domingo, 17 de abril de 2016

La teoría de cuerdas vs el método científico.

      Desde los inicios de la ciencia y la filosofía, los seres humanos hemos buscado incesantemente una única teoría que pueda explicar todo lo que vemos, el cosmos en su conjunto. Numerosos pensadores han buscado este principio (incluyendo a algunos tan eminentes como el científico Albert Einstein) pero sin éxito todavía. Sin embargo, en los últimos tiempos parece que ha surgido una teoría  científica que podría dar respuesta a todos los fenómenos físicos, una teoría del todo: la teoría de cuerdas o teoría M. A pesar de lo prometedora que parece esta teoría, cuenta con tantos seguidores como detractores, ya que su confirmación experimental podría tardar muchos años en llegar, o quizás nunca producirse. Es por esto que algunos científicos abogan por aceptar la teoría sin pasar por la confirmación experimental, rompiendo con el método científico por el camino. ¿Está este movimiento justificado? ¿Es la teoría de cuerdas el camino hacia la ansiada teoría del todo? Y lo que es más importante, si se niega la necesidad de método científico, ¿no correría la física teórica el riesgo de transformarse en pseudociencia?



      La teoría de cuerdas surgió a mitades del siglo XX, y se basa en la premisa de que existen unas entidades mucho más pequeñas que los átomos y que los quarks: unos filamentos unidimensionales de energía pura (que se suelen simbolizar como cuerdas, de ahí el nombre de la teoría). Estas cuerdas vibraría a diferentes frecuencias, y estas distintas vibraciones serían las causantes no solo de las partículas con masa, como los electrones o protones, sino también de las fuerzas que existen entre ellas: gravitacional, electromagnética, nueclear fuerte y nuclear débil. Es precisamente por el hecho de que se propone un origen común para esas cuatro fuerzas y la materia por lo que se sospecha que la teoría de cuerdas podría ser la ansiada teoría del todo. No obstante, existen ciertos aspectos de esta teoría que levantan serias dudas sobre la misma, siendo uno de los más controvertidos el hecho de que se necesita que nuestro mundo esté compuesto por un mínimo de once dimensiones para que la teoría sea consistente matemáticamente (diez espaciales y una temporal), en lugar de las cuatro dimensiones a las que estamos acostumbrados (anchura, altura, longitud y tiempo). Para justificar este aumento de dimensiones, los defensores argumentan que esas diez dimensiones espaciales existen en nuestro universo, solo que la mayoría están tan enrolladas que no las percibimos (un ejemplo común de este fenómeno es el hecho de, visto a distancia, un cable de teléfono puede parecer un objeto unidimensional, aunque al acercarse uno constate que tiene más dimensiones).




      El problema de las dimensiones no es el único problema al que se enfrenta la teoría de cuerdas, ni mucho menos el más importante. El verdadero problema reside en el mismo núcleo de la teoría: como estas cuerdas son tan infinitamente pequeñas, construir un artefacto capaz de observarlas podría ser muy costoso o simplemente imposible, y lo mismo ocurre con las dimensiones extra. Además, la teoría predice tantos posibles resultados diferentes dependiendo de la geometría de las dimensiones enrolladas (unos diez elevado a quinientos) que es incapaz de hacer ninguna predicción, y lo que es más importante, al existir tantos posibles resultados, ninguna observación empírica de cualquier fenómeno podría contradecirlos todos, por lo que la teoría no es falsable (un término acuñado por el filósofo de la ciencia Karl Popper, que hace referencia al proceso por el que se descartan aquellas teorías científicas que contravienen la experiencia). Debido a que no se puede confirmar experimentalmente, la teoría de cuerdas no puede ser considerada científica, pues choca con uno de los principios fundamentales del método científico. Aún así, existen científicos que defienden que la teoría de cuerdas sea aceptada como científica, argumentando que no existe ninguna alternativa viable a la misma y que al ser tan elegante y explicativa, no necesita ser probada experimentalmente. De igual modo, muchos otros científicos y filósofos se han posicionado en el lado contrario, en defensa del método científico, negando que la elegancia y la capacidad de explicar sucesos variados sea suficiente prueba para ser considerada científica (como se explica en el artículo "Scientific method: Defend the integrity of physics" de la revista Nature).




      ¿Quién ganará este acalorado debate? ¿Los defensores de la teoría de cuerdas, o los del método científico? El resultado de esta discusión podría cambiar el futuro de la ciencia para siempre, por lo que habremos de mantenernos atentos a las novedades en este campo.


Fuentes:

http://www.astromia.com/astronomia/teoriacuerdas.htm

http://www.physics.org/article-questions.asp?id=47

https://www.ted.com/talks/brian_greene_on_string_theory#t-105364

http://www.nature.com/news/scientific-method-defend-the-integrity-of-physics-1.16535

https://en.wikipedia.org/wiki/String_theory

https://es.wikipedia.org/wiki/Karl_Popper





domingo, 10 de abril de 2016

Efecto Doppler

En esta entrada se va a tratar de exponer y explicar el efecto doppler y su papel en la física actual.
Doppler es un efecto referente al comportamiento físico de las ondas, y consiste en el cambio de frecuencia de éstas debido al movimiento relativo de la fuente (de las ondas) respecto al observador.
Si en el movimiento la fuente y el observador se acercan, la frecuencia aumentará, y si en el movimiento se alejan.
Este efecto se puede aplicar a todo tipo de ondas, tanto lumínicas como sonoras

Gráfico en movimiento de efecto Doppler en una fuente en movimiento.



Como se puede apreciar en el gráfico, en la dirección hacia la que se desplaza la fuente las distintas partes de la onda se aglutinan y están más próximas unas a otras, y de esa manera la onda se compacta. A eso es a lo que nos referimos con mayor frecuencia, a que hay menor espacio de tiempo entre la percepción de un período de la onda y otro.



En el caso de las ondas sonoras, al tener una frecuencia alta se perciben como un sonido agudo, y al descender la frecuencia se perciben como un sonido más grave. Esto se comprueba de manera cotidiana al pasar por una vía transitada por vehículos motorizados ruidosos (véase, coches). Al acercarse los vehículos a nosotros (observadores) percibimos un sonido relativamente agudo, en comparación al que oímos cuando el automóvil nos sobrepasa y comienza a alejarse.
Curiosidad: el efecto Doppler de las ondas sonoras tiene una aplicación útil en algunos radares que miden la velocidad de los vehículos en las carreteras. Lo hacen a partir de las ondas sonoras que emite el coche.

He aquí una página web que explica de manera didáctica el efecto.



En el caso de las ondas lumínicas, al tener una frecuencia alta tienden a percibirse como luz azulada, y a medida que la frecuencia desciende el color de la luz se va corriendo hacia el rojo.
Esto se debe a que los colores violáceos y azules (en la luz) tienen la frecuencia más alta dentro del espectro visible, y el rojo es el que tiene la más baja. Por lo tanto si un objeto luminoso se nos acerca, su color natural se desplazará hacia el azul en la gama de colores, y si se aleja se desplazará hacia el rojo.




Este efecto aplicado a las ondas lumínicas ha sido muy útil a la hora de investigar el universo, ya que ha ayudado a demostrar su constante expansión. Esto es de la siguiente manera: a través de los telescopios los científicos han observado que muchos astros presentaban una coloración rojiza en comparación a la que deberían tener (blanquecina). La conclusión que se extrae de esto es que se mueven respecto a nosotros, alejándose constantemente.
Esto se puede observar claramente en la imagen previa.





Fuentes:
Efecto Doppler, Ondas educaplus.org
Onda - Wikipedia, la enciclopedia libre-
I.E.S "POETA CLAUDIO RODRÍGUEZ"
Efecto Doppler - Wikipedia, la enciclopedia libre
BRAINIAC - LA TROCHITA / EFECTO DOPPLER - YouTube
Efecto Doppler




Espectroscopía y Hubble: Un universo en expansión.

        A comienzos del siglo XX, nuestra concepción del universo cambió de manera drástica debido a una revolución en el campo de la física: el surgimiento de dos nuevas teorías que explicaban el universo macroscópico y microscópico, la relatividad y la mecánica cuántica (respectivamente); además de otros muchos descubrimientos experimentales u observacionales que motivaron la aparición de estas teorías o que supusieron una revolución en sí mismos. Uno de estos descubrimientos fue realizado por Edwin Hubble, quien en 1929 observó que el Universo se estaba expandiendo, desterrando definitivamente la idea de un universo estático con un tamaño fijo y sentando las bases para teorías posteriores igualmente revolucionarias, como la del Big Bang. Pero, ¿cómo se llegó a esta conclusión? 





        
         En primer lugar, debemos referirnos a la espectroscopía, pues es la clave para comprender el descubrimiento de Hubble. La espectroscopía estudia la relación que existen entre materia y radiación electromagnética, es decir, entre los objetos y la luz que estos emiten. 

        Nuestra comprensión moderna de la luz comenzó con los experimentos con prismas de vidrio de Isaac Newton, quien demostró que cualquier haz de luz blanca se descompone en los colores del arco iris. Posteriormente, el astrónomo y físico Joseph von Fraunhofer descubrió que el espectro de luz solar estaba dividido por unas líneas o bandas oscuras; por el contrario, la luz generada en el laboratorio mostraba una serie de líneas estrechas, coloreadas y brillantes sobre un fondo negro que variaban dependiendo del elemento que se hubiese calentado. Surgió la idea de utilizar estas líneas de color para identificar a los elementos, y de este modo nació la espectroscopía.





        La aparición de la espectroscopía supuso numerosos descubrimientos tanto en física como en química, como, por ejemplo, el descubrimiento del elemento químico helio (He) al analizar la luz procedente del Sol. Además, gracias a la espectroscopía se demostró que los elementos que forman la Tierra y los que forman el resto del universo son los mismos, por lo que (como ya puso de manifiesto la teoría de la gravitación universal de Newton) quedó demostrado una vez más que nuestro planeta no es sino uno más en el universo.

        Sin embargo, hacia comienzos del siglo XX, el uso de esta técnica para observar galaxias lejanas dio lugar a un curioso resultado: la disposición de las líneas del espectro de luz de estas galaxias coincidía con la de algunos elementos conocidos, pero estaban desplazadas hacia el color rojo. El astrónomo Edwin Hubble propuso en 1929 que este corrimiento hacia el rojo se debiese a que las galaxias lejanas se estuviesen alejando de nosotros, apoyándose esta opinión en el conocido como efecto Doppler (un fenómeno que se explicará con mayor profundidad en una entrada posterior). Este alejamiento progresivo de las galaxias solo podía significar que el universo se estaba expandiendo, lo cual se oponía radicalmente a las opiniones históricamente aceptadas de otros grandes científicos o filósofos como Aristóteles o Newton.





        Gracias a los descubrimientos de Hubble, surgió la teoría del Big Bang, una de las teorías más aceptadas y reconocidas globalmente en la actualidad, y la cosmología científica encontró un nuevo y apasionante campo de estudio: el de los primeros momentos de vida del universo.

         La espectroscopía comenzó su camino hace cuatro siglos en Inglaterra gracias a unos prismas de vidrio, y ya ha dado sus frutos gracias a científicos como Hubble. ¿Quién sabe de lo que seremos capaces en el futuro con un instrumento tan útil?


Fuentes:

La paradoja de los gemelos



               La paradoja de los gemelos              
  
            A continuación, me dispongo a explicarles la famosa ''paradoja de los gemelos'' sin profundizar en detalle en la teoría de la relatividad de Einstein, ya que para ello tendría que explayarme demasiado y esta entrada se volvería tediosa y aburrida.

            Imaginemos 2 hermanas gemelas, Raquel y Cristina. Raquel es seleccionada para viajar a un planeta a años luz de la Tierra y parte hacia él en una nave espacial. La nave dispone de unos modernísimos sistemas de propulsión, los cuales le permiten viajar a una velocidad cercana a la luz.
Raquel llega a su destino, pasa allí unos años y vuelve. Cuando llega, se encuentra con que Cristina, que se había quedado en la Tierra, ha envejecido más que ella. ¿Cómo ha podido ocurrir esto?

Este hecho se explica mediante el efecto de dilatación temporal, para explicar este fenómeno, haremos otro ejercicio mental. Dos personas, llamemoslas Julián y Guillermo. Estos se encuentran en el vacío moviéndose uno respecto al otro en una velocidad constante. Guillermo tiene un artilújio compuesto por 2 espejos paralelos a una distancia determinada con un rayo de luz rebotando en los espejos. Cada vez que el rayo rebota contra un espejo marca un ''tic'' en el sistema de referencia de Guillermo. El kid de la cuestión viene ahora, supongamos que Julián observa lo que le ocurre a Guillermo cuando éste pasa justo delante de él, de modo que él la ve moverse “de izquierda a derecha”. Lo que ve Alberto que hace el rayo de luz en el reloj no es lo mismo que ve Ana, pues los espejos se mueven.
Mientras Guillermo percibe que el reloj funciona así:
Espejos y luz relativistas






Julián ve esto:

Espejos relativistas y luz







Por lo tanto, el tiempo no transcurre igual para los 2, el tiempo para Julián transcurre más lento, es decir, se dilata.


Volviendo al tema de los gemelos, la verdadera paradoja comienza ahora. Cristina ve a su hermana moverse respecto a su sistema de referencia y el tiempo pasa más despacio para esta. Pero si lo vemos desde el punto de vista de Raquel, en su sistema de referencia, la nave espacial, es la Tierra la que se mueve con velocidades cercanas a la luz, por lo tanto al volver, para la gemela viajera, su hermana tendría que ser la que se mantiene joven  Y lógicamente, esto no puede ocurrir. O tienen la misma edad, o uno es más joven que el otro, pero no puede ser que ambos sean más jovenes que el otro simultáneamente. He ahí la paradoja.



Fuentes:

http://eltamiz.com/2007/05/18/relatividad-sin-formulas-dilatacion-del-tiempo/

http://www.malaciencia.info/2006/08/la-paradoja-de-los-gemelos_03.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Dilatación_del_tiempo

http://www.batanga.com/curiosidades/2011/06/06/la-paradoja-de-los-gemelos-de-einstein