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Feb
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Fisica cuántica y relativista.

Sobre el concepto de “vacío” en la física cuántica

y los “fenómenos emergentes”.

por Gerhard Grössing,

Instituto austríaco de estudios no-lineares.

Discurso en el marco de la iniciación del Simposio :

La imágen gobal de las ciencias naturales al comienzo del siglo 21“.

Fundación Karl Popper, Universidad de Klagenfurt, Octubre de 2005.

(Traducción al castellano de “Erni”)

Prólogo.

La situación de la física al comienzo del siglo 21 comparte algunas similitudes con la que tenía al comienzo del 20. (Al final de esta contribución, sin embargo, también voy a tener que indicar algunas diferencias significativas.) Como entonces, también hoy tenemos estimaciones sobre el estado de la misma ampliamente divergentes.

Por un lado hace unos 100 años se pensaba, lo mismo que ahora, que las cuestiones “esenciales” de la física estaban suficientemente resueltas en su mayor parte, y que de este estado en más sólo faltaba profundizar el tratamiento de casos puntuales, cada vez más complejos y detallados, que de alguna manera se encontraban cubiertos por teorías existentes. En este sentido, incluso se habla en la actualidad de un “Final de la Ciencia”, en el sentido de como la comprendíamos hasta ahora. [Horgan].

Por el otro lado debe admitirse también que la física actual se encuentra lidiando con la mayor discrepancia entre la teoría y el empirismo que jamás se ha enfrentado, a saber, con la obtención de resultados contradictorios que difieren aproximadamente en 120 Órdenes de magnitud (!). La predicción de las teorías cuánticas modernas sobre el contenido energético del llamado “vacío” (es decir, un espacio sin “materia¨ en su concepto físico asumido hasta ahora) es demasiado grande en un factor de alrededor de 10.120, y por lo tanto se encuentra en marcado contraste con la astrofísica actual y los modernos datos cosmológicos sobre el contenido de energía posible del universo.1)

1)100 años atrás, fue la cuantización del campo de radiación, que inicialmente dio lugar a una confusión masiva y más tarde condujo a la teoría cuántica.

Si estamos dispuestos realmente a tomar nota de la discrepancias citadas y de reflexionar, en relación al estado de la física actual, entonces no habrá dudas de que a) el fin de la física no está a la vista, y b) se encuentra más bien en un estado de venerable crisis. Esta crisis es más evidente en la actualidad por que las actuales teorías canónicas, que se ocupan de esta cuestión (teoría cuántica y teoría de la relatividad), ofrecen pocas herramientas para dominar el tema y encontrar una solución.

Esta situación recuerda más a las etapas de cambio en el pasado (por ejemplo al cambio copernicano) como se ilustran y modelan en la teoría de la ciencia. Hans Blumenberg, en su estudio que acaba de aparecer, habla de que debería darse un cierto „agotamiento del rendimiento del sistema” como condición inicial necesaria para un cambio de esta naturaleza (en el caso antes citado: la visión del mundo de Ptolomeo), lo que llevó a un “aflojamiento de la estructura del sistema” permitiendo la revolución copernicana. Es fácil imaginar que algo parecido pueda estar pasando hoy en día.

Tanto la teoría de la relatividad como la cuántica son ramas de la ciencia altamente especializadas, cada una ampliamente reconocida y aplicada en la práctica, pero su unificación, a pesar de los ingentes esfuerzos invertidos, no ha podido lograse satisfactoriamente. Pero como vivimos en un mundo que no es en un momento relativista y en otro cuántico, debería poder encontrarse una teoría superior bastante más amplia, con la cual se pueda predecir correctamente el contenido de energía del vacío, y que esas predicciones coincidan con los datos empíricos pertinentes.

De tamaña teoría, hoy por hoy, no es mucho lo que hay, especialmente si uno se limita a los expertos de las respectivas áreas, de la relatividad y de la teoría cuántica. Es evidente, que en este contexto se plantea la pregunta si no haría falta introducir un nuevo ¨input¨ de parte de otra rama de la ciencia. De hecho, hay signos claros de una reorientación, y sobre eso vamos a tratar en lo sucesivo.

………………………

1. Reduccionismo y emergencia (en el sentido de los fenómenos emergentes)

En la edición del 7 de Abril de 2005 de la revista “Nature”, el físico y premio Nobel Philip Anderson en una entrevista sobre el libro ¨A Different Universe¨, opina sobre su autor, el físico y premio Nobel Robert Laughlin: “Durante muchos años he estado convencido de que un libro como este debía ser escrito (A Different Universe), que trata sobre lo que realmente es la física, no solo una obra singular, sino un contrapeso casi indispensable para la última generación de libros de Brian Greene, Stephen Hawking y sus compinches, que propagan la idea de que la física es una ciencia de especulaciones teológicas, predominantemente profundas, sobre la naturaleza última de las cosas”. [Anderson].

El ideal fáustico de tratar de averiguar “que es lo que mantiene unido al mundo (universo) en su interior”, parece ser una motivación particularmente popular entre los físicos, aunque tampoco es claro si ese “interior” existe 2), ni si en ese sospechado ¨interior¨ el mundo realmente es mantenido unido. La posición básica reduccionista se basa, en última instancia, en la especulación que debería haber ¨un sentido profundo de las cosas” que posibilitaría una fórmula universal, con la cual “TODO” en conjunto se explicaría (ver “Las teorías del Todo”, etc.)

2) Varios físicos de alta-energía, y/o por ejemplo el departamento de relaciones públicas del CERN, propalan hace décadas, de que esa cohesión debe provenir de los componentes más pequeños de la materia, en este momento los quarks y leptones por ejemplo, pero nadie sabe si es realmente eso, si las partículas que ahora conocemos son los más pequeñas, etc.

El concepto alternativo, defendido por Laughlin, en contra de estos principios reduccionistas, se encuentra en publicaciones científicas desde alrededor del último tercio del siglo 20, con nombres distintos como ¨Emergencia¨, ¨Auto-organización¨, ¨Fenómenos colectivos no lineales¨, etc. Laughlin pudo, por ejemplo, en su trabajo que le valió el Premio Nobel de 1998, utilizar exitosamente el modelo de la „auto-organización“, en relación a un efecto descubierto recientemente por Von Klitzing, el llamado ¨efecto cuántico fraccional¨, lo que no podía ser explicado con los métodos tradicionales reduccionistas.

Para Laughlin, es el descubrimiento de Von Klitzing el que marca un cambio crucial histórico, “un momento decisivo en el que la física pasó de ser la ciencia de la edad del Reduccionismo a la ciencia de la era de la Emergencia¨. Esta transición es descripta en publicaciones populares como la transición de la edad de la física a la de la biología, pero eso no es del todo cierto. Lo que vemos hoy es una transición desde una visión del mundo, en la que el objetivo de entender la naturaleza derivaba en dividirla en partes cada vez más pequeñas, a otra, en la cual el objetivo es entender como la naturaleza se organiza a si misma.

Como ejemplo ilustrativo más sencillo pensemos en el agua, en su condición de sólido, es decir, como hielo: Aunque integrado por distintas moléculas de H2O, se produce el fenómeno “hielo” sólo cuando hay un número muy grande (millones de millones) de tales moléculas. Ergo, el hielo es también un “fenómeno emergente”, cuyas propiedades (tales como la rigidez de los sólidos) no puede ser demostrado y derivado desde la Microdinámica.

Aunque a menudo se afirma que las propiedades de la materia son “en principio” determinados por las ecuaciones fundamentales de la teoría cuántica, esta afirmación, a pesar de que aquello es correcto, es incorrecta: Por ejemplo ahora sabemos de que existen por lo menos 14 diferentes fases cristalinas del hielo de agua, pero nadie puede predecir ninguna de ellas por la teoría cuántica. Entonces el “principio” se conduce asimismo al absurdo, como cuando el esfuerzo de computación o el tiempo necesario para tales cálculos, supera la edad del universo.

También en otros fenómenos físicos fundamentales nos encontramos con este preconcepto reduccionista, el que, sin embargo, no resiste un examen más detenido, como Laughlin también explica utilizando el ejemplo de las reglas del cálculo de la mecánica cuántica para la superconductividad : “Las ecuaciones microscópicas de la mecánica cuántica, de la manera que están contenidas en las teorías de campo, son distintas de aquellas del material en concreto y por lo tanto incorrectas”.

La única manera que permite partir de ecuaciones falsas para obtener respuestas correctas, es que la característica que se calcula sea fuertemente insensible a los detalles, lo que equivale a decir que es „emergente“. [Laughlin]

Los fenómenos emergentes no solo se limitan al campo de lo microscopio, demos un salto yendo al mundo de los objetos grandes, y comencemos con las estrellas.

Fig.1 – Cielo estrellado.

En la figura 1 se muestra la fotografía de una sección poco espectacular de cielo estrellado, donde las estrellas se ven como puntos discretos frente al fondo negro del universo. Siguiendo esta secuencia quiero mostrar que esta imagen puede ser tildada de engañosa en la medida en que sugiere que las estrellas son “unidades discretas” en el ¨vacío interestelar “(cuestión sobre la cual la ciencia estuvo convencida durante siglos).

Observemos ahora la siguiente imagen, una fotografía de nuestra estrella más cercana, nuestro sol (Fig. 2).

Fig. 2: El sol en el rango espectral de la luz visible.

Esta toma se obtuvo en el rango espectral de la luz visible y deja la impresión de que el sol tiene una (casi perfecta) forma esférica. De hecho, uno puede especificar el diámetro del sol, con cerca de 1,5 millones Kilómetros. Pero el sol es “realmente” una esfera?

En la figura 3 vemos una foto de la corona solar (luz visible), como es posible observarla durante un eclipse total de sol por un oscurecimiento del disco. Es fácil ver que los filamentos de la corona penetran profundamente en el espacio circundante. Teniendo en cuenta que la temperatura de la corona con cerca de un millón de grados centígrados, es extremadamente alta (la temperatura de la superficie del sol es “sólo” de unos 6000 grados Celsius), se hace evidente que “el sol” no es un objeto que sólo existe dentro del volumen de una esfera de 1,5 millones kilómetros de diámetro. Más bien se trata de un cuerpo celeste que alcanza dimensiones que superan ampliamente el volumen de la esfera antedicha. Pero en en cuanto las supera?

Fig. 3: La corona solar durante el eclipse total de Sol del 11.08.1999.

De hecho, la llamada “Heliosfera” alcanza un volumen que va mucho más allá de aquel que contiene los planetas de nuestro sistema solar, un volumen que incluye sin dudas el espacio interestelar. La llamada “nube de Oort”, un anillo de pedazos de materia similar al cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, que se asume como el origen de la mayoría de los cometas, es probable que se extienda por cerca de dos años luz en el espacio. Comparando esto con la distancia de nuestro sol con la estrella más cercana, Proxima Centauri, a unos 4 años luz, se deduce que el “sistema solar” toca y se entremezcla fluidamente con los “sistemas vecinos” y por lo tanto no existe entre los sistemas estelares “espacios vacíos”.

Hagamos ahora nuevamente un gran salto en el sentido de un “zoom” para fuera de la zona de vecindad solar inmediata, y pasemos por alto un volumen de espacio en el que existen cientos de millones de soles (estrellas). Como ya conocemos de nuestra discusión sobre la física de lo pequeño, aquí también podemos volver a esperar estructuras „emergentes“. De hecho, una vez tomada una distancia adecuada „emerge“ la estructura espiral de la Vía Láctea, cuya apariencia solo se comienza a vislumbrar cuando puede abarcarse un número muy grande de estrellas. Mejor aún reconocemos la estructura en espiral en galaxias más distantes, como la denominada “Whirlpool” M51, donde la podemos observar”desde arriba” en su gloria completa (Figura 4).

Fig. 4: Brazos en espiral emergentes en la galaxia “Whirlpool” M 51

De lo antedicho vemos que si son observadas con una ¨resolución adecuada “, las estrellas no son puntos aislados (unos de otros) en el espacio, sino que siguen una dinámica superior, que puede ser modelada con métodos provenientes de la hidrodinámica. Lo mismo es aplicable, según los últimos hallazgos más recientes, para el espacio intergaláctico de dimensiones muchísimo más grandes. En años recientes, se ha hecho evidente que la distribución de las galaxias en el universo, también responden a una dinámica modelable hidrodinámicamente, en el que emergen estructuras filamentosas y globulares, tan pronto se abarcan miles de millones de galaxias y se estudia su distribución a escala universal. (Fig. 5)

Figura 5: Simulación por ordenador de la distribución de galaxias en el universo

………………..

2. Espacio-tiempo como un fluido, la emergencia de cuántos a partir del “vacío “.

En numerosas representaciones científicas y populares se han mostrado diagramas como el que se muestra en la Figura 6, en donde se ven, a modo de lista o secuencia, algunas de las estructuras “esenciales” en el universo: átomos, moléculas, células individuales, plantas, animales, personas, piedras, lunas, planetas, galaxias.

Figura 6, las masas y dimensiones de algunas de las estructuras mas representativas

que se necuentran en el universo, de John D. Barrow, The artful Universe, Oxford 1995.

En la Figura 7 por el contrario, se muestran unos ejemplos de estructuras continuas en todas las escalas de longitud, que han sido descriptas por ecuaciones hidrodinámicas de la matemática del continuo.

Figura 7: Algunos ejemplos de estructuras “continuas” en todas las escalas de longitud,

que no se encuentran representadas en la figura anterior 6.

Todas las estructuras mostradas en esta representación pueden ser descriptas

por ecuaciones de la matemática del continuo,

de las que normalmente utilizamos en la hidrodinámica.

Las figuras muestran, de derecha a izquierda:

el modelo hidrodinámico de los principios del Universo,

las fluctuaciones en la radiación cósmica de fondo, bubujas o gotas de gas en la nébula Helix,

remolinos de corrientes cerca de la isla Guadalupe, remolinos de corriente en la escala de los centímetros,

patrones de difracción de las olas del mar en el estrecho de Gibraltar,

difracción de las olas en el estrecho en el rango de los centímetros,

esquema de interferencia de las ondas en el nivel cuántico.

De la obra “El agua como ejemplo de la investigación científica”, de Gerhard Grössing,

en el Foro del Arte Salón de Exposiciones de la República Federal de Alemania, Bonn – Colonia, 2000.

En la figura 7 se puede ver que en prácticamente todas las escalas de longitud, desde el tradicional ámbito cuántico hasta la totalidad del universo visible, pueden aparecer fenómenos colectivos en los que participan un número enorme de componentes, que para la escala en cuestión pueden denominarse “microsópicos”. Estos fenómenos conducen hacia la “Emergencia” de estructuras que no se pueden explicar solo por la microfísica de los componentes. Esta emergencia (o aparición) ocurre siempre en sistemas abiertos de transferencia de energía, cuyas condiciones de límite, a su vez, determinan las estructuras específicas que han emergido. Hay que tener en cuenta, muy especialmente, las enormes diferencias en órdenes de magnitud que se encuentran en juego, entre los componentes individuales y los emergentes.

Como ilustración de tamaño, o de relaciones de cantidad, consideremos la siguiente estimación del número total de granos de arena en todas las playas de los océanos de nuestro planeta [Laughlin]. Suponiendo que la longitud total de todas las playas es de aproximadamente 100.000 km, con un ancho medio de 100 metros, una profundidad media de 1 metro y un tamaño de alrededor de 1 mm3 por grano de arena. Una estimación del total de granos de arena así calculados sería aproximadamente equivalente al número de moléculas de aire existente en un volumen de un cm3 (es decir, alrededor de un solo terrón de azúcar)! A partir de esta descripción pensemos en el fenómeno “sonido”, producido por la propagación de ondas en el aire, con que enorme número de moléculas de aire debemos contar para que el fenómeno emergente del sonido sea posible. (Con una cantidad de, digamos, “sólo” un millón de moléculas de aire no hay sonido!)

Pero también vemos que los fenómenos de ondas en el ámbito de la la teoría cuántica (tales como la difracción, las interferencias, etc.) no son necesariamente incomprensibles o inexplicables, como a los principales representantes de la disciplina les gusta afirmar. Si descomponemos la ecuación básica de esta teoría, la de los valores complejos de la ecuación de Schrodinger en sus dos equivalentes, pero por sus homólogos en valores reales, y observamos sus gradientes espaciales, obtenemos (como sabemos hace mucho) exactamente el sistema de ecuaciones del “movimiento browniano”, tal como Albert Einstein lo formulara en su ” descripción de una partícula suspendida en un medio”.

Es esto solo una coincidencia, sin que signifique nada, como se deduce del hecho de que la mayoría de los físicos lo siguen ignorando consecuentemente?

Por el contrario, en el caso del mundo cuántico, la evidencia sugiere que también estaríamos tratando con sistemas emergentes, a partir de un ámbito subcuántico que, por diversos motivos de impedimento tecnológico, todavía no ha sido posible investigar.

Consideremos, por ejemplo, la secuencia de fotos 8 a) – d) de la interferencia de electrones a partir de la emisión desde una rendija doble. Inicialmente reconocemos sólo unos pocos puntos “discretos” que parecen no tener nada que ver unos con otros, muy similar a los puntos discretos del campo estelar de la Figura 1, que luego, al ver una colección de varios cientos de millones, dejan ver el conjunto de la estructura espiral emergente que llamamos galaxia. Del mismo modo aquí también: Sólo cuando la muestra de partículas supera holgadamente las 100.000 se hace evidente que las “partículas” en la muestra se comportan como ondas.

Figura 8: patrones de interferencia producido por electrones que pasan por una doble rendija:

(a) 8, (b) 100, (c) 3000, y (d) 100 000 Electrones. De: A. Tonomura, Ann. N.Y. Acad. Sc. 755 (1995) 227.

Uno de los cofundadores de la teoría cuántica, Louis de Broglie, y (más tarde) David Bohm, han diseñado un modelo “causal” para los sistemas cuánticos (para diferenciarse del status “misterioso” de la interpretación ortodoxa), que, por medio de la antes mencionada disección de la ecuación de Schrödinger, puede ser descripto como dos ecuaciones relacionadas o acopladas entre si. El famoso físico cuántico John Bell, comentando sobre este modelo, y en cierta medida también en el sentido de que debería encontrarse una oferta alternativa a la todavía amplia mistificación de la teoría cuántica, que estampilla a los fenómenos cuánticos como incomprensibles, dijo lo siguiente : “No está claro, debido a la pequeñez del centelleo de la pantalla, que estamos tratando con una partícula? Y no se desprende de la difracción y los patrones de interferencia, que el movimiento de la partícula fue controlada por la onda? De Broglie demostró en detalle cómo el movimiento de una partícula que pasa solo por uno de dos agujeros, … puede ser influenciado por las ondas que han pasado por ambos agujeros. Influenciado de tal manera, que la partícula no se dirige adonde las ondas se interfieren, es decir donde se anulan, sino que se ve atraída donde las ondas se suman. Esta idea me parece tan natural y simple, es decir resuelve el dilema onda-materia de una manera tan clara y sencilla, que es un gran misterio para mi que sea tan ampliamente ignorada”.Bell]

Si bien el planteamiento de De Broglie, Bohm y otros, no está exento de dificultades (lo mismo que todas las demás interpretaciones actuales de la teoría cuántica), al menos, apunta en una dirección viable, en cuya dirección debería continuarse la investigación futura.3) Todas las premisas “causales” mencionadas para la comprensión de la teoría cuántica tienen una suposición en común: a saber, que el “vacío”, que de hecho incluso en la doctrina tradicional ya no se define como “vacío”, constituye un “medio”, que a veces se vuelve a mencionar (sólo en apariencia excluido de la teoría de la relatividad) con el término de “éter” 4). En este estado debería tratarse de una fase de la materia a temperaturas muy bajas, parecida en su comportamiento a un fluido. De ello debería desprenderse (también en opinión de Robert Laughlin) que “los conceptos paralelos de materia y espacio deberían ser utilizados en forma intercambiable. En lugar de una fase de la materia, hablamos de un vacío, en lugar de partículas, hablamos de “sugerencias” [de ese vacío]”.[Laughlin]

3) Un punto crítico estriba en que también este modelo presupone incuestionablemente la existencia de una “Función de onda” de la mecánica cuántica, cuya dinámica es descripta por la ecuación de Schrödinger, la cual aparece por arte de magia sin ninguna justificación teórica, de modo parecido a las misteriosas variantes ortodoxas. En este sentido, parece que promete más el acercamiento al problema de Edward [Nelson] que trata de explicar la función de onda en sí misma. Para un nuevo enfoque en este sentido, véase también … [Grössing 2004].

4) Compárese, por ejemplo, [Bell], [Holton], y en general [Whittaker]. Este último ya había escrito hace medio siglo: “Como todos saben, el éter jugaba un papel importante en la física del siglo 19, pero en la primera década del 20, principalmente debido a los intentos fallidos de medir el movimiento de la Tierra respecto al éter, y la aceptación de que todos estos intentos siempre serían un fracaso, cayó en desgracia, y de ahí en adelante generalmente se ha descripto el espacio interplanetario como vacío, el vacío se describió como mero vacío, sin propiedades, excepto la propagación de las ondas electromagnéticas. Pero con el desarrollo de la electrodinámica cuántica, el vacío es la sede del punto de las ‘cero’ oscilaciones del campo electromagnético, también el punto “cero” de las fluctuaciones de carga eléctrica, y una polarización conforme con una constante dieléctrica diferente a 1. Me parece absurdo conservar el nombre de ”vacío” para una entidad tan rica en propiedades físicas, tendría más sentido conservar la palabra histórica “éter” que parece más adecuada”.[Whittaker]

Recientemente ha sido posible demostrar por primera vez en un experimento, que, por medio de la difracción de los Rayos-X aplicada a la estructura microscópica de los cristales, dichas estructuras están sujetas a fluctuaciones temporales a nivel atómico. [Mocuta et al.] Las características clásicas del conocido cuerpo “rígido” sólido “cristal” surgen “emergentemente” de las fluctuaciones a nivel atómico. Especialmente en este sentido también es interesante la comprobación de que el comportamiento de la mecánica cuántica se comporta “emergentemente” a partir de un hipotético medio sub-cuántico [Grössing 2004]. En su totalidad se da aquí una imagen que muestra niveles de emergencia “en cascada”, en los cuales, siempre de nuevo, se alternan estados de física”discreta” de partículas con variantes hidrodinámicas continuas, (partículas en el medio subcuántico → comportamiento ondulatorio en el ámbito cuántico → partículas discretas clásicas → comportamiento ondulatorio de medios tradicionales, etc.)

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3. Nada y „Nada“

Mientras que el “vacío” hace bastante que es visto como “medio” y no como un mera “nada”, es concebible, en principio, que justamente esta “nada” (decididamente siempre entre comillas) podría, en lo más profundo, estar manteniendo unido al mundo (universo). Es más, los últimos datos cosmológicos parecen indicar con fuerza en esa dirección, de manera que las comillas estarían fuera de lugar, ya que estamos tratando con otro nivel de significación de la “nada”. Pero, según el estado actual de conocimiento, todo indica que la expansión del universo, no sólo no será frenada (debido a una eventual atracción gravitatoria, suficientemente fuerte, que en última instancia, después del “big bang” resultare en una tendencia a igualar la expansión y, finalmente, conducir a una reversión, el conocido “big crunch”), sino que por el contrario, debido al corrimiento al rojo que muestran las más distantes Galaxias, la expansión del universo en el curso de su envejecimiento será cada vez más rápida.

Una razón posible aceptada hoy en día es que podría existir una especie de “presión” del “Vacío” (el llamado “coeficiente Lamda” de Einstein), o un factor parecido, atribuible al ”Vacio” (“fuerza oscura”) que sería responsable de la aceleración de la expansión del universo. Desde el estado actual de nuestros conocimientos realmente sabemos ahora de que no hay “nada” que mantenga unido al mundo (universo) en su interioridad, por el contrario (y sólo aparentemente) esa “nada” lo está dispersando cada ve más rápidamente. Esta idea puede ser desagradable para muchas personas, porque representa la antítesis del concepto de “seguridad” colectiva, que si bien es bastante abstracto está muy presente en la conciencia humana; pero esto es precisamente lo que nos está diciendo la física en el comienzo de este siglo 21.

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Epílogo

Como anuncié inicialmente, es ahora el momento de comentar las diferencias esenciales entre la Física de comienzos del siglo 21 y la de comienzos del 20. La más sorprendente es que se da principalmente en términos sociológicos: Por ejemplo, mientras que en 1910 el número total de científicos alemanes, británicos y franceses era alrededor de 8.000 personas (probablemente una estimación global de la época no haría diferir apreciablemente esa magnitud), el número de científicos que trabajan actualmente en investigación y desarrollo en todo el mundo se estima en alrededor de 5 millones. Para el año 2000, hasta la vida cotidiana del planeta ya dependía en su mayor parte de los resultados de la investigación científica y tecnológica, cuya base había sido el “boom” mundial de la segunda mitad del siglo 20. [Hobsbawm]

Si al científico de hace 100 años, ocupado en la investigación de la física básica, nos lo podemos imaginar en posesión de una libertad individual relativamente grande, hasta el estereotipo del investigador genial, que solo en su pequeña habitación (por ejemplo en la oficina de patentes de Berna), se confronta con las grandes cuestiones de la filosofía natural, al físico típico del presente, por el contrario, no solo lo podemos imaginar sino que realmente es solo una “ruedita” en un amplio aparato de una industria mundial de investigación. Esto también tiene un impacto significativo en los contenidos del desarrollo de la ciencia y la investigación. En efecto, es indiscutible que cualquier formación social, incluidas las comunidades llamadas científicas, se estructuran y por lo tanto reflejan relaciones de poder. Esto era así hace 100 años y los sigue siendo hoy en día.

Debido a que el mencionado “aparato” científico de hoy en día es un gigante, es también mucho más significativa la lucha por el poder y la influencia. (Piénsese en los acalorados debates sobre el futuro de la NASA, o la anulación del proyecto de miles de millones para un “Super-Colisionador” americano en beneficio de otros proyectos). El discurso y las discusiones de poder conectadas con este estado de cosas, son ejecutadas actualmente en el espacio político público, que depende en gran medida de la presencia de los respectivos agentes en los medios de comunicación. Debido a este estado de cosas la política de investigación es hoy también, como nunca lo había sido antes, política de medios de comunicación. En otras palabras, el desarrollo de la ciencia se define hoy en día, mucho menos por factores endógenos propios de la ciencia, que por factores externos. El peligro es que la búsqueda de un nivel mínimo de “objetividad” sea subordinado cada vez más a intereses particulares.

Cuanto más fuerte la influencia de estos intereses, cuanto peor las perspectivas para la ciencia, o para su función esclarecedora. El ejemplo anterior respecto a la discusión básica sobre la teoría cuántica (véase por ejemplo la cita anterior de John Bell) indica que los discursos de poder jugarán un papel importante en la interpretación de esta teoría.

Incluso algunas de las ideas presentadas aquí en este aporte (la existencia de una dinámica sub-cuántica, y/o un “fluido” espacio-tiempo) no están exentas de controversia. En la discusión después de esta conferencia ha tomado la palabra un colega con la opinión de que ésta, per se, ya es una posición de “outsider”, y que en realidad sobre estas cuestiones, no “debería” discutirse ante la opinión pública. Referente a lo cual cabría contestar que la investigación siempre ha sido impulsada por posiciones no ortodoxas, siendo, por el contrario, semillas necesarias para futuros desarrollos.

En este caso particular puede ser fácilmente demostrado, que esta posición no sólo es la concepción de un premio Nobel de la física (Laughlin) sino que refleja una opinión bastante más amplia (aunque no en Austria). Unos meses después de nuestro evento en Klagenfurt fue publicada la prestigiosa revista popular “Scientific American” con el artículo principal y la tapa, dedicados a la teoría de un “fluido espacio-tiempo” o un nuevo tipo de “teoría del éter”. De manera que estas ideas ya no parecen tan exóticas.(Fig. 9) Me parece preocupante, sin embargo, que se objete que dicha discusión de ideas sea debatida en público. Estoy dispuesto a admitir que no cualquier amateur con poder debiera tener influencia en determinar cuales son las posiciones científicas dignas de tomarse o no en serio. Pero en realidad no se trata de eso. En el presente, el impacto de la investigación y la ciencia son materia de debate en un amplio sector del público, y como resultado se ha difundido al respecto un escepticismo general, en especial en relación a los fondos públicos necesarios para acometer nuevas investigaciones. En esta situación, creo que sería un grave error si los científicos se recluyeran en sus «torres de marfil” y llegaran a la conclusión de que sólo desde esa posición es posible realizar el proyecto futuro de la Ilustración.

Esto podría tener sentido en un marco acotado, pero corre el riesgo de que, negando la comunicación, se propicie el derrumbamiento de esa torre desde el exterior, desde un público podo comprensible y ajeno. Creo que sólo una amplio debate sobre las cuestiones de la ciencia, para un público interesado, puede ubicar al proyecto del esclarecimiento a la altura que le corresponde. Pues hoy en día sabe cualquier niño, que los resultados científicos pueden ser manipulados o falsificados, y que por lo menos pueden ser presa de intereses particulares o sectoriales. El escepticismo resultante y emergente a partir de estas realidades, no puede ser abordado con éxito, con la táctica de refugiarse en círculos “profesionales” para, de vez en cuando, propalar a la opinión pública “verdades comprobadas”, sino seguir obligados al espíritu democrático, considerándonos los depositarios de un mandato público.

También lo dicho es una característica esencial de la física en el comienzo del siglo 21. La misma se encuentra ante la decisión, más que nunca, de ser la mera acumulación (centrada solo en algunas cuestiones) de grandes proyectos tecnológicos además de las aplicaciones susceptibles de explotación comercial, en última instancia, presentados en eventos mediáticos de corta duración, o por el contrario, de permanecer fieles al proyecto esclarecedor de elevar cada vez más nuestra comprensión inteligente de la naturaleza. Si esto, como perspectiva, parece una posición demasiado defensiva, se podría agregar la opción optimista, en el sentido de que una política de medios consciente de la calidad, se le pusieran a disposición instalaciones idem, en aras de un amplio proyecto esclarecedor.

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Literatura :

Anderson, P., “Emerging physics”, Nature 434, 701 (2005).

Barrow, J. D., The Artful Universe, Oxford 1995.

Bell, J., Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge 1987.

Blumenberg, H., Die Genesis der kopernikanischen Welt, Frankfurt 1975.

Grössing, G. (2000), “Wasser als Vor-Bild zur Naturforschung”, in: Tagungsband Wasser, Schriftenreihe Forum der Kunst- und Ausstellungshalle der Bundesrepublik Deutschland Bonn, S. 69 – 81, Köln 2000.

Grössing, G. (2004), “From Hamiltonian Flow to Quantum Theory: Derivation of the

Schrödinger Equation”, Foundations of Physics Letters 17, 4, 343-362 (2004).  Siehe auch http://archiv.org/abs/quant-ph/0311109 .

Grössing, G. (2005), “Kontinuum. Die Geschichte einer Verdrängung, mit besonderem Augenmerk auf die Quantentheorie”, Österreichische Zeitschrift für Geschichtswissenschaften 16, 1, 137 – 167 (2005). Siehe auch http://web.chello.at/ains.

Hobsbawm, E., The Age of Extremes: A History of the World, 1914-1991, London 1994.

Holton, G., Thematic Origins of Scientific Thought, Cambridge 1988.

Horgan, J., The End of Science, New York 1997.

Laughlin, R. B., A Different Universe, New York 2005.

Mocuta, C., Reichert, H., Mecke, K., Dosch, H., and Drakopoulos, M., “Scaling in the Time Domain: Universal Dynamics of Order Fluctuations in Fe3Al”, Science 308, 1287 (2005) Siehe auch Science online Express Reports, 21 April 2005 http://www.esrf.fr/NewsAndEvents/PressReleases/Living_metals/ Nelson, E., “Derivation of the Schrödinger Equation from Newtonian Mechanics”, Physical Review 150, 1079 (1966). Siehe auch: Nelson, E., Quantum Fluctuations, Princeton 1985.

Whittacker, E. T., A History of the Theories of Aether and Electricity, London 1951.

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University of Florida.

Dark matter or background noise?

Results intriguing but not conclusive.

Filed under ”Research, Sciences’ on Thursday, February 11, 2010.

GAINESVILLE, Fla. — Physicists may have glimpsed a particle that is a leading candidate for mysterious dark matter but say conclusive evidence remains elusive.

A 9-year search from a unique observatory in an old iron mine 2,000 feet underground has yielded two possible detections of weakly interacting massive particles, or WIMPs. But physicists, who include two University of Florida researchers, say there is about a one in four chance that the detections were merely background noise — meaning that a worldwide hunt involving at least two dozen different observatories and hundreds of scientists will continue.

With one or two events, it’s tough. The numbers are too small,” said Tarek Saab, a UF assistant professor and one of dozens of physicists participating in the Cryogenic Dark Matter Search II, or CDMS II, experiment based in the Soudan mine in Northern Minnesota.

A paper about the results is set to appear Thursday in Science Express, the journal Science’s Web site for selected papers that appear in advance of the print publication.

Scientists recognized decades ago that the rotational speed of galaxies and the behavior of galaxy clusters could not be explained by the traditional forces of gravity due to the mass of visible stars alone. Something else — something invisible, undetectable yet extremely powerful — had to exert the force required to cause the galaxies’ more-rapid-than-expected rotational speed and similar anomalous observations.

What came to be known as “dark matter” — dark because it neither reflects nor absorbs light in any form, visible or other — is now estimated to comprise as much as 23 percent of the universe. But despite abundant evidence for its influence, no one has ever observed dark matter directly.

There are several possibilities for the composition of this mysterious, omnipresent matter. Particle physics theory points toward WIMPs as one of the most likely candidates.

WIMPs are “weakly interacting” because, although their masses are thought to be comparable to the masses of standard atomic nuclei, they have little or no effect on ordinary matter.

Among other things, that makes them extremely difficult to detect.

However, scientists believe WIMPs should occasionally “kick” or bounce off standard atomic nuclei, leaving behind a small amount of energy that should be possible to detect.

The CDMS II observatory is located a half-mile underground beneath rock that blocks most particles, such as those accompanying cosmic rays. At the observatory’s heart are 30 hockey-puck-sized germanium and silicon detectors cryogenically frozen to negative 459.58 Fahrenheit, just shy of absolute zero. In theory, WIMPs would be among the few particles that make it all the way through the earth and rock. They would then occasionally kick the atoms on these detectors, generating a tiny amount of heat, a signal that would be observed and recorded on the experiment’s computers.

Durdana Balakishiyeva, a postdoctoral associate in physics at UF, and Saab have participated in the analysis of data produced by the experiment as well as simulations of the detectors’ response. Beginning in 2007 they have helped to test many of the detectors at the UF campus in Gainesville which are being used in the successor SuperCDMS experiment. The UF tests involved cooling and operating the detectors just as they are operated in Minnesota to verify that they were up to par.

The 15 institutions participating in CDMS II gathered data from 2003 to 2009. Observers recorded the two possible WIMP events in 2007, one on Aug. 8 and the second on Oct. 27. Scientists had estimated that five detections would be sufficient to confirm WIMPs — meaning that the two fell short, according to the CDMS. But while the two detections may not be conclusive, they do help to set more stringent values on the WIMPs’ interaction with subatomic particles.

Up until now, not only us, but everybody was operating without statistics — we were blind in that sense,” Balakishiyeva said. “But now we can speak of statistics in some way.”

At the very least, the finding helps to eliminate some theories about dark matter — raising the profile of the WIMP and potentially accelerating the race to detect it.

Many people believe we are extremely close — not just us, but other experiments,” Saab said. “It is expected or certainly hoped that in the next five years or so, someone will see a clear signal.”

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