Ciencia: Las ciencias exactas, la física y el CERN.

1.- Introducción.

El presente artículo es de divulgación científica y en él se hace referencia a la importancia  e incluso “belleza” del lenguaje matemático para describir el mundo de la Física mediante una serie de fórmulas y ecuaciones que no solamente representan la verdad, sino que además lo hacen con elegancia; Bertrand Russell, filósofo, matemático, y escritor británico (mayo 1872, febrero 1970)  ganador del Premio Nobel de Literatura (1.950) lo expresó así:

“Las matemáticas, vistas correctamente, poseen no solo la verdad, sino una belleza suprema, una fría y austera belleza, como la belleza de la escultura.”

Esa belleza de las matemáticas como elemento de verdad se encuentra representada en la plaza Galileo Galilei del CERN. La escultura “Wandering the immeasurable”,  “Vagando por lo inconmensurable” (del escultor canadiense Gayle Hermick)  y cuyo nombre da título al artículo del Dr. García Morales, reproducido en el punto 3.

2.- Sobre el CERN.

CERN,https://home.cern/ , “Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” , en español: “Consejo Europeo para la Investigación Nuclear”

es el mayor laboratorio de investigación en física de partículas del mundo.

Está situado en Suiza cerca a la frontera con Francia.

Al pie de este artículo un video de YouTube describe brevemente su organización:

Diez cosas que no sabías del CERN

3.- “Vagando por lo inconmensurable”.

artículo publicado en Naukas por el Dr.  Héctor García Morales físico por la Universidad de Barcelona, que completó un máster en aceleradores de partículas para posteriormente acabar realizando el doctorado en el CERN.

Wiston Churchill dijo que la historia la escriben los vencedores. Es por eso, que los vaivenes de la humanidad, tal y como los explican los libros de historia, reflejan un punto de vista concreto, subjetivo, ligado a los intereses, prejuicios y predilecciones de una generación determinada. Pero hay una parte de la historia, ligada no a los intereses pero sí al progreso, que se encuentra escrita en un lenguaje diferente. Un lenguaje imparcial y objetivo: las matemáticas.El hecho es que la naturaleza es matemática. El mundo físico puede describirse a partir de una serie de reglas básicas, relativamente sencillas, expresadas a través de fórmulas y ecuaciones. Un hecho, sin duda, destacable. La naturaleza no tendría porqué estar escrita en un lenguaje que los humanos podamos comprender. El problema, paradójicamente, es que sí que lo está. Eugene Wigner expresaba así su conmoción ante la magnitud del asunto en su artículo “The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences”:“El milagro de las matemáticas como formulación de las leyes de la física es un regalo maravilloso que ni comprendemos ni merecemos. Debemos dar gracias y esperar que permanezca así en las investigaciones del futuro y que se extienda, para bien o para mal para nuestro placer o para nuestra confusión, a otras ramas del conocimiento.”Las ecuaciones de hoy se apoyan sobre los signos de igualdad de las ecuaciones del siglo pasado. La relatividad especial se sustenta sobre las ecuaciones de Maxwell. La relatividad general, sobre la ley de la gravitación de Newton. De esta manera podemos trazar una línea continua que nos lleva de descubrimiento en descubrimiento para llegar a comprender dónde estamos hoy. La historia de la ciencia es la verdadera historia de la humanidad.

Pero las matemáticas no solamente representan la verdad, sino que además la hacen con cierta elegancia. Bertrand Russell, en una cita incluida en al comienzo del artículo de Wigner, expresaba que:“Las matemáticas, vistas correctamente, poseen no solo la verdad, sino una belleza suprema, una fría y austera belleza, como la belleza de la escultura.”Esa belleza de las matemáticas como elemento de verdad se encuentra representada en la plaza Galileo Galilei del CERN. La escultura “Wandering the immeasurable”, del escultor canadiense Gayle Hermick, es un homenaje a los grandes descubrimientos de la historia de la física: desde el descubrimiento en Mesopotámia del cálculo sexagesimal hace tres mil quinientos años hasta el descubrimiento del bosón de Higgs, unos cien metros debajo de donde se encuentra la escultura.

Cada uno de los descubrimientos está inscrito en láser a lo largo de 37 metros de acero en el lenguaje de las matemáticas. La escultura se retuerce en el aire simbolizando el camino impredecible que recorre la ciencia en su afán por el descubrimiento. La obra se encuentra justo delante del emblemático Globo de la Ciencia y de la Innovación. Un espacio abierto a los visitantes que se acercan al laboratorio representando un puente entre la ciencia y la sociedad.Sin duda, esta es una obra inacabada. El gran objetivo de la física es encontrar la ecuación que ponga el punto y final. La ecuación que englobe a todas las anteriores en una teoría definitiva. Por el momento, no sabemos cuantas líneas más deberemos escribir en la historia de la ciencia hasta alcanzar nuestro objetivo. Ni sabemos siquiera si esa historia realmente va a tener un final.

F.J. de C.

Madrid, 29 de octubre de 2.016

Albert Einstein, en el centenario de su “Teoría General de la Relatividad”.

(GTRES)

La personalidad de Einstein: el genio que cambió la Física

Albert Einstein ( Ulm, Imperio alemán, 14 de marzo de 1879-Princeton,Estados Unidos, 18 de abril de 1955), el “Hombre más importante” del siglo XX, como lo designaría décadas después la revista Time,  fue un físico alemán de origen judío, nacionalizado después suizo y estadounidense.  Su figura ha trascendido lo puramente científico y se ha situado como uno de los personajes más conocidos y más lúcidos en la cultura siendo, desde luego, un fenómeno mundial, reconocido como uno de los más influyentes del siglo pasado.Ello ha contribuido a que no solo su obra científica se haya dado a conocer ampliamente sino también muchos datos sobre su vida, algunos de los cuales, como pasa con las personas más populares, son falsos o incorrectos.

El siguiente video de YouTube narra con humor y sencillez algunos episodios de la vida de Albert Einstein:

El 25 de noviembre de 2015 se cumplen 100 años de la presentación por parte de Albert Einstein ante la Academia Prusiana de Ciencias en Berlín de las ecuaciones de su Teoría General de la  Relatividad, una extensión de su ya famosa por entonces Teoría Especial de la Relatividad; un logro que le coloca a la altura de los más grandes de la historia de la ciencia como Newton o Copérnico.

Desde los años en que se convirtió en un apátrida al renunciar a la nacionalidad alemana hasta esos últimos días de vida en un hospital papel y lápiz en mano trabajando, pese al aneurisma por el que moriría, la vida de Albert Einstein está llena de historias. Historias reales, hechos, anécdotas, con los que acercarse, aunque sea levemente, a la persona que fue el genio que cambió la Física para siempre con su Teoría de la Relatividad.

Alemán sólo de nacimiento pues cuando tenía 16 años renunció a la nacionalidad. Tras irse de Munich a Pavía en 1894 sin haber terminado el último curso, siguiendo así los pasos de sus padres que se habían mudado por lo mal que iba la fábrica de su progenitor, renunció a su nacionalidad alemana, lo que provocó que viviera durante cinco años como apátrida.La nacionalidad que deseaba era la suiza, ya que solamente allí había una Universidad, la de Zurich, en la que podría estudiar aunque no hubiera terminado el último curso.

Einstein visitó España en 1923 para dar unas conferencias (estuvo en Madrid, Barcelona y Zaragoza), recibió el título de Académico de la Academia de las Ciencias, fue recibido por el rey Alfonso XIII, y también investido Doctor Honoris Causa por la Universidad Central de Madrid. Diez años después, en 1933, el Consejo de Ministros del gobierno republicano aprobó la creación de una cátedra extraordinaria para Einstein en la Universidad Central de Madrid. Aceptó y aquello llamó la atención en el mundo entero, sin embargo, los años pasaban y la Guerra Civil dio al traste con la cátedra y el centro de investigación que iba a crearse y que habría sido una auténtica revolución científica.

Murió de un aneurisma el 18 de abril de 1955 pasada la una de la madrugada, pero antes, aunque ya ingresado en el hospital de Princeton (EE.UU.) desde el día 15, tuvo una mejoría que le llevó a querer trabajar. Así que en sus últimas días pidió gafas y folios para trabajar. Aquellos últimos escritos se conservan.

La historia de la construcción de la “relatividad general” es un acontecimiento digno de estudio dentro del campo de la historia de la ciencia. Llegar a la forma definitiva de su teoría requirió por parte de Einstein un profundo trabajo conceptual y matemático.

El artículo fundacional de la relatividad general se tituló: “Las ecuaciones de campo de la Gravitación”.

Se trata, obviamente, de un artículo  difícil de leer, no solo para los legos en la materia sino incluso también para los profesionales; por ello a continuación citamos muy brevemente algunas ideas que contiene sin penetrar  en  vericuetos técnicos sino solamente en algunos conceptos muy resumidos de los que contiene:

De acuerdo con la forma definitiva de la “relatividad especial (1.905)”,  en esta teoría se puede deducir que ningún efecto físico usual se puede propagar a mayor velocidad que la de la luz en el vacío.Esto supone un problema para la gravedad de Newton vista desde la óptica de la relatividad especial.

Las leyes de la física han de ser las mismas para cualquier observador, independientemente de su estado de movimiento.

La teoría de Einstein acomoda la gravedad y la relatividad especial, al establecer ésta  que las leyes de la física han de ser iguales para todos los observadores que se mueven en línea recta y a velocidad constante.  Es decir, ningún experimento físico nos puede ayudar a decidir si alguien se está moviendo en línea recta a velocidad constante o está en reposo;  esos son conceptos relativos.

Una de las características más fuertes que se exige a la relatividad general es que cuando consideremos campos gravitatorios débiles y partículas que se mueven a muy baja velocidad (comparada con la de la luz en el vacío) es que se recupere la ley de Newton.

Es decir, la teoría de la relatividad general no dice que la teoría Newtoniana sea errónea.  Lo que hace es generalizarla y contextualizarla, nos explica que dicha teoría Newtoniana funciona muy bien en determinados regímenes físicos.

La pieza clave

En la teoría de Newton, la gravedad está generada y es sentida por la masa de los cuerpos.  En la teoría de la relatividad especial de Einstein la masa no es más que una forma de energía.  Por lo tanto, Einstein determinó que cualquier forma de energía generaría y sentiría la gravedad.  Si en una región del espaciotiempo tengo una energía distribuida en ella y hay flujos de la misma eso influirá en la geometría del propio espaciotiempo.   Actualmente llamamos a dicho objeto tensor de energía-momento.  Einstein lo llamaba tensor de energía de la “materia”.  En su contexto, “materia” indica todo aquello que no es gravedad.  Todavía se usa esa nomenclatura en astrofísica y cosmología.  Por materia hemos de entender cualquier forma de energía.

El punto clave es que la energía ha de conservarse en relatividad general respecto a cualquier observador.  Ese fue uno de los puntos más caliente en el trabajo de Einstein.  Esta cuestión derivó en idas y venidas alrededor de la formulación correcta de la teoría. La que presentó un 25 de noviembre de 1915.

F.J.de C.

Madrid, 29 de Noviembre de 2.015