Maxwell y la concepción de la realidad física

6 08 2017

Albert Einstein

La influencia de Maxwell
en el desarrollo
de la concepción de la realidad física

Escrito a propósito del centenario del nacimiento de Maxwell (1931)

La creencia en un mundo externo independiente del observador radica en la base de toda ciencia natural. Sin embargo, como las percepciones sensoriales sólo nos informan sobre este mundo externo o realidad física de manera indirecta, es sólo especulativamente que podemos entenderlo. Consecuentemente, nuestras concepciones sobre la realidad física nunca podrán ser las últimas. Siempre debemos estar listos para cambiar estas concepciones, es decir, las bases axiomáticas de la física, para hacerle justicia a los hechos observados de la forma más lógica posible. En realidad, una mirada a los desarrollos de la física muestra que esta base axiomática se ha venido topando con cambios radicales de vez en cuando.

El cambio más grande en las bases axiomáticas de la física, y, correspondientemente, en nuestro concepto de la estructura de la realidad desde que Newton fundó la física teórica, llegó por medio de las investigaciones de Faraday y Maxwell sobre los fenómenos electromagnéticos. En lo que sigue trataremos de presentar esto en una forma más precisa, mientras analizamos los desarrollos previos y posteriores a ellos.

De acuerdo con el sistema de Newton, la realidad física está caracterizada por los conceptos de espacio, tiempo, el punto material y la fuerza (interacción entre puntos materiales). Los eventos físicos son considerados como movimientos que siguen las leyes de los puntos materiales en el espacio. El punto material es la única representación de la realidad al ser el sujeto del cambio. La idea del punto material deriva obviamente de los cuerpos observables; se concibe al punto material en analogía con los cuerpos móviles omitiendo sus características de extensión, forma, localidad espacial, y todas sus cualidades “internas”, reteniendo sólo la inercia, translación, y el concepto adicional de fuerza. Los cuerpos materiales, que habían psicológicamente llevado a la formulación del concepto de “punto material”, tenían ahora que ser concebidos como un sistema de puntos materiales. Se puede notar que este sistema teórico es esencialmente atomicista y mecanicista.

Todo lo que sucede tendría que ser concebido de forma puramente mecánica, esto es, como movimientos de puntos materiales que siguen las leyes de movimiento de Newton.

El aspecto más insatisfactorio de este sistema físico — además de la dificultad en torno al concepto de “espacio absoluto”, que ha regresado a la discusión recientemente — radica principalmente en la doctrina sobre la luz, la cual Newton había lógicamente considerado como constituida de puntos materiales. Aún en ese tiempo, la pregunta debió haber sido debatida acaloradamente: ¿qué le sucede a los puntos materiales que constituyen la luz cuando la luz en sí misma es absorbida? Más aún, es totalmente insatisfactorio introducir en la discusión dos tipos muy diferentes de puntos materiales que tenían que plantearse para representar a la materia ponderable y a la luz. Posteriormente, se agregaron los corpúsculos eléctricos como un tercer tipo de punto material con propiedades fundamentalmente diferentes. Además, fue una debilidad en la estructura básica el que las fuerzas interactuantes tuvieran que ser postuladas de manera arbitraría para explicar lo que sucedía. Sin embargo, este concepto de realidad tuvo muchos logros. ¿Cómo surgió entonces la convicción de que debía ser abandonado?

Para darle a su sistema una forma matemática completa, Newton tuvo primero que inventar el concepto de la derivada y plantear las leyes de movimiento en forma de ecuaciones diferenciales — quizás el paso intelectual más grande que había sido dado por el ser humano. No fue necesaria la utilización de ecuaciones diferenciales parciales, y Newton no hizo ningún uso metódico de ellas. Las ecuaciones diferenciales fueron necesarias, sin embargo, para la formulación de los mecanismos de los cuerpos deformables. Lo anterior tiene que ver con el hecho de que en tales problemas, la manera en que se pensaba que los cuerpos estaban constituidos, por puntos materiales, no jugó una parte significativa.

Así, las ecuaciones diferenciales parciales llegaron a la física como sirvientes, pero poco a poco tomaron el lugar de un amo. Esto comenzó en el siglo XIX, cuando bajo la presión de los hechos observacionales, la teoría ondulatoria de la luz se hizo valer por sí misma. La luz en el espacio vacío era concebida como una vibración del éter, y parecía ocioso concebirla como un conglomerado de puntos materiales. Aquí, por primera vez, las ecuaciones diferenciales parciales surgieron como la expresión natural de las realidades primarias de la física. En un área particular de la física teórica el campo continuo apareció hombro a hombro con el punto material como el representante de la realidad física. Este dualismo no ha desaparecido hasta hoy en día, molestando como debe ser a cualquier mente sistemática.

Aunque la idea de la realidad física había dejado de ser puramente atomicista, aún siguió siendo puramente mecanicista. Se buscaba todavía interpretar todo lo que sucedía como el movimiento de cuerpos internos: de hecho, no se podía imaginar cualquier otra forma de concebir las cosas. Entonces llegó la gran revolución, la cual estará ligada por siempre con los nombres de Faraday, Maxwell, Hertz. En esta revolución, Maxwell se llevó la mejor parte. Mostró que todo lo que se sabía sobre la luz y los fenómenos electromagnéticos podía ser representado por su famoso doble sistema de ecuaciones diferenciales parciales, en las que los campos eléctricos y magnéticos aparecen como variables dependientes. Para estar seguro, Maxwell trató de encontrar una forma de basar o justificar estas ecuaciones por medio de modelos ideados mecánicamente. Sin embargo, él empleó varios modelos de este tipo, uno tras otro, sin tomar a ninguno de ellos realmente en serio, de forma que sólo las ecuaciones en sí mismas aparecieron como la materia esencial, y los campos de fuerza aparecían en ellas como entidades últimas no reducibles a nada más. Con el cambio de siglo la concepción del campo electromagnético como una entidad irreducible fue generalmente establecida, y teóricos serios renunciaron a confiar en tener una justificación, o posibilidad, de un fundamento mecánico para las ecuaciones de Maxwell. Por el contrario, se hizo un intento de dar una explicación de teoría de campos a los puntos materiales y su inercia con la ayuda de la teoría de campo de Maxwell, pero este intento no tuvo éxito.

Si hacemos a un lado los importantes resultados específicos que la vida de trabajo de Maxwell aportó a importantes áreas de la física, y prestamos atención sólo a la modificación que experimentó la concepción de la realidad física por su causa, podemos decir que: antes de Maxwell, la gente concebía la realidad física — que representaba los eventos de la naturaleza — como puntos materiales, cuyos cambios consistían sólo en movimientos que están sujetos a ecuaciones diferenciales totales. Después de Maxwell, se concebía a la realidad física como representada por campos continuos, no explicables mecánicamente, sujetas a ecuaciones diferenciales parciales. Este cambio en la concepción de la realidad es el más profundo y el más fructífero que la física haya experimentado desde Newton; pero debemos admitir que la realización completa de esta revolución no ha sido concretada todavía. Los sistemas exitosos de la física que han sido establecidos desde entonces, más bien representan compromisos entre estas dos visiones, y, al tener carácter de compromisos, cargan con la marca de que son provisionales y lógicamente incompletos, aunque en algunas áreas han hecho grandes avances. De éstos, la primera que debe mencionarse es la teoría de Lorentz sobre los electrones, en la que el campo y los corpúsculos eléctricos aparecen lado a lado como elementos equivalentes en la comprensión de la realidad. Después, siguen la teoría especial y general de la relatividad que, aunque están basadas completamente en consideraciones de teoría de campo, hasta el momento no han podido evitar la introducción independiente de puntos materiales y ecuaciones diferenciales totales.

La última y más exitosa creación de la física teórica, la mecánica cuántica, difiere fundamentalmente en sus principios de los dos programas a los que designaremos brevemente como de Newton y de Maxwell. Esto se debe a que las cantidades que aparecen en sus leyes no intentan describir la realidad física en sí misma, sino sólo las probabilidades de ocurrencia de una de las realidades físicas a la que se presta atención. Dirac, a quien desde mi punto de vista estamos en deuda por la explicación más lógicamente completa de esta teoría, señala correctamente el hecho de que no debería ser fácil, por ejemplo, dar una descripción de un fotón de forma que se tuviera el entendimiento suficiente para juzgar si el fotón pasará por un conjunto de polarizadores o no.

Sin embargo, me inclino a pensar que los físicos no quedarán satisfechos a la larga con este tipo de descripción indirecta de la realidad, aún si una adaptación de la teoría en acuerdo con la relatividad general se lograra de manera satisfactoria. Entonces, seguramente regresarán al intento de lograr el programa que puede muy bien ser designado como maxwelliano: una descripción física de la realidad física en términos de campos que satisfagan ecuaciones diferenciales parciales de forma que estén libres de singularidades.

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Mapa genético de migraciones a América 

4 08 2017

El último y más detallado estudio sobre el poblamiento de América,[25]​ analiza 52 pueblos americanos, 17 siberianos y 300 000 variantes de secuencias de ADN, concluyendo en lo siguiente:[26]

  • La mayoría de la población nativa americana desciende enteramente de un solo grupo de primeros migrantes que cruzó Beringia, un puente que unió Asia y América durante la era de hielo. De allí se produjo una expansión por todo el continente, seguido de múltiples divergencias y finalmente hubo poco flujo genético entre los grupos nativos americanos, especialmente en América del Sur.
  • Se produjeron dos migraciones posteriores que dejaron una huella genética entre los hablantes de lenguas na-dené y esquimoaleutas. Estas migraciones se mezclaron con los primeros pueblos nativos ya establecidos, de tal manera que los pueblos na-dené presentan la mayor parte del genoma de la primera migración, un 90%, mientras que en los esquimoaleutas se conservó el 50 % del mismo.
  • También se produjo una migración de regreso de América hacia Siberia, tal como se ve en el análisis genético de los pueblos esquimo-siberianos y en chukchis.


Los Retos de la Razón

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Sistema de autocorrección

4 04 2017

​La ciencia no es dogmática. Si usted tiene pruebas contundentes para comprobar de forma razonable que una teoría está mejor fundamentada que otra, entonces la comunidad científica adoptará la más completa.

Este sistema de autocorrección de la ciencia hace posible su desarrollo. 

Los dogmas, por el contrario, no permiten cuestionamientos y, por lo tanto, no corrigen errores propios.

Dante Amerisi, Los Retos de la Razón.

Definición de dogma: Punto esencial de una religión, una doctrina o un sistema de pensamiento que se tiene por cierto y que no puede ponerse en duda dentro de su sistema.





La manzana

19 03 2017

​Una mujer de túnica roja y capucha está en un lugar donde la gravedad es de 9.81 m/s^2 , y deja caer una manzana desde una altura de 1 metro.

Suponiendo que la fricción del aire es despreciable:

1.- ¿Cuánto tardará la manzana en tocar el suelo?

2.- ¿Qué velocidad en kilómetros por hora alcanzará la manzana justo antes de tocar el suelo?

3.- Si la mujer se comiera media manzana antes de soltarla, ¿caería esta más rápido o más despacio que si estuviera entera?

4.- ¿Sobre qué cabeza cayó la manzana?

5.- ¿Quién murió al comer un trozo de manzana con cianuro?

6.- ¿Qué historia de una manzana considera a la adquisición de conocimiento un pecado?

7.- Si esta fuese una historia, ¿cuál sería en nombre de la mujer?

8.- ¿Cuántas preguntas crees que respondiste correctamente sin ayuda?

Los Retos de la Razón 

La manzana





Stephen Hawking, estudiante

2 02 2017

​Un condiscípulo de Stephen Hawking cuenta: “Debíamos estudiar un capítulo de electromagnetismo con 13 preguntas decisivas para un examen. En una semana, Richard y yo logramos contestar una pregunta y media; Gordon pudo contestar otra. Stephen no había siquiera comenzado a estudiar, cuando entró a su habitación a las 9 am. Al mediodía le preguntamos cuántas pudo responder.

-Sólo tuve tiempo de resolver las primeras diez- respondió.

Entonces me di cuenta de que no éramos del mismo planeta.”

Los Retos de la Razón 







Bach to space

19 01 2017

Cuando preguntaron al biólogo y filósofo Lewis Thomas cuál sería la obra que recomendaría lanzar al espacio con la idea de que algún día la descubriera alguna civilización del espacio exterior, respondió: “Yo enviaría las obras completas de Johann Sebastian Bach, pero eso sería un alarde”.

Los Retos de la Razón.

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Un ser evolucionado

8 01 2017

La secuencia del genoma humano tiene 26,000 genes y la planta de arroz 50,000. El arroz es un ser vivo más evolucionado. El  ser humano no puede pasar el invierno sumido en agua fría, alimentándose de la luz solar y del gas carbónico, porque no tiene un equipo genético suficiente. No es tan evolucionado como el arroz.

Dante Amerisi,
Los Retos de la Razón.

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