Archivo de abril, 2014

Electrones simples y vida compleja: Entropía.

La ciencia vuelve a estar de moda.  Y es la ciencia la que lo hace, no los ”gadgets” que la ciencia utiliza: Los positrones, genes, cohetes, satélites y los telescopios que llenan las llanuras americanas, por ejemplo.   En estas etapas de crisis económica se desarrolla como consecuencia una crisis política y social, y de aquí surgen las preguntas básicas que se hace el ser humano cuando, en vez de correr desaforadamente para sumar un piso mas a su patrimonio, o saltar de vacación en vacación, se para y piensa en lo que pueda ser él,  y lo que pueda ser lo que le rodea. Kant, una figura de la filosofía reconocida por muchos, no salió nunca de Koenisberg, en las heladas tierras de Prusia.  Quizás sea bueno pararse de vez en cuando y mirar  a nuestro alrededor.

 

Hoy se manejan conceptos como materia obscura, es decir, indetectable con los instrumentos de que disponemos, energía obscura, que es algo que no se sostiene, y multiversos, que es un palabro tan auto-contradictorio como la sentencia ”Es verdad que estoy mintiendo”.  Pegar sílabas siempre podemos hacerlo, pero que ese bodrio signifique algo es otra cuestión.

 

Los seres humanos, como sistemas complejos, tendemos a las realimentaciones positivas: A exagerar nuestros comportamientos habituales. El drogadicto cada vez quiere más estímulo, y el jugador financiero necesita jugarse en las bolsas, mediante los esquemas de troceo del riesgo, la vida de millones de personas.  En el pensamiento pasa lo mismo. Tras el esquema socrático, Platón complica las cosas hasta lo indecible. Tras Occam y Bacon, Galileo desarrolla la ciencia bajo el principio de que la realidad -es- sencilla ( y lo es, solo necesitamos dos derivadas para explicar los movimientos en el Universo) pero hoy estamos, como Platón, y por exageración, por realimentación positiva, buscando soluciones cada vez más complicadas para los problemas de la naturaleza. Si la explicación es más enrevesada que lo que quiere explicar, no sirve como explicación.

 

El movimiento de las estrellas en el Universo está controlado por la teoría de la relatividad general, que dice como se curva el espacio y consecuentemente, cuales son los caminos por donde pueden circular esas estrellas.  Y la teoría tiene un parámetro que no hemos sido capaces de determinar con fiabilidad. Tampoco tenemos para ella una garantía similar a la de la caída de los graves en la superficie de la Tierra, o a la de la relatividad especial. Y sin embargo, se asume que es correcta y se derivan de la misma toda clase de conclusiones.

 

El buen trabajo en ciencia sería hacer lo contrario: Asumir que es incorrecta y ver hacia donde nos lleva esa suposición. Galileo asumió que los cuerpos celestes podían ser imperfectos, y certificó el fracaso de la hipótesis contraria, el geocentrismo. Kepler resolvió todo el problema del sistema solar y abrió el  camino para Newton al rechazar la hipótesis de que las órbitas planetarias tenían obligatoriamente que ser circulares.  Planck rechazo la suposición de continuidad en los intercambios de energía y Einstein la hipótesis del éter.

 

No hay verdades eternas, ni válidas en todo tiempo y lugar. Las leyes de la física solo son válidas cada día si cada día las comprobamos en los laboratorios o mediante la observación una y otra vez.  Lo contrario son los dogmas acientíficos:  ”Esto es así, y si lo rechazas te quemo en la plaza pública”. ¿Por qué las leyes de 1900 y 1915 han de ser más válidas que las de 1800, por ejemplo?

Ante las dudas que nos asaltan sobre el movimiento de las estrellas, sobre las cuestiones de los valores de los parámetros (masas de protones y electrones, por ejemplo) podemos tomar dos caminos: Asumir como dogma las ecuaciones de que disponemos, y crear entelequias, o aceptar que, lo mismo que las hipótesis que Planck y Einstein destruyeron eran frágiles,  las suyas también pueden necesitar correcciones. ¿Por qué no?

 

Nunca descubrimos ”la verdad”. Siempre tenemos que ir corrigiendo lo que sabemos. Asumir lo contrario es una soberbia dogmática que se ha visto constantemente invalidada por lo que descubrimos en cada momento.  Incluso con el cambio climático pasa así. Es claro que estamos metidos en un cambio intenso y rápido, pero es posible que alguno de estos días aparezca una evidencia que corrija esta aseveración.  Puesto que existe la posibilidad de cambio, podemos utilizar el principio de precaución y tomar medidas preventivas, que adicionalmente son buenas, pero no hay ningún dogma sobre ello, sencillamente, como la diaria constatación de que la aceleración de la gravedad es 9.8/s2, es algo que verificamos también cada día.

 

La mecánica cuántica está hecha para sistemas simples. Tan simples cómo -el- átomo de hidrógeno alejado infinitamente de cualquier interacción con otros átomos de hidrógeno o de cualquier otro elemento, y recibiendo, solamente, energía en forma de radiación electromagnética, o choques con -otra- (una sola) partícula sobre la que ese átomo no actúa.  No hay interacción, sino intra-acción.  Otro sistema cuántico es -el- oscilador armónico. ¿Qué pasa si tratamos de estudiar tres o más de tres átomos de hidrógeno en interacción? ¿Qué pasa si tratamos de estudiar un oscilador armónico a nivel cuántico similar al péndulo doble? Las leyes de la mecánica cuántica se hacen tan ”complicadas” que hay que dejarlas de lado, dicen los libros de texto, y tratar de utilizar toda clase de aproximaciones, incluidas aproximaciones  ¡de la mecánica clásica!

 

Cuando hablan de la mecánica cuántica, físicos tan premiados como Gell-mann, el que asignó la palabra -quark- a los posibles componentes (que nadie ha visto nunca en ningún laboratorio) de los protones, y otros muchos científicos suelen mencionar la rareza de que una partícula material esté en dos lugares al mismo tiempo. Este experimento no se ha hecho jamás. Durante décadas fué un experimento imaginado. Hasta tal punto lo fué, que en el libro de texto de Feynman, de1963 (y nunca corregido en este aspecto)  se dice explícitamente que no se ha realizado el experimento, pero que si se realizase, sus resultados serían los predichos por la teoría. Esto es muy mala ciencia, esto es dogma, y quizás de aquí, dado el carisma de Feynman, deriva mucho del misticismo actual de la física.

 

El único experimento de interferencias realizado con electrones individuales es el del bi-prisma. Y en este experimento lo que está cuantizado son las posibles trayectorias de los electrones que atraviesan el aparato. Si yo fabrico pasillos para las personas que salen de un estadio de futbol, muchas acabarán al final del pasillo central, algunas menos al final de los dos pasillos contiguos al central, y así indefinidamente.  Ninguna persona habrá en las zonas entre esos tres (o  más) pasillos de salida.  Tendremos una imagen de interferencia.  ¿Interfieren los electrones como ondas o circulan por corredores discretos en el bi-prisma?  Es una pregunta que, -al menos-, podemos hacer.  Por otro lado, ¿cómo se convierten los electrones en ondas? ¿Cual es el procedimiento? La física tradicional no lo sabe decir. De la misma manera, una onda de la radio pesquera de muy baja intensidad, que cubre 1000 metros, ¿es un fotón de tamaño un kilómetro?  No lo sabemos.

 

En cuanto tenemos conjuntos de partículas moviéndose en interacción unas con otras las cosas dejan de ser deterministas. Los físicos llevamos 60 años tratando de entender como se mueve un plasma de protones dentro de un anillo magnético, para tratar de controlar la fusión nuclear. Los resultados de las ecuaciones que describen ese movimiento son lo menos sencillo que imaginarse pueda. Los movimientos individuales de las partículas son esencialmente aleatorios, y aleatorio es el movimiento del fluido como un todo.

 

Los sistemas sencillos, partículas, canicas, bolas de billar -individuales-, se comportan de manera predecible.  No tenemos ecuaciones suficientes ni siquiera para el movimiento de ¡tres! bolas de billar sobre una mesa, ni para ¡dos! bolas de billar en el espacio.  En cuanto hay varios sistemas sencillos en interacción los movimientos son ya impredecibles. La evolución en el tiempo de los sistemas se hace probabilística. Si ponemos un quadrillón de moléculas de oxígeno y nitrógeno en una botella de buzo, en una habitación donde hayamos hecho el vacío y abrimos la espita de la botella, las moléculas saldrán de ésta para no volver nunca de forma natural a estar todas ellas de nuevo dentro de la misma, dejando la habitación vacía. Podemos volver a meterlas casi todas en la botella pero solo mediante el gasto de una considerable cantidad de energía, y nunca conseguiremos que -todas- ellas vuelvan a la botella.

 

Los sistemas complejos evolucionan en el tiempo en una única dirección. Si en vez de las moléculas dentro de la bombona pensamos en una habitación con un tabique aislante, de manera que media habitación este a 40ºC y la otra media a 0ºC, y cambiamos el tabique quitando la lana de vidrio, y dejando solo una pared de cobre que conduce bien el calor, la temperatura de ambas partes de la habitación  pasará a ser 20ºC, y por más que esperemos, nunca volveremos a tener dos medias habitaciones con 0ºC y 40ºC.  Para aumentar la temperatura de la mitad fría, la mitad caliente ha cedido una cantidad X de energía, la misma que ha absorbido la mitad fría. Pero el cociente X/20 es mayor que el cociente X/40, y la suma de ambos, con sus signos de ceder y recibir, es mayor que cero. Siempre. Llamamos entropía a ese cociente, y en el universo, en las interacciones libres, la entropía crece siempre. Solo la podemos hacer decrecer mediante máquinas que hacen aumentar la entropía fuera de donde estamos más de lo que la reducimos en la habitación, por ejemplo. Cuando reducimos la entropía en nuestro cuarto en verano bajando la temperatura del recinto, aumentamos mucho más de eso la entropía de la calle. La suma de ambas, con sus signos, es siempre mayor que cero.

 

La entropía, que no es ”desorden”, sino una expresión matemática, crece siempre. Una imagen es la siguiente: Si tenemos un cubo de 4 x 4 x 4 bolas inmóviles, cada una en una posición determinada, si una de ellas empieza a moverse, se nota mucho.  La entropía crece mucho si una única bola se mueve de entre muchas inmóviles.

 

Ahora, si las 64 bolas se están ya moviendo, el que una de ellas se mueva un poco más deprisa es de muy difícil distinción: La entropía crece poco si una bola aumenta su movimiento entre otras que ya se están moviendo.

 

Los sistemas de muchas partículas ( dos en el caso de un péndulo doble, mas de tres en el caso de bolas de billar) en interacción, son sistemas complejos, impredecibles, caóticos, aleatorios: Son los sistemas de la naturaleza, y nosotros, los animales, y dentro de éstos, los humanos, así somos: Impredecibles, caóticos, aleatorios. Como las nubes en el cielo.

 

Los relojes, los péndulos simples, -el- átomo de hidrógeno, -el oscilador armónico, -un- electrón aislado, son entidades artificiales, construidas o seleccionadas por los seres humanos, que ansían regularidad, simetría, precisión, predecibilidad. Solo estos sistemas, tremendamente simples, tienen estas características. El resto, es decir, todos menos un conjunto de medida nula de los sistemas, somos entidades naturales, que no hemos sido seleccionadas por los humanos (al menos si no triunfa ”1984”), sin regularidad, asimétricos (incluso modelos de pasarela de elite, artistas de fama) , imprecisos, impredecibles.

¡ Y menos mal ! Lo contrario es la doctrina de Calvino y de Knox: Seres humanos destinados, desde toda la eternidad,  al infierno en vida y tras la muerte. No, la naturaleza es impredecible. Existe la libertad.

 

 

Etiquetas:
Categorias: General