Ni partícula de Dios, ni partícula del Diablo

Continúa la aparición de especulaciones paranoicas sobre el LHC en la red, algunas bastante pintorescas, otras muy rebuscadas pero que invitan a la reflexión. Entre otras razones porque se emplean argumentaciones que a mí me recuerdan mucho a los argumentos antrópicos que físicos que pasan por ser pragmáticos y poco dados a las filosofías, como Weinberg o Susskind, emplean para encajar teorías no demostradas como las de cuerdas con la cosmología.

Pero lo que más me llama la atención es el papel que se está dando al bosón de Higgs que a veces parece la partícula de Dios, y otras la del Diablo. Pero no es más que una simple y vulgar partícula, sea lo que sea eso, que no está claro qué son realmente las partículas. Si bien es muy importante para atar cabos dentro de lo que se conoce como Modelo Estándar, y por eso es tan importante verificar su existencia, no es nada especial.

En realidad se trata de una partícula asociada con el campo de Higgs. Uno de los problemas que se plantean al estudiar las interacciones fundamentales es que las partículas que actúan como mediadoras en la interacción nuclear débil no deberían de poseer masa, y realmente la poseen y bastante alta. Para explicar este hecho se recurre al campo de Higgs de modo que mediante un mecanismo de lo que se denomina de ruptura de simetría aporta masa a dichas partículas, así como al bosón de Higgs. Usando una analogía clásica que me imagino que no gustará mucho a los especialistas, podemos imaginar el campo de Higgs como un fluido que llena todo el espacio, y que los bosones de la interacción débil adquieren masa al arrastrar el fluido que se opone a su movimiento.

El descubrimiento del bosón de Higgs, únicamente explica la existencia del campo, y a partir de sus propiedades pueden deducirse propiedades de este último, pero para explicar la masa de todas las partículas habría que añadir más campos, o introducir modelos de campos más complejos. Y por supuesto existen modelos alternativos para explicar la masa de las partículas.

Si se dicen cosas como que un simple bosón es “la partícula de Dios” creo que nadie debería de rasgarse las vestiduras cuando Dan Brown o Iker Jiménez nos regalen delirantes interpretaciones de la física de las partículas o de otras teorías científicas.

Un físico que sí predijo la caída del Muro

Hoy que hay tanta solemnidad al respecto, salvo para recordar todos esos muros que hoy permanecen en pie de los que nadie parece acordarse, yo prefiero comentar algo más trivial, y a la vez más profundo. Pues sí, porque la duración máxima del muro, con un pequeño error fue predicho por un físico en 1969, y no por ningún analista político. Se trata de Richard Gott y podéis encontrar la anécdota comentada por él mismo en su estupendo libro Los viajes en el tiempo. Se basó en una aplicación del principio copernicano, o de mediocridad, tema que merece una o varias entradas, pues es apasionante.

Feynman

¿Por qué Feynman fue el más grande de su generación, tanto como científico como divulgador, y un auténtico genio?. Pues, porque era simplemente un “currante de la Física”.

Sonido generado aerodinámicamente

La Aeroacústica es la disciplina científica que estudia el sonido generado aerodinámicamente y como tal se puede considerar como una parte de la Mecánica de Fluidos. Como tal es una teoría general que parte de leyes físicas generales para desarrollar diferentes modelos que estudian la generación y propagación del sonido en fluidos. No obstante su desarrollo ha estado ligado durante décadas al desarrollo de métodos para la reducción de ruido en la industria aeronaútica lo que ha significado que la mayor parte de la investigación en este campo se ha desarrollado en el ámbito de la Ingeniería, y no de la Física Fundamental.

Sin embargo, desde el punto de vista teórico ha de considerarse como una parte fundamental de la Mecánica de Fluidos. Las ondas sonoras son un tipo de perturbación bastante general que se presenta en un fluido, y está asociada con una de las propiedades fundamentales de éstos, la compresibilidad. Por otro lado la propagación de las ondas sonoras puede describirse mediante un campo escalar que obedece a una ecuación bien estudiada por los matemáticos, y tiene una gran importancia heurística. Por ejemplo, existe una analogía entre la propagación de ondas sonoras en un fluido no homogéneo y la propagación de un campo escalar en un espacio-tiempo curvado en relatividad general.

En los manuales de Física, muchas menos veces de lo que se correspondería con una de las grandes ramas clásicas de la disciplina y con múltiples aplicaciones, se trata la Acústica Clásica. Se introduce la ecuación de propagación de ondas sonoras, y se ignora por completo la física de la generación de estas, salvo la introducción de alguno modelo ad hoc de fuentes puntuales, fórmulas empíricas y poco más. A veces se consideran también los fenómenos de propagación no lineales (para entendernos, cuando los medios de propagación son mucho más complejos porque hay varias capas y cosas similares).

Pero existe una teoría general de la generación aerodinámica de ondas sonoras, que fue desarrollada por un matemático aplicado británico, James Lighthill, allá por los años cincuenta del pasado siglo. Es este un personaje muy interesante, entre sus méritos está ser sucesor de Paul Dirac, y antecesor de Stephen Hawking, en la “cátedra de Newton”. Además de citar que se murió realizando una travesía a nado de unos cuántos kilómetros (no recuerdo sin en la costa de Gales o la isla de Mann) cuando ya era septuagenario. Pues bien, Lighthill formuló una teoría de la generación de ondas sonoras, pero también hizo importantes aportaciones al estudio de las ondas generales en fluidos, y la aplicación de la Mecánica de Fluidos a problemas biológicos, como la propulsión de los peces.

Su teoría se basa en un desarrollo matemático, y la introducción de una hipótesis física. El primero es ridículamente simple y se puede condensar en medio folio, y en esencia consiste en manipular las ecuaciones generales de los fluidos para obtener una ecuación que en su lado izquierdo presenta la forma de la ecuación para la propagación de las ondas clásicas, y a la derecha un término que actúa como fuente y daría cuenta de los fenómenos de generación. Lamentablemente tal ecuación no puede resolverse analíticamente (de hecho es más complejo que resolver el sistema de ecuaciones habitual de los fluidos), entre otras cosas porque ambos miembros de la igualdad dependen el uno del otro, y habríamos de conocer soluciones analíticas generales de las ecuación de Navier-Stokes para resolverla (recordad que uno de los problemas del milenio es demostrar que existen soluciones que se comportan bien de dicha ecuación, bueno en realidad son tres, una para cada componente de la velocidad). Y ahí es donde entra la hipótesis física.

Esta se conoce como Analogía Acústica, y como su nombre indica establece una analogía entre el problema general de generación de ondas sonoras, y uno más simple que separa los procesos de generación y propagación de éstas. Para ello se supone que todos los procesos asociados con la generación de las ondas están confinados en una región del espacio acotada (para los que tienen conocimientos básicos de acústica, en esa región no se impone ninguna restricción a las fluctuaciones de presión y densidad), y que fuera de ella se recupera la propagación de ondas sonoras clásica (en realidad la hipótesis es que el medio en la región de propagación se considerar un fluido en reposo y sin variaciones espaciales de entropía entre diferentes regiones del mismo), además se supone que las fuentes en la zona de generación pueden modelarse. Así se separan ambos miembros de la ecuación que se puede resolver por un método conocido como de las funciones de Green.

Un aspecto importante de este tipo de enfoque, es que pueden considerarse diferentes ecuaciones de propagación diferentes a la de Lighthill, y para cada una de ellas puede introducirse un analogía acústica cuando se satisfacen las hipótesis en que se basa, de modo que se obtienen diferentes modelos matemáticos para las fuentes acústicas, así como el medio de propagación que se considera en cada analogía. Esto implica que no todos los modelos tienen por qué, a priori, describir la misma Física y hay que ser muy cuidadoso en su elección. Es este un asunto muy importante desde una perspectiva filosófica, ya que en este campo se trabaja con modelos que no establecen necesariamente una correspondencia directa con lo que realmente sucede en la naturaleza. De lo que se trata es de obtener buenos resultados, y de que los diferentes modelos sean equivalentes y describan, en la medida de lo posible, la misma Física.

En concreto, la analogía acústica de Lighthill implica que no puede existir una realimentación entre los procesos aerodinámicos (los que generan el sonido) y los acústicos (los que lo propagan). En muchos problemas que se pueden plantear en la práctica la hipótesis se cumple, pero hay casos importantes en que no es así. Por ejemplo, cuando uno silba puede producirse una realimentación de este tipo, así como en diversos problemas que se plantean en acústica musical que implican cavidades resonantes, o la salida de aire por un tubo. Pero eso, es otra historia…

Más cosas sobre el bosón de Higgs

Aquí os dejo una entrevista en la que un físico de partículas habla sobre el asunto de la conspiración del bosón de Higgs para no ser detectado. Me parece interesante lo que dice en la primera respuesta, la que habla explícitamente de este asunto. Lo que la mayoría de los físicos teóricos no quieren reconocer es que si no se tomasen en serio tantas ideas disparatadas, y tanta especulación gratuita que no puede ser comprobada experimentalmente (o mediante simulaciones, la cuestión es que sean falsables o verificables, los matices filosóficos los dejaremos para otro momento), este tipo de especulaciones extravagantes, no se producirían tan a menudo.

Más conspiranoia sobre el LHC

Me comentaban ayer que por la red circulaba una nueva teoría excéntrica sobre el LHC según la cual de algún modo la partícula de Higgs estaba saboteando el acelerador mediante una acción desde el futuro hacia el pasado, el propio campo (no parecía haber distinción entre ambos, grave error) efectuaría algún tipo de censura de detección. Desde luego parece algo delirante que parecería ser obra del fantasma de Phillip K. Dick sufriendo una crisis psicótica. Así que investigué en la red sobre el asunto y descubrí que el origen está en un artículo en línea de un periódico, y que parece ser que la idea original es de dos físicos.

La verdad es que no me sorprende. Cualquiera que se haya pasado algún tiempo ojeando los artículos del ArXiv verá que hay de todo, lo que incluye cosas muy extrañas y bizarras.

Tampoco deberíamos de sorprendernos de que cuando hay bocazas que tienen la ocurrencia de decir que el bosón de Higgs es la partícula de Dios (ay, lo que se hace por vender libros) luego la gente se tome a pecho todas estas cosas, y hasta en las series de televisión frikis se hagan coñas sobre cómo el LHC va a acabar con el mundo mediante alguna catástrofe exótica.

Afortunadamente hay sitios donde estas cosas se comentan con espíritu crítico, aquí os dejo un enlace al blog de Peter Woit en donde se comenta el asunto. Así pude localizar las referencias originales de los dos físicos que proponen esta hipótesis tan extravagante de retrodicción cuántica y me encuentro con un artículo con un comienzo del resumen, que después de algunas horas no he digerido:

“We propose an experiment which consists of drawing a card and using it to decide restrictions on the running of Large Hadron Collider (LHC for short) at CERN, such as luminosity, and beam energy. There may potentially occur total shut down.“

O mi inglés es peor de lo que yo esperaba, o esto es una paja mental. Lo peor de todo es que el cuerpo del artículo es bastante incomprensible y se mezclan argumentos probabilistas con integrales de camino con acción compleja y cosas así. Si no fuera porque son una serie de trabajos en un periodo de dos años uno podría pensar que es una especie de chiste, aunque también es verdad que las frases más sabrosas de la broma posmoderna de Alan Sokal son rigurosas comparadas con esto. Pero lo que es para mear y no echar gota es que alguno de estos artículos ha salido en alguna revista de esas con revisores.

La verdad es que estos asuntos hacen un daño inmenso a la Física, y a las ciencias en general. Ahora que asistimos a campañas de desprestigio de la ciencia que haya profesionales de ellas que aporten munición es lamentable, a saber con qué nos acabaremos encontrado. Pero tampoco hay que extrañarse hay un zeitgeist que favorece que las pajas mentales (especula, que algo queda) y luego están los medios de desinformación y la red para aumentar exponencialmente la entropía informacional.

La ciencia ficción hard de Stanislaw Lem

Stanislaw Lem pasa por ser un autor de ficción científica de corte humanístico y satírico. De hecho pocos lectores y críticos lo calificarían de autor de ciencia ficción hard. Pero estarían equivocados pues una de las características del genio polaco era que sus reflexiones filosóficas siempre tenían como base los desarrollos de la ciencia del momento.

De hecho Lem tenía una auténtica cultura científica enciclopédica y sin duda tuvo que leer bastante literatura sobre física, y creo que la mayoría de las obras fundamentales de los padres de la cuántica. Lo que sucede es que es algo que está presente como trasfondo de algo más profundo, o para dar base a las críticas sociológicas y políticas.

Sin embargo en Lem tenemos previsiones o anticipos propios de un Arthur C. Clarke. En La voz de su amo plantea un escenario en que el mensaje extraterrestre tan esperado por SETI se presenta en el fondo cósmico de neutrinos. Esta novela data de mediados de los sesenta y si bien creo que la idea no es original y de alguna revista científica la obtuvo, bien es cierto también que no he conseguido rastrear literatura especializada que no sea de los años setenta o posterior (mirad las referencias del artículo que comento más abajo). Aunque habrá que seguir buscando en esa maravillosa herramienta que es el google académico, para estas cosas.

Actualmente pueden encontrarse publicaciones en las que se sugiere que una de las actividades en que emplear los actuales detectores de neutrinos, o de los de próxima generación, sería la búsqueda de señales procedentes de civilizaciones inteligentes. Aquí os dejo un par de ejemplos vía ArXiv. Este y este otro.

A veces la buena ficción hard no se escribe presentando una enciclopedia tecnológica sino empleando un poco de imaginación a partir del estado del arte del conocimiento científico en ese momento. Y en eso sí que se puede considerar a Lem como un autor hard.

Anticiencia audiovisual

La imagen que se tiene de la ciencia en la sociedad está muy distorsionada por la existencia de una serie de tópicos, aparentemente inofensivos pero que a la larga hacen mucho daño y resultan peligrosos. Leyendo este interesante artículo sobre el papel de la ciencia en las series de televisión de moda no he podido evitar tener la necesidad de escribir unas líneas aquí sobre este asunto.

Una cosa que me parece preocupante es la visión que se tiene de los físicos por buena parte de la población, o mejor dicho, la que se presenta en series de televisión, como seres asociales y que viven en una nube. Esto que puede resultar muy simpático no hace ni puta gracia cuando uno reflexiona sobre hasta qué punto esto nos cierra muchas puertas a los físicos en el ámbito laboral, en los ámbitos en que las aptitudes de los físicos nos hacen los profesionales más convenientes para trabajar en el ámbito de la innovación, entre otros. Y en general estoy bastante cansado de ser víctima del tópico sobre mi persona, y creo que en general los que hemos estudiado o practicado ciertas disciplinas científicas tenemos que sufrir esta cruz.

Pero más preocupante es el hecho de que creencias absolutamente irracionales y sin fundamento estén grabadas a fuego en el inconsciente de la gente, incluso de las personas con una formación científica básica. Que además no tienen ningún fundamento científico y que son promovidas por supuestos ambientalistas que más bien parecen enemigos de cualquier progreso o bienestar para la humanidad.

Lo que más me preocupa, sin embargo, es la demonización de la ciencia en la ficción como fuente de todos los males. Y frente a esto tenemos a la ciencia como solución a todos los problemas pues seguro que se les ocurrirá algo a todos esos asociales de científicos. La verdad es que lo que me extraña es que en semejante ámbito la superstición y el fanatismo no nos haya consumido totalmente.

Paradojas temporales y universos paralelos

Uno de los temas recurrentes dentro de la ciencia ficción es el de las paradojas temporales. Una de las soluciones que en la ficción se han considerado es la inclusión de universos paralelos de modo que la paradoja se resuelve mediante un desplazamiento a otro universo, o mediante su creación como resultado de la acción que crea la paradoja.

Los universos paralelos son compatibles con la Física, incluso algunos físicos afirman que algunas teorías implican necesariamente su existencia. Pero hay que tener cuidado a la hora de qué marco teórico considerar para justificar su introducción en una historia de ciencia ficción ya que no en todos los universos paralelos podrían justificar la eliminación de la paradoja.

El error más común en la ciencia ficción y en buena parte de la divulgación científica es que emplea una mala interpretación de la interpretación de la mecánica cuántica de Hugh Everett de los estados relativos. Más conocida como la interpretación de muchos mundos. En ella el problema del colapso de una superposición de estados en un proceso de medida se resuelve mediante la introducción de diferentes historias para diferentes observadores, de modo que cada uno sólo percibe un resultado pero se tiene un conjunto de historias del sistema físico en que se dan todas los posibles resultados. De ahí, y como resultado de la propia terminología de Everett se pueda deducir la existencia de un conjunto de universos, asociado cada uno de ellos con una medida. También se puede plantear un escenario de muchas mentes en vez de muchos mundos, si bien este tiene menos interés para la ciencia ficción (aunque podría analizarse desde ese punto de vista la interesante novela de Dick Aguardando al año pasado).

Pues bien, a la interpretación de Everett se recurre para resolver las paradojas. El hecho de matar a tu abuelo crea un nuevo universo, o como creo que sería más correcto tu historia acontece desde otro momento en otro universo de lo existentes. Uno de los mayores defensores de la interpretación de muchos universos, David Deutsch, sugiere que en realidad el número de universos (que puede ser infinito) es constante y las historias se reparten entre los universos disponibles. Pero esto no puede ser así, precisamente por una de las claves de la propia interpretación.

La estructura matemática de la mecánica cuántica implica que si tomamos por cierta la existencia de tales universos múltiples todos ellos viene regidos por una única ecuación de evolución cuántica, es decir, el conjunto de universos forman un todo. Modificar radicalmente la naturaleza de uno de ellos implica hacerlo con la de todos. Y esto es así tanto para un viaje en el pasado como para un viaje a un univers simultáneo en el tiempo. Precisamente en La llegada de los gatos cuánticos de Frederick Pohl el viaje de un universo paralelo a otro implica un efecto de rebote que al final tiene bastante importancia en la novela, que además es una magnífica y divertida parodia. Por lo tanto en principio los universos de Everett no resolverían la paradoja.

En principio porque siempre se puede buscar alternativas en el sentido de que desde un comienzo el colectivo de universos ya incluya el efecto de la paradoja, pero ojo, no como una introducción posterior. Además existen pueden existir otro tipo de universos paralelos cuya existencia se puede deducir de las cosmologías inflacionarias, según las cuales podría haber burbujas de espacio-tiempo muy alejadas de nosotros en un universo infinito, en las cuales, como resultado de que nuestro estado físico es finito, existan copias de nosotros. Es decir hay una mucha muchedumbre de universos en los cuales un clon mío está escribiendo esto, y otros en los que no se me habría ocurrido soltar semejante redundancia en esta frase. Pero en realidad son universos independientes y una cosa sería viajar a uno de ellos en nuestro pasado, y otra muy distinta viajar al pasado en el nuestro.

Esto no invalida a la solución de los universos paralelos como una aceptable científicamente para introducir en una historia de ciencia ficción sobre paradojas temporales. Simplemente hay que ser prudente al introducirla. Una novela en que se utilizan los universos paralelos cuánticos para explicar los efectos de los viajes en el tiempo es Las naves del tiempo de Stephen Baxter, una de las pocas en que se tiene en cuenta el importante asunto de la conservación de la energía.

Star Trek

Mola. No hay forma mejor de comentar la película que es un magnífico entretenimiento, que si bien puede caer en algunos tópicos propios del cine actual, sabe combinar los elementos característicos de la franquicia Star Trek con un aire renovado que abre nuevas posibilidades a posibles continuaciones.

Curiosamente al pasar los días y comentar la película me he dado cuenta de algunos detalles muy curiosos con los que juega el guión al principio para despistar al espectador con respecto a lo que le espera, si bien rápidamente uno ya es cómplice de lo que se nos quiere contar. En general, y salvo alguna pequeña pifia en un diálogo (que podría ser chapuza en al traducción, que ya no es la primera vez que pasa) el entorno que se nos presenta es bastante creíble y la base del argumento también. En lo que respecta a ciertos encuentros que hay quien dice que son muy rebuscados les invito a recordar cómo reacciona ante el segundo cierto personaje paradigmático de la saga. Y en cualquier caso me parece algo accesorio.

Lo que me lleva a reflexionar sobre el espectador pejigueras que ya no le perdona ni una a la película por tal o cual fallo científico o supuestamente del guión. Si uno fuese coherente, y yo lo soy bastante, al final no podría disfrutar de una cantidad inmensa de películas, de muchos géneros e incluso clásicos indiscutibles del cine. Siempre que no me tomen por tonto intento disfrutar sin más, y luego ya reparo en esas cuestiones.

Estará lleno de gente que hará coñas sobre la “materia roja” y que dirá que es un deus ex machina que no tiene nada que ver con la ciencia y demás. Creo que es muy interesante y tiene una enorme utilidad didáctica analizar las pifias del cine de ciencia ficción en lo que a temas de Física se refiere. Pero también que ha de hacerse con prudencia, siempre que no hablemos de cosas muy elementales (como lamentablemente suele ser el caso). Y es que la idea feliz, sin ninguna base científica previa, del motor de curvatura (debería de hablarse de motor de distorsión), he demostrado ser más rigurosa de lo que parecía.

En 1994 el físico mexicano Miguel Alcubierre analizó las propiedades de soluciones de las ecuaciones de Einstein de la gravitación que permitirían el viaje a velocidades mayores que la de la luz en el vacío mediante una distorsión del espacio-tiempo circundante. En el modelo de Alcubierre se crearía una burbuja de espacio normal tras la cual se produciría una expansión del espacio-tiempo (del tipo de la expansión cosmológica) y al frente una contracción de éste. Así la distorsión es tal que se acercarían los puntos de salida y de llegada de la nave pudiendo viajar a velocidades mayores que la de la luz en el vacío.

El hecho de que el espacio que rodea a la nave es normal y no existe dilatación temporal. Surge el problema de que al igual que para los agujeros de gusano, para estabilizar la burbuja es necesario aportar grandes cantidades de materia exótica (con densidad de energía y presión negativas). En un principio los primeros cálculos implicaban cantidades ingentes de energía, si bien ya existen soluciones de motor de distorsión que implican energías asociadas a masas planetarias (métodos para aprovechar energías de esa entidad por parte de civilizaciones avanzadas son explicados por Dyson en un artículo sobre máquinas gravitatorias). La cantidad de energía depende de la velocidad de la nave y curiosamente esto fundamenta la idea de los guionistas de Star Trek de plantear límites a la velocidad de distorsión.

Todo esto es física bien establecida. La solución de Alcubierre procede de una teoría muy refrendada por los experimentos, y la prueba de existencia de materia exótica está en la propia existencia de una constante cosmológica. Eso no significa que el motor de distorsión pueda ser viable desde un punto de vista teórico. El problema que surge es el de recolectar en grandes cantidades materia exótica, y tal vez existan restricciones que descubramos en una teoría cuántica de la gravitación. Se han obtenido algunas pero no procedentes de teorías auténticamente cuánticas. También se ha planteado recientemente el hecho de que en el borde de la burbuja se genere radiación de Hawking sobre la nave, o que la propia burbuja sea inestable.

Así que hay que ser prudente a la hora de hacer ciertas afirmaciones, pues siempre puede ocurrir que alguien se ponga a investigar sobre alguno de esas ideas chorras de una película o una novela y pueda obtener algo de interés científico. Además siempre son una buena excusa para hablar de estas cosas.