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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Un oscuro personaje

28 07 2017

​Hace mucho tiempo, en la antigüedad más lejana, un oscuro personaje percibió el miedo que causaban los fenómenos naturales a los hombres e inventó deidades para explicarlos. Se aprovechó de la ignorancia que prevalecía y pidió ofrendas y sacrificios que podían beneficiarlo sólo a él, pues los dioses no consumen alimentos ni requieren de oro, dinero o poder material. La actividad de esos individuos se extendió a lo largo y ancho de la Tierra hasta nuestros días. Y aún ahora, aunque ya existen explicaciones razonadas para casi todo, los descendientes de aquel oscuro personaje continúan viviendo a costa de la superstición de los demás.

Dante Amerisi.

Los Retos de la Razón 

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Un oscuro personaje





Cosas simples y cotidianas

17 07 2017

​Nos gusta vernos sorprendidos por grandes y ruidosas cascadas, por barrancas profundas o altas montañas, por la abrumadora inmensidad del mar o del cielo. Y sí, puede que nos causen una gran emoción. Pero hay cosas más simples y cotidianas que llenan los vacíos más grandes de nuestras vidas, sin necesidad de tal despliegue de grandiosidad.


Dante Amerisi, El hombre y su desierto.

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Arte moderno 

3 07 2017

Y es que, cuando pretendimos inventar el arte más moderno de la historia, nos dimos cuenta de que también era el más antiguo. 

Dante Amerisi. Los Retos de la Razón.

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¿Qué habría pasado…?

3 07 2017

​¿Qué habría pasado si los hombres de ciencia no se hubieran arriesgado a cuestionar los dogmas de la religión?

Aún quedan muchas creencias que contradicen o niegan fenómenos naturales, hechos y evidencias científicas. Ha costado mucho esfuerzo educar a la humanidad para aprender y razonar.

¡Promueve la ciencia y el uso de la razón!

Aquí no se pide “creer” en la ciencia, pues no es un dogma y no requiere de fe, sino de razonamiento y cuestionamiento. Es normal que una persona que no sabe lo que es un dogma piense que la ciencia también los tiene. Es normal que una persona que ignora lo que es el método científico piense que la ciencia se nutre de creencias, como hacen las religiones, en lugar de hechos corroborables.

La ciencia se basa en la razón y la metodología científica, no emite conceptos sagrados o incuestionables, sino que se autocorrige, está en constante cuestionamiento y evolución y jamás pedirá la aceptación ciega de sus conceptos, pues promueve la revisión. 

Un dogma en cambio, es parte fundamental de una religión, es incuestionable y ha sido enunciado por algún tipo de autoridad, que pide aceptarlos, sin más.

Cada individuo debe decidir si usa sus capacidades intelectuales y de raciocinio propias, o se entrega a la aceptación ciega de una creencia dogmática. 

La ciencia invita a razonar, no a mantener creencias.

Dante Amerisi. Los Retos de la Razón.
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La medida

25 06 2017

​Contaba mi abuelo Pane que en la mina donde él trabajaba, el encargado de contratar el personal tenía un sistema especial de selección. Se decía que eran contratados sólo aquellos que daban la medida, cosa que despertaba cierto misterio. Sucedió que un día a alguien se le negó su contratación porque no daba la medida. El rechazado argumentó que era fuerte, trabajador, entusiasta y además era alto, así que no entendía porqué no habia sido contratado. “No diste la medida”, repetía simplemente el contratador. Desesperado, el trabajador cuestionó a que medida se refería. Entonces el contratador, con cierto enfado, respondió: “A ver, dime tú, ¿cuánto me diste?”

Efectivamente, el trabajador no había dado “la medida”.

Dante Amerisi.

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En la gruta de los Garadables

20 06 2017

​Hay una gruta que se forma de la ruptura en la roca sólida de la indiferencia. En ella, miles de ojos murciélago revolotean, entran y salen y se quedan colgados del techo de la caverna. Las estalactitas y las estalagmitas apuntan su mirada unas a otras, esbozando una lógica mutua que se contradice constantemente. En el suelo, las huellas de los visitantes se han borrado, o es que quizá nunca hubo visitantes, sólo prehistóricos caracoles que han quedado fosilizados en una larga fila, como esperando su turno para entrar y salir a la función que la historia les tiene preparada en la gran sala de la gruta, sin butacas. El filme se proyecta no en una pantalla, sino en un lienzo, pintando imágenes tangibles, maleables, manipulables, que pueden arrancarse si uno tira con fuerza de ellas. Tal es la gruta de los Garadables, cuya entrada podría ubicarse en un mapa, de no ser porque su salida existe únicamente en la imaginación.

Dante Amerisi. Los Garadables.

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