza «La Física en tres paradigmas» en el número 23 (marzo 2020) de la revista pArAdigmA [PDF Google Drive]. Por supuesto, también te recomiendo el resto de los artículos, a cada cual más interesante. La revista Paradigma está editada por Cristina Consuegra Abal, Antonio Heredia Bayona y José J. Reina Pinto, y el número de marzo de 2020 coeditado por Antonio Diéguez Lucena y Francisco Martínez González. Se publica en la web de la Universidad de Málaga, pero con la situación actual de autocuarentena y de distanciamiento social se ha adelantado su publicación vía un PDF en Google Drive.

«Me han pedido que presente algunos paradigmas abiertos de la Física; todo un oxímoron. Thomas S. Kuhn, doctor en Física por la Universidad de Harvard en 1949, introdujo el concepto de paradigma en 1959, cuando ya era profesor de Historia de la Ciencia en la Universidad de California en Berkeley. Un paradigma kuhniano es un problema, o una aplicación, que es ejemplar o paradigmático, cuya resolución permite que los científicos jóvenes se entrenen a la hora de atacar por su cuenta otros problemas candentes que aún están abiertos. El concepto de paradigma se popularizó gracias a su libro La estructura de las revoluciones científicas (1962), aunque recibió un gran número de críticas porque su definición no era rigurosa; de hecho, la prosa ligera de esta obra, que se lee como una novela, desagradó a muchos filósofos, pero la encumbró como best seller absoluto entre los libros de filosofía del siglo XX».

«El propio Kuhn renegó de los términos «paradigma» y «revolución científica» que le hicieron famoso; ni siquiera menciona estos términos en su magna obra La teoría del cuerpo negro y la discontinuidad cuántica 1894–1912 (1978), sobre el papel de Planck en el nacimiento de la física cuántica. A pesar de ello la influencia kuhniana sobre la filosofía de la ciencia contemporánea me obliga a aceptar el reto. Como hay incontables paradigmas en la física actual, me limitaré a presentar tres paradigmas vigentes que se entroncan en la magna obra de Albert Einstein durante la primera mitad del siglo XX».

Os copio más abajo el mío, pero os recomiendo la lectura de todos los artículos de este número de pArAdigmA. Podéis leer el resto de números de esta revista cultural en Paradigma en RIUMA.

«Cosmología

La cosmología física nació en 1917, pues hasta entonces la cosmología era parte de la filosofía. La teoría general de la relatividad de Einstein permitía describir el universo en su conjunto, algo imposible con la física newtoniana. En aquella época se pensaba que todo el universo estaba formado por nuestra galaxia, la Vía Láctea, siendo estático y eterno. Por desgracia, la teoría de Einstein predecía un universo dinámico con un origen en el tiempo; tenía que existir algo nuevo que lo evitara, que permitiera ajustar la teoría a las observaciones. Einstein introdujo la llamada constante cosmológica que antigravita y compensa la expansión cósmica. Pero en la década de los 1920 se descubrió la existencia de otras galaxias y que las más lejanas se alejaban de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia. Así se desveló la ley de la expansión cósmica de Hubble–Lemaître, confirmando la predicción teórica de la cosmología relativista; la constante cosmológica pasó a ser contingente.

El universo estaba en expansión y tenía un origen en el tiempo. Siendo más pequeño en el pasado, tuvo que estar más caliente, así que su contenido sufrió diferentes transiciones de fase. La primera reconocida como tal fue la recombinación, que finalizó cuando el universo tenía unos cuatrocientos mil años, la transición de fase de un plasma primordial opaco a la luz a un gas de átomos transparente a la luz. Durante la década de los 1940 se desveló la segunda transición de fase, la nucleosíntesis primordial, que finalizó cuando el universo tenía unos diez minutos; en ella se formaron los primeros núcleos atómicos a partir de un plasma primordial que contenía protones y neutrones libres. Así nació la teoría del big bang, cuyo nombre fue acuñado por Hoyle en 1949. Hasta finales de la década de los 1960 no se introdujo una tercera transición de fase, la bariogénesis, que dio lugar a la formación de los protones y neutrones a partir de un plasma de quarks y gluones. Profundizar en transiciones de fase más tempranas requiere especulaciones científicas; por ejemplo, todavía no hemos desvelado los detalles del mecanismo de asimetría entre la materia y la antimateria que dio lugar a un universo dominado por bariones, sin antibariones observables; sabemos que se requiere asimetría CP, pero el modelo estándar de la física de partículas no presenta la cantidad suficiente para explicar las observaciones.

A finales de los 1970 la cosmología física se enfrentaba a gran número de problemas, siendo el más acuciante que el universo formado por materia bariónica era más joven que las estrellas más viejas. La inflación cósmica fue la solución necesaria; se abandonó la teoría del big bang caliente y se abrazó la del big bang inflacionario. Además, fue necesario asumir que el 80% de la materia del universo no es bariónica, sino que está formada por partículas aún no descubiertas, la llamada materia oscura. Aun así, la tasa de expansión cósmica estimada mediante observaciones cada vez más precisas sugería un universo más joven de lo aceptable; tratando de resolver este problema, a finales de la década de los 1990 se desveló que la expansión cósmica se estaba acelerando. Casi el 70% del universo estaba formado por una nueva sustancia llamada energía oscura, que aparentaba ser descrita por la constante cosmológica de Einstein.

El modelo cosmológico de consenso ΛCDM nació con el siglo XXI y promete dominar la cosmología durante todo este siglo. Con solo seis parámetros permite describir todo el universo a gran escala; un impresionante poder predictivo para una teoría que está confirmada fuera de toda duda por todas las observaciones cosmológicas de precisión. Sin embargo, ignoramos gran parte de la física que subyace a este modelo. Más de la mitad de la materia bariónica aún no ha sido observada, aunque creemos que se encuentra en la llamada web cósmica. Ignoramos la naturaleza microscópica de la materia oscura, que bien podría ser el hipotético axión predicho por la extensión más sencilla del modelo estándar, o bien podría ser una combinación de muchas otras partículas aún no descubiertas. También ignoramos la naturaleza microscópica de la energía oscura, quizás el mayor problema al que se enfrenta la cosmología física en el siglo XXI. Y, finalmente, ignoramos los detalles dinámicos de la inflación cósmica, que quizás estén relacionados con los otros problemas.

¿Cambiará el paradigma del modelo ΛCDM durante el siglo XXI? Quién sabe, pero, en mi opinión, todo apunta a que este modelo tan joven sobrevivirá hasta el siglo XXII. ¿Seremos capaces de resolver en el siglo XXI todos los misterios que nos reserva la naturaleza microscópica de este modelo? No lo creo, pero intentarlo será apasionante. En las próximas décadas nos ayudarán mucho los telescopios espaciales especializados en observaciones cosmológicas; aprenderemos muchas cosas, pero quizás no sean suficientes».

«Física de partículas

A principios del siglo XX la existencia de los átomos era una especulación científica. Gracias al nacimiento de la radioactividad y a la explicación del movimiento browniano por parte de Einstein se desveló que existían los átomos fuera de toda duda. Un hecho que vino acompañado por la
existencia de dos partículas aún más fundamentales que los átomos, el electrón y el fotón, este último gracias a los trabajos de Einstein. En la segunda década del siglo XX se confirmó que los átomos estaban formados por electrones y protones en sus núcleos, pues no fue hasta principios de la década de los 1930 cuando se desveló que también contenían neutrones. Esta década se abrió con el descubrimiento de la antimateria en los rayos cósmicos; el positrón, la antipartícula de electrón, fue la primera de muchas nuevas partículas que se fueron descubriendo hasta principios de los 1960. Solo entonces se empezó a comprender las leyes de la Naturaleza que rigen el comportamiento de las partículas fundamentales.

El modelo estándar de la física de partículas nació en 1973 con solo dos generaciones de partículas; la tercera se predijo a finales de 1974 porque faltaba asimetría CP y se confirmó en 1977. Las partículas fundamentales se pueden clasificar en dos tipos, fermiones y bosones. Los fermiones  del modelo estándar son de dos tipos, leptones y quarks. Hay leptones cargados, como el electrón y el muón, y leptones neutros, como los neutrinos. Y hay quarks de dos tipos según su carga eléctrica fraccionaria, tipo arriba y tipo abajo, aunque solo se pueden observar de forma indirecta, como parte de los hadrones (bariones y mesones), pues no existen como partículas libres. Los bosones también son dos tipos, vectoriales de espín uno y escalares de espín cero. Los bosones vectoriales están asociados a las tres interacciones gauge fundamentales observadas a baja energía, el electromagnetismo (QED), la interacción débil (EW) y la interacción fuerte (QCD). El fotón (bosón gauge QED), el cuanto electromagnético concebido por Einstein que le dio el Premio Nobel de Física, no tuvo una descripción teórica precisa hasta 1949. Los primeros indicios de la existencia de los bosones vectoriales débiles (bosones gauge EW) aparecieron en 1973, pero no se observaron hasta 1983. Los gluones (bosones gauge QCD) se observaron por primera vez, de forma indirecta, en 1977.

El modelo estándar exige la existencia de una cuarta interacción fundamental, responsable de la masa de todos los fermiones, llamada interacción de Yukawa; sin embargo, no es una interacción gauge mediada por un bosón vectorial, sino que está mediada por un bosón escalar descrito por el campo de Higgs. Esta interacción se observó de forma indirecta desde mediados de los 1980 tras la determinación de la masa de los bosones vectoriales débiles, pero la partícula asociada a este campo no fue descubierta hasta el siglo XXI.

Se ha afirmado muchas veces que, tras el anuncio del bosón de Higgs en 2012, el modelo estándar de la física de partículas está completado y que solo falta la medida de alta precisión de sus parámetros. En rigor no es cierto, pues hay muchos problemas internos del modelo estándar cuya solución más sencilla exige la existencia de nuevas partículas aún no observadas; como el axión QCD, un nuevo bosón escalar propuesto para explicar por qué no se ha medido aún el momento dipolar eléctrico del neutrón, o los monopolos magnéticos, predichos por las teorías gauge que describen las interacciones débil y fuerte, o incluso los neutrinos de quiralidad derecha, necesarios para explicar la masa de los neutrinos mediante el mecanismo de Higgs si son fermiones de Dirac como los electrones. El siglo XXI se ha iniciado con una búsqueda intensa de estas nuevas partículas, cuya incorporación al modelo estándar será trivial, tanto que auguro que se seguirá llamando modelo estándar a la versión extendida que las incorpore.

La exploración intensa de la física fundamental debe continuar a bien ritmo durante todo el siglo XXI. El modelo estándar de la física de partículas aún no ha cumplido cincuenta años, pero necesita ser extendido para explicar todas las observaciones. Problemas como la naturaleza microscópica de la materia oscura, la dinámica de la inflación cósmica, el problema de la estabilidad del universo debido a la baja masa del bosón de Higgs, entre otros muchos, exigen ir más allá del modelo estándar. Se han propuesto muchas extensiones del modelo estándar, pero la más sencilla es la incorporación de una nueva simetría, la supersimetría a baja energía. Esta idea tiene muchos detractores, pues predice cientos de nueva partículas aún por descubrir, y tras una búsqueda muy intensa desde principios de los 1990, aún no ha sido observada ni siquiera de forma indirecta. La belleza de las teorías supersimétricas, fuera de toda duda, sugiere su existencia a alta energía, donde puede resolver los problemas asociados a los primeros instantes del big bang inflacionario; pero su papel en la solución de los problemas que observamos a baja energía no está claro. Por ello hay otras soluciones más ajustadas a las observaciones a baja energía que podrían protagonizar un cambio de paradigma desde el modelo estándar hacia un nuevo modelo estándar extendido.

¿Qué nos deparará el siglo XXI en física de partículas? Durante el siglo XX el motor de nuestro conocimiento han sido los descubrimientos inesperados de nuevas partículas, quizás siga siendo así durante este siglo. ¿Qué pasará si en el siglo XXI no se descubre ninguna nueva partícula? La física newtoniana nació a mediados del siglo XVII y se mantuvo firme hasta principios del siglo XX; quizás el joven modelo estándar se mantenga firme durante varios siglos. Lo que está claro es que hay multitud de misterios en física fundamental que tenemos que resolver. En las próximas décadas necesitamos la construcción de nuevos colisionadores, tanto los que busquen partículas a escalas de energía más altas, como los que exploren con mayor precisión la física de las partículas ya conocidas. Además, necesitamos jóvenes físicos teóricos que ofrezcan nuevas ideas que nos guíen hacia los secretos de la Naturaleza. Quizás necesitemos varios siglos, pero la humanidad encontrará las respuestas que aún nos acucian».

«Teoría de todo

La gran obra de Einstein queda ensombrecida por su desesperada e infructuosa búsqueda de una teoría unificada final, una teoría de todo. Muchos físicos aspiran a que esta futura teoría explique todo el contenido del universo, descrito por el modelo estándar y sus extensiones, si son necesarias, así como todo su continente, la naturaleza microscópìca del espaciotiempo y las modificaciones de la gravitación, si son necesarias.

El siglo XX nos brindó dos de las teorías más bellas de toda la física, la teoría de la relatividad general que describe la gravitación y la teoría cuántica de campos que describe las otras cuatro interacciones fundamentales. Además nos brindó una conexión íntima entre ambas a muy alta energía. En la escala de energía de Planck (mil billones de veces superior a la que explora el LHC del CERN) las partículas se transforman de forma espontánea en agujeros negros microscópicos y dichos agujeros negros se evaporan en chorros de partículas. La misma naturaleza del espaciotiempo se diluye en una especie de espuma cuántica, impidiendo usar la noción de partícula localizada en el espaciotiempo. Esta unión íntima entre la gravitación y el resto de las interacciones fundamentales es especulativa, aunque es la luz que nos guía en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravitación como nuevo paradigma.

La búsqueda intensa de una teoría de todo de inició a finales del siglo XX y se ha encontrado con dos grandes problemas. Por un lado, ignoramos el lenguaje matemático adecuado para describirla; se han propuesto varias extensiones sencillas de los usados en la física de partículas y en la gravitación, pero todo indica que se necesita un nuevo lenguaje matemático aún por descubrir. Y, por otro lado, siendo una teoría que describe el universo a la mayor escala de energía concebible, la escala de Planck, tan alejada de las escalas de energía que podemos explorar en nuestros experimentos, las propuestas actuales son incapaces de realizar predicciones generales a muy baja energía.

Mientras no tengamos indicios observacionales que nos guíen, nuestro único adalid será la belleza de la formulación matemática de la teoría; por desgracia, el pasado demuestra que la belleza per se nos puede conducir a caminos erróneos. ¿Se vislumbra la teoría de todo en el siglo XXI? Muchos lo deseamos, pero la realidad apunta a que faltan siglos. Aún así, ahora mismo debemos disfrutar de los jóvenes paradigmas de la Física que hemos heredado del siglo XX».



43 Comentarios

  1. Gran artículo Francis, como siempre.

    «El siglo XX nos brindó dos de las teorías más bellas de toda la física, la teoría de la relatividad general que describe la gravitación y la teoría cuántica de campos que describe las otras cuatro interacciones fundamentales.»

    ¿Puede que haya un error cuando indicas que aparte de la gravitación hay cuatro interacciones fundamentales más? ¿O se incluye la quintaesencia?

    1. Yeil, incluyo la interacción de Yukawa mediada por el campo de Higgs, que es una interacción fundamental, aunque no sea una interacción gauge. No te confundas, se decía que había solo 4 interacciones fundamentales antes del anuncio del bosón de Higgs en 2012, pero desde entonces no es correcto decir que solo son interacciones fundamentales las 4 interacciones gauge.

      1. Hola Jaime, la expansion metrica es una prediccion de la rg, pero existen otros factores explicativos, al menos teoricamente, del desplazamiento al rojo, y puesto que ni estos se pueden descartar fehacientemente ni las pruebas indirectas que se hsn intentado para probar observacionalmente la expansion del universo son cien por cien concluyentes, entonces debemos aceptar que la expansion del universo es solo la explicacion mas verosimil de los desplazamientos al rojo, por otro lado q la inmensa mayoria de los cosmologos crean en la realidad de la expansion no mejora su estatus, al igual q disponer de cinvo copias de in mismo paper no mejora la cantidad de conocimiento que adquieres. Hace 150 años la inmensa mayoria de los fisicos creian en el eter, y la cosa ya sabemos como termino.

        En fin, reitero mi opinion de que es como minimo ironico afirmar que el paradigma lcdm esta confirmado fuera de toda duda cuando esta construido en base a dos parches como la materia oscura y la energia oscura o quintaesencia: del primero no sabemos nsda, y del segundo sabemos menos que nada.

        Lcdm tiene dos puntos fuertes, ls explucacion de la (supuesta) expansion del universo y del fondo cosmico, y en este ultimo caso a pesar del patinazo de gamow, que ni predijo el valor de la temperatura ni de sus anisotropias (no importa, siempre se puede recauchutar!). En la explicacion de las abundancias de elementos y de la formacion de estructuras y galaxias el modelo es lojo, requiriendo mucho subparcheo para reacomodar datos experimentales. En cuanto a problemas abiertos, por solo citar los mas gruesos, se pueden citar el periodo inflacionario (otro parche, un bonito paradigma aun en busca de su teoria), la antimateria y la edad del universo, y ninguno de ellos tiene visos de poder resolverse de forma satisfactoria en la presente situacion.

        Ldcm … ¿un modelo realmente tan robusto como presume?

  2. El paradigma cosmológico en realidad es una ciencia histórica, intenta relatar el porqué del universo que vemos ahora, e inevitablemente por ello está ligado a la abducción, que es el modo menos fiable de inferencia científica, porque no presenta ni la inevitabilidad lógica de la deducción ni la confortable incertidumbre de la inducción en contextos uniformes. La abducción es un modo de inferencia controvertido, en el que a un efecto observado (supuesta expansion del Universo) se le asocia una causa probable (gran explosión). En este contexto, decir que una teoría basada en la abducción está confirmada fuera de toda duda es una barbaridad lógica, y máxime, como ocurre en el modelo lambda-cdm, cuando introduce múltiples nuevos conceptos para «redondear la credibilidad de la historia». De lambda-cdm lo máximo que se podría decir es que es un modelo que está «mas cerca de la verdad» que otros modelos cosmológicos alternativos, y aún esto sería materia de discusión si se tienen en cuenta todas las tensiones que soporta actualmente el modelo y para las que no se vislumbran en estos momentos soluciones de continuidad que no estén basadas en el fácil reacomodo de los datos discrepantes.

    Francis, opino que haces una gran labor de divulgación, pero creo que en ocasiones deberias ser mas riguroso a la hora de plantear ciertos temas en los que la evidencia científica no es concluyente.

    1. Dice Jesús: «La abducción es un modo de inferencia controvertido, en el que a un efecto observado (supuesta expansion del Universo) se le asocia una causa probable (gran explosión). En este contexto, decir que una teoría basada en la abducción está confirmada fuera de toda duda es una barbaridad lógica, y máxime, como ocurre en el modelo lambda-cdm […]»</i».
      Lo que es una verdadera barbaridad lógica es suponer que esto que dices tiene alguna, aunque sea pequeña, relación con el modelo ΛCMD o con la teoría del big bang. No la tiene: la expansión del universo es una predicción de la teoría de la relatividad que se ha visto confirmada innumerables veces, por lo que ningún cosmólogo duda de ella. O sea, la
      ‘causa probable’ de la expansión es la relatividad general, no la gran explosión, que ni siquiera hace parte del modelo. Así las cosas, antes de despotricar contra la cosmología, sería deseable que te enteraras de qué va el asunto y, de paso, que investigaras lo que significa la locución solución de continuidad.

    2. Tras las 228 palabras pomposas y pedantes de Jesús no hay nada aprovechable, salvo la constatación de que nada en absoluto sabe de Cosmología: o dicho de otra manera, que ha venido a aparentar sapiencia aunque no tiene ni pajolera idea de lo que está hablando.
      Venir a una web de Ciencia y soltar comentarios farragosos mezclando casi al azar palabras de Ciencia sin ton ni son no te hacen parecer sabio, lo único que permite constatar es tu ignorancia en Ciencia y tu pobre dominio de la lengua castellana.
      Mejor ve a comentar en forocoches o similar, en donde tus «cuñadeos» sí serán aplaudidos y jaleados por gente de tu mismo bajo nivel en Ciencia.

    3. Jesús:

      Que en tu comentario utilices términos como «abducción» (?), que hables de «redondear la credibilidad de la historia» (??!!) o de estar «más cerca de la verdad» (?????!!!!!!) me llama mucho la atención. Solo el hecho de que menciones la «verdad», me deja la sensación de que no solo no tienes nociones claras de lo que trata la Cosmología, sino que ni siquiera comprendes bien de qué va la ciencia.

      Creo que un lugar más adecuado para tus inquietudes está en los foros de religión, metafísica o filosofía. Creo que para opinar aquí con rigor (el mismo rigor que exiges a otros), antes deberías entender mejor de qué va el modelo ΛCMD o la teoría de la Relatividad General.

      SalU2

      1. Sagutxo, yo diría que el concepto de «verdad» es básico en la ciencia, ya que el método científico consiste precisamente en la «verificación» observacional. Por ejemplo, dos verdades descubiertas por la ciencia son que estamos hechos de átomos y que los continentes se mueven.

  3. Rawandi: que estamos hechos de átomos o que los continentes se mueven no son «verdad» ni «mentira». Son hechos probados, que nos sirven para construir modelos de la realidad y tratar de entenderla. Pero no existe tal cosa como verdades absolutas. De hecho, no puedes decir que estamos hechos de átomos en sentido estricto. Si entras en detalle, podrías decir que estamos hechos de quarks, o mejor aún de campos. De echo, un átomo es una estructura de la materia bastante compleja, compuesta de elementos más fundamentales. Pero ni eso podría decir que es verdad, es tan solo un modelo de la realidad basado en una serie de hechos obtenidos mediante la experimentación y contrastados. Pero nuevos hechos o experimentos podrían dar lugar a un modelo más detallado, o diferente.

    No existen verdades absolutas en ciencia, aunque si en religión. En ciencia tan solo son «verdades» provisionales, hechos probados que sirven para construir aproximaciones o modelos que describen la realidad, pero que no son inmutables, es algo dinámico. Esos modelos pueden ser cambiados, o refinados, a la luz de nuevos datos. Así que el concepto coloquial, o teológico, de «verdad», no es de aplicación en ciencia, ni es lo que se persigue. Eso de la verdad se lo dejamos a los filosofetes y curas. Y a cuñados.

    1. «que estamos hechos de átomos o que los continentes se mueven no son “verdad” ni “mentira”. Son hechos probados»

      Si realmente crees que los «hechos probados» no cuentan como «verdades», entonces tu concepto de verdad está rotundamente equivocado. Consulta el diccionario y comprobarás que el vocablo ‘verdad’ no tiene el significado «teológico» que tú te empeñas en atribuirle.

      «no puedes decir que estamos hechos de átomos en sentido estricto.»

      ¿Por que no iba a poder hacer esa afirmación, si tú mismo reconoces que se trata de un «hecho probado»? Todos los divulgadores científicos insisten en afirmar que estamos hechos de átomos. Y lo dicen porque es verdad.

      1. Dice Rawandi:
        «Si realmente crees que los “hechos probados” no cuentan como “verdades”, entonces tu concepto de verdad está rotundamente equivocado. Consulta el diccionario y comprobarás que el vocablo ‘verdad’ no tiene el significado “teológico” que tú te empeñas en atribuirle.»

        Sí que lo tiene:

        Del DRAE: Verdad – Conformidad de las cosas con el concepto que de ellas forma la mente.

        Desde el punto de vista científico, no hay ninguna forma de establecer que algún modelo se corresponde exactamente con la realidad. Lo anterior implica que podemos establecer que un modelo sea falso, pero no que sea verdadero. De ahí que no exista la verdad científica o, como bien lo anota Francis, que la verdad científica sea un oxímoron.

        1. Jaime, como ya he señalado, es una verdad científica que existen los átomos. El mismo Francis reconoce en su artículo que, gracias al trabajo científico, la existencia de los átomos quedó establecida «fuera de toda duda» a principios del siglo XX. Por tanto, la expresión «verdad científica» no constituye ningún oxímoron.

          1. «Jaime, como ya he señalado, es una verdad científica que existen los átomos.»
            Rawandi, como ya he señalado, no existe la verdad científica.

            «El mismo Francis reconoce en su artículo que, gracias al trabajo científico, la existencia de los átomos quedó establecida “fuera de toda duda” a principios del siglo XX. Por tanto, la expresión “verdad científica” no constituye ningún oxímoron.»
            Pues, discúteselo a Francis, que es quien afirma que la verdad científica es un oxímoron.

          2. «discúteselo a Francis, que es quien afirma que la verdad científica es un oxímoron.»

            Seguramente Francis ya se habrá arrepentido de haber afirmado eso. Espero que él nos lo aclare.

  4. Ejem… Mira Rawandi, como ya conocemos tu «nivel» en intervenciones anteriores en temas tan «científicos» con comentarios sobre el alma humana (ciencia de la buena) o el negacionismo climático (más ciencia de la buena), aparte de ser muy aficionado a la retórica pedante y vacua, ni me voy a molestar en argumentar. Te considero un caso perdido. Te dejo algo para que te entretengas, que te veo siempre con tiempo para perder de sobra… 🙂

    https://www.forbes.com/sites/paulmsutter/2019/10/27/science-does-not-reveal-truth/

    1. Dice Sutter: «A medida que adquirimos nueva información o nuevos datos, tenemos que actualizar todas nuestras creencias. ¿Y cómo puede ser verdadera una creencia si está sujeta a cambios en cualquier momento?»

      Sutter tiene una idea errónea de lo que es la ciencia. En realidad, muchas creencias científicas ni están «sujetas a cambios en cualquier momento» ni necesitarán jamás ser actualizadas. Tanto el movimiento de los continentes como la existencia de los átomos constituyen verdades científicas no susceptibles de verse afectadas por ningún descubrimiento futuro.

      1. La verdad es la correspondencia entre la realidad y las ideas que tenemos de ella. Así las cosas, el que la existencia de átomos sea verdadera significaría que nuestra idea de lo que es un átomo se corresponde exactamente con lo que existe en la realidad. ¿Podemos decir que la idea que tenemos actualmente de átomo se corresponde exactamente con la realidad y que, por lo tanto, no está sujeta a cambios ni requerirá nunca de ser modificada? La evolución del modelo de átomo en los últimos 150 años nos dice que no.

        1. «el que la existencia de átomos sea verdadera significaría que nuestra idea de lo que es un átomo se corresponde exactamente con lo que existe en la realidad.»

          No, tu argumento es obviamente incorrecto, ya que confunde existencia de un objeto con la cuestión bastante distinta de las características que le hayan sido asignadas en un momento dado. Por ejemplo, los aristotélicos negaban que la Luna estuviera hecha de roca, pero reconocían como una verdad la existencia de la Luna.

          1. «No, tu argumento es obviamente incorrecto, ya que confunde existencia de un objeto con la cuestión bastante distinta de las características que le hayan sido asignadas en un momento dado.»
            No, no, no: la única manera de determinar la existencia de algo es estableciendo que existe algo con las características que le han sido asignadas ese algo. Así que si de buenas a primeras se decide un átomo ya no tiene las características que se suponía que tenía, la determinación de su existencia realizada con base en las características anteriores deja de tener efecto. Así las cosas, suponer que los átomos existen independientemente de las características que les asignemos es metafísica pura y dura.

          2. «suponer que los átomos existen independientemente de las características que les asignemos…»

            Yo no estoy suponiendo eso. Tú has hablado de la «evolución del modelo de átomo». Es evidente que esa expresión implica que algunas características de los modelos atómicos han debido cambiar (evolución = cambio) mientras que otras características han debido conservarse (por eso la secuencia evolutiva está constituida únicamente por «modelos de átomo»). Pero desde el momento en que, como dice Francis, la existencia de los átomos quedó establecida «fuera de toda duda», los cambios que afecten al modelo atómico ya no podrán afectar a la verdad de la existencia de los propios átomos.

  5. Todos esos paradigmas que citas en realidad son contradicciones lógicas que racionalmente no se pueden explicar. Se trata de contrasentidos, paradojas, absurdos matemáticos, infinitos, referencias circulares o, en un plano más físico, singularidades o indeterminaciones.

    Un ejemplo evidente de estas contradicciones lógicas sin solución o posibilidad de explicación sería el big bang, aunque un razonamiento similar se podría aplicar a todas las demás. No hay forma ni manera de poder explicar utilizando el método científico las cosas o conceptos que quedan fuera del espacio tiempo.

    Dejando al margen la inutilidad de aumentar la precisión de nuestros equipos de medida, para explicar cosas que en realidad no se pueden medir ni cuantificar, supongo que cuando hablas de nueva física o nuevas matemáticas, te refieres a alguna especie de revelación divina o algo similar, no?

    1. Tiolavara, lo siento, pero la teoría del big bang es la teoría que describe cómo cambia el contenido del universo (sus transiciones de fase) conforme se expande el espaciotiempo; quien opine que la teoría del big bang es sobre el origen (periodo preinflacionario) no tiene ni idea de cosmología.

      Por otro lado, no entiendo tu crítica a la ciencia en tu primera frase. No hay «contradicciones lógicas» en la ciencia. Tu opinión puede ser que hay «contrasentidos, paradojas, absurdos matemáticos, infinitos, …» pero es una opinión basada en una supina ignorancia. Quizás deberías estudiar ciencia en lugar de dar la vara por dar la vara.

      1. No hay contradicciones lógicas?.

        Porque entonces sabiendo como sabemos que el espacio tiempo forman una unica entidad, matemáticamente el tiempo siempre es una variable dependiente?

        Podrá el advenimiento de ese ente abstracto o hipotético que llamas nueva física, sin dejar de serlo, arreglar esto?

        1. Tiolavara:

          No hay contradicciones lógicas, quien te dijo eso te ha mentido. Adivino que lo habéis leído en algún lugar, pues nadie que haya estudiado física básica puede escribir tantas sandeces; asumo entonces que nunca has intentado leer un libro de física de verdad.

          Las ecuaciones fundamentales que describen el espaciotiempo (las ecuaciones de campo de Einstein) son E_μν = T_μν , donde E_μν es el tensor de Einstein en cuatro dimensiones y T_μν es el respectivo tensor de energía-momento. Como puedes ver, las ecuaciones son completamente covariantes, decir: «se trata al tiempo diferente que al espacio» es una estupidez. Aún más claro, en espaciotiempo plano (por si sigues sin ser capaz de ver tu error), la indistinguibilidad del espacio y el tiempo es una consecuencia de la constancia de la velocidad de la luz, c=(x/t) => x=ct.

          Algunos comentarios para evitar confusiones en los lectores de Francis:

          -Las transformaciones de Lorentz https://es.wikipedia.org/wiki/Transformaci%C3%B3n_de_Lorentz son, ante todo, una afirmación sobre la igualdad del espacio y el tiempo.

          -La construcción de diagramas de espaciotiempo es una herramienta para entender aspectos cualitativos de la relatividad especial que se fundamenta en la geometría que da lugar la constancia de la velocidad de la luz. Comparto un video ilustrativo al respecto https://www.youtube.com/watch?v=Rh0pYtQG5wI

          Saludos.

          1. Gracias por tu sabiduría. Efectivamente me lo dijo mi cuñada que lo leyó en el pronto en la peluquería.

          2. Muchas gracias Ramiro por las excelentes aportaciones que realizas en tus comentarios en esta web. Son un complemento excelente a los posts de Francis.
            Saludos cordiales.

          3. Gracias por sus palabras Albert.

            Este sito es maravilloso por comentaristas como usted, siempre aportando ideas y noticias interesantes. Me llena de alegría compartir el contenido de este blog con personas tan apasionadas por la ciencia.

            Lo mejor para usted.

  6. Francis, comentas que la belleza nos ha guiado a veces erróneamente. ¿Te viene a la mente algún ejemplo de teoría muy bella que haya resultado falsa?

    Me ha gustado mucho tu artículo (como todo lo que haces).

    Un saludo.

    1. Estimado Pedro:

      Recuerde que el concepto de belleza es subjetivo. Pero hay muchos ejemplos que se pueden mencionar al respecto de su pregunta.

      La teoría del calórico y la hipótesis del éter Maxwelliano eran ideas predictivas en algún nivel y que resultaron ser falsas; la teoría del calórico es aún útil para ganar intuición sobre la propagación del calor. Otro ejemplo más filosóficos son el principio cosmólogico perfecto y la conservación cuántica de la simetría de paridad.

      Me gustaría destacar mis ejemplos favorito: los modelos duales, el principio de democracia nuclear y el «S-matrix bootstrap» como ideas parcialmente predictivas como candidatos a describir la interacción nuclear fuerte; era una idea seductora pensar que la imposición de restricciones de consistencia a la matriz S fijaría completamente la dinámica de las fuerzas nucleares, sobra escribir que esta esperanza nunca se materializó.

      Relacionado: https://francis.naukas.com/2012/12/09/nota-dominical-la-curiosa-historia-de-la-cromodinamica-cuantica-qcd/

      Saludos Pedro.

  7. Me ha gustado mucho la frase: «La física newtoniana nació a mediados del siglo XVII y se mantuvo firme hasta principios del siglo XX; quizás el joven modelo estándar se mantenga firme durante varios siglos». Vaya manera elegante de refutar a las personas que pregonan el (a todas luces falso) estancamiento de la física teórica.

    Una observación: Francis ha informado de manera objetiva la ausencia de una formulación completa de «la teoría del todo», con modelos precisos y fundamentada en principios; sin embargo me permito destacar un aspecto fascinante sobre la relación entre la teoría de cuerdas con la mecánica cuántica La validez fundamental de estas última.

    El paradigma de la teoría de cuerdas implica la validez de los principios de la mecánica cuántica/teoría cuántica de campos (linealidad, unitareidad, la regla de Born etc.) a toda escala de energía, la presencia de estados tipo gravitón no produce modificaciones de principio a los fundamentos de la mecánica cuántica. Esto es una hermosa sutileza que no es a priori obvia; muchos grandes «relativistas clásicos» (como Hawking, Penrose, DeWitt etc.) no tenían clara la posibilidad de esta clase de armonía. Esto me parece digno de mención, pues es un ejemplo de un paradigma (los principios de la mecánica cuántica) que podría ser potencialmente correcto a toda escala de energía y como jamás dejará de ser un campo de investigación interesante por sus posibilidades en nuevos niveles y consecuencias en la física ya establecida.

    -Un post donde Francis explica la teoría de cuerdas como paradigma: https://francis.naukas.com/2015/04/30/francis-en-la-fabrica-de-la-ciencia-la-teoria-de-cuerdas-y-supercuerdas/
    -Un colorido y muy romántico post de Luboš Motl sobre las consecuencias de la mecánica cuántica en la teoría de cuerdas https://motls.blogspot.com/2018/09/why-string-theory-is-quantum-mechanics.html

    Un artículo brillante Francis, muchas gracias.

  8. Francis,
    Cómo es esto de que la constante cosmológica antigravita y compensa la expansión. ¿Lo que antigravita no refuerza la expansión? Tal vez me perdí de algo. Un abrazo desde Argentina. Nunca comento pero te leo siempre. Me fascina todo lo que escribís de física y cosmología, pero también la parte bioquímica.

    1. Caesar, la gravitación es una fuerza atractiva, luego va en contra de la expansión cósmica; para que la expansión se acelere es necesario introducir una fuerza repulsiva. La constante cosmológica positiva colocada en el miembro derecho de la ecuación de Einstein, que actúa como la llamada energía oscura, es una presión negativa con densidad de energía positiva que se comporta como una fuerza repulsiva, es decir, antigravita, acelerando la expansión.

        1. «Me confundió el “compensa la expansión”, entendí que eso implicaba frenarla»

          Caesar, yo he interpretado lo mismo que tú; entiendo que «compensar» un efecto requiere introducir otro efecto opuesto al primero. Siempre he pensado que Einstein introdujo la constante cosmológica no para «compensar la expansión» sino para «compensar la gravedad», es decir, como un contrapeso que evitaría el colapso gravitatorio del universo y lo mantendría estático.

          1. Rawandi:

            Einstein nunca trató de «compensar la expansión» porque no tenía evidencia experimental de un origen para el universo, tampoco introdujo la constante cosmológica para «compensar la gravedad» pues una constante cosmológica no nula no puede «cancelar el escalar de curvatura»; toma a los universos de de Sitter y anti de Sitter como ejemplos.

            La pregunta (y motivación) que históricamente llevó a Einstein a introducir la constante fue: ¿Puede una solución cosmológica a las ecuaciones de campo de Einstein ser estática si sólo tiene materia no relativista de energía positiva y presión aproximadamente nula? Estática es la palabra clave, no es importante si las desviaciones a esta eran rotación, contracción, expansión etc. Sólo buscaba un universo estático.

            La respuesta a esta última pregunta es: no puede. Es fácil tener una intución en la aproximación Newtoniana de que porqué es así. Considera la ecuación de Poisson ΔΦ = (4πG) ρ y la segunda ley de Newton a = -∇Φ; si buscas un universo estático, requieres a=0, se sigue ∇Φ=0, entonces ΔΦ=0 y concluyes que ρ=0. De manera que ρ>0 es incompatible con a=0.

            Un saludo.

          2. «Einstein (…) tampoco introdujo la constante cosmológica para «compensar la gravedad» »

            ¿Estás seguro de eso, Ramiro? Porque todos los divulgadores científicos que yo conozco dicen lo contrario.
            Por ejemplo, el físico Javier Santaolalla explica en este vídeo que Einstein añadió la constante cosmológica como «una energía que equilibraría la fuerza de la gravedad» (1:12). Los verbos «equilibrar» y «compensar» son obviamente sinónimos.
            https://youtu.be/iTIogrb26dw?t=72

          3. Estoy bien seguro Rawandi.

            El video que compartes hace un gran trabajo divulgativo. Sus metáforas son buenas . En particular, es totalmente correcto decir que puedes añadir la constante cosmológica para «compensar la gravedad» y prevenir un big crunch. No problema.

            Sólo quiero señalar un punto que no creo que sea cuestión de semántica: Lo que buscaba Einstein al sumar Λ a sus ecuaciones fue algo más general que sólo «evitar un colapso», quería encontrar soluciones cosmológicas estáticas. Es una nimiedad, cierto; pero creo que la sutileza tiene contenido físico.

            En fin, no es importante discutir esto. Lo importante es que añadiendo el famoso término podéis encontrar soluciones con las características deseadas.

          4. «es totalmente correcto decir que puedes añadir la constante cosmológica para “compensar la gravedad” y prevenir un big crunch.»

            Entonces convendrás conmigo en que esta frase de Francis es incorrecta: «la llamada constante cosmológica antigravita y compensa la expansión cósmica». Dado que la constante cosmológica antigravita, su efecto se ejerce en el mismo sentido que el efecto de la expansión cósmica, lo cual implica que la constante cosmológica no puede «compensar la expansión cósmica». En realidad, tiene justo el efecto contrario: la constante cosmológica ‘descompensa’ la expansión cósmica, o sea, la acelera.

  9. (En el artículo, «Teoría deTodo..)
    …»Por un lado, ignoramos el lenguaje matemático adecuado para describirla; se han propuesto varias extensiones sencillas de los usados en la física de partículas y en la gravitación, pero todo indica que se necesita un nuevo lenguaje matemático aún por descubrir.»…

    Hola Francis y a los que siguen tu magnifico blog. Me gustaría informarme más profundamente sobre que «caracteristicas ¿¡debe!? ‘soportar’ ese nuevo lenguaje»…¿Qué «limitaciones» tiene el «lenguaje actual» de las matemáticas para «modelizar» esa teoria?.

    Gracias por todo. De nuevo.

    1. RLAller, ni idea, lo sabremos cuando lo descubramos. La limitación actual es que no sabemos describir los objetos que intuimos que son claves en la física descrita por la teoría. Por ejemplo, se intuye que no existe una formulación lagrangiana para las M5-branas, pues no sabemos escribirla y sabemos que existen teorías cuánticas de juguete sin formulación lagrangiana; por ello, no sabemos describir la dinámica de las M5-branas con las matemáticas actuales; pero quizás exista una formulación lagrangiana descrita con un lenguaje matemático aún por descubrir; o quizás haya que descubrir una nueva manera de describir la dinámica de objetos cuánticos sin formulación lagrangiana. Y así hay muchos otros ejemplos en la teoría.

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