DANIEL FARÍAS (Buenos Aires, 1965) es físico experimental, formado en la Universidad de Buenos Aires y en la Universidad Libre de Berlín, donde se doctoró en 1996. Desde 2007 es profesor titular en la Universidad Autónoma de Madrid, donde investiga en diversos temas de Física de la Materia Condensada. Ha publicado más de 100 artículos […]
DANIEL FARÍAS (Buenos Aires, 1965) es físico experimental, formado en la Universidad de Buenos Aires y en la Universidad Libre de Berlín, donde se doctoró en 1996. Desde 2007 es profesor titular en la Universidad Autónoma de Madrid, donde investiga en diversos temas de Física de la Materia Condensada. Ha publicado más de 100 artículos en las revistas científicas más prestigiosas, incluidas Science y Nature.
JUAN CARLOS CUEVAS (Medina del Campo, 1970), cursó sus estudios en Ciencias Físicas en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) donde se graduó en 1993 y se doctoró en 1999. Posteriormente, trabajó en el prestigioso Karlsruhe Institute of Technology (Alemania) durante siete años, donde dirigió su propio grupo de investigación. Desde 2007 es profesor titular en la UAM donde continúa su labor investigadora en diversos temas de Física de la Materia Condensada y Nanotecnología, en los que es un referente a nivel mundial. Ha publicado más de 120 artículos en las revistas científicas más prestigiosas, incluidas Science y Nature.
Enhorabuena por el libro que han publicado recientemente en Buridán-Montesinos. Su lectura es apasionante. ¿Mucho tiempo de trabajo? ¿A quién está destinado? ¿En quiénes han pensado al escribirlo?
Muchas gracias. Estuvimos varios años planeando este libro y leyendo material, pero lo que fue en si la escritura nos llevó aproximadamente un año.
El libro está dirigido a todos los públicos y, en particular, está pensado para aquellas personas sin formación científica que deseen conocer los secretos de la relatividad y la mecánica cuántica . Estas dos teorías son la base de la visión del mundo que nos proporciona la física moderna y, además, dieron lugar a la que es probablemente la mayor revolución tecnológica de la historia. Así que, creemos que estos temas deberían formar parte del bagaje intelectual de cualquier persona curiosa. Es a eso precisamente a lo que queremos contribuir con este libro.
Werner Heisenberg
El suyo es un libro de divulgación. ¿Cómo entienden ustedes la divulgación científica? ¿Toda teoría científica puede divulgarse? ¿No se pierde mucho, lo esencial dicen algunas voces, en la divulgación?
La divulgación científica debe tener por objetivo acercar al gran público las ideas fundamentales de una teoría y sus implicaciones, todo ello con un lenguaje accesible y sin tecnicismos. En particular, la buena divulgación ha de explicar qué aporta una teoría o una idea a nuestro conocimiento del mundo, pero también de qué modo afecta a nuestra vida cotidiana, por ejemplo, en términos de posible desarrollo de nuevas tecnologías.
Nosotros creemos que toda teoría puede divulgarse. Es cierto que una teoría involucra muchos aspectos técnicos, como matemática avanzada, pero siempre está basada en unos principios que pueden explicarse sin recurrir a tecnicismos. Además, si la teoría es realmente relevante, la explicación de sus consecuencias y predicciones suele ser relativamente sencilla.
Es obvio que algo se pierde por el camino cuando se divulga, pero creemos que es posible comprender la esencia de una teoría sin necesidad de ser un especialista. Pensemos, por ejemplo, en la música o en el vino. Uno puede disfrutar mucho de ambas cosas sin la necesidad de haber estudiado en un conservatorio o sin ser un sumiller. En nuestra opinión, ocurre lo mismo con la ciencia y, en particular, con los temas que tratamos en nuestro libro.
Una dificultad de la que suele hablarse: las fórmulas matemáticas. ¿Hay mucha matemática en su libro? ¿De un nivel superior tal vez?
No, no hay apenas matemática y en ningún caso es necesaria para la comprensión de las ideas básicas que exponemos en el libro. De hecho, nuestro objetivo principal era contar la relatividad y la cuántica sin recurrir a fórmulas matemáticas para llegar a un público lo más amplio posible. En algún caso, hemos introducido alguna fórmula para ilustrar de forma cuantitativa algún fenómeno, pero siempre nos aseguramos de que el texto se puede seguir sin necesidad de entender esas pocas fórmulas.
Sobre el título de su libro: Las ideas que cambiaron el mundo. ¿Qué ideas han sido esas? ¿En qué sentido cambiaron el mundo?
Primero nos gustaría explicar un poco el título, que pretende ser un poco provocativo. Intentamos cambiar el mensaje usual de los economistas que tienden a creer que nuestro bienestar se debe mayormente a las contribuciones de Adam Smith, Keynes, etc. Sin subestimar el valor de una buena economía, creemos que esto es un error, producto de la ignorancia de los economistas sobre qué es y cómo funciona la ciencia, ya que en el siglo XX la mayor contribución a nuestro bienestar proviene sin duda de los avances en ciencia. En concreto, lo que hace especial a la relatividad y a la cuántica es que no sólo cambiaron nuestra visión del mundo al proporcionar nuevas explicaciones de cómo funciona, sino que también transformaron la vida de la gente gracias a toda la nueva tecnología a la que dieron lugar.
Las ideas fundamentales que introdujo la relatividad tienen que ver, sobre todo, con nuestra concepción del espacio y el tiempo. Antes de Einstein, el espacio y el tiempo eran absolutos, es decir, eran algo así como un escenario inmutable en el que suceden todas las cosas. La relatividad nos enseña que el tiempo y el espacio son conceptos relativos y que además pueden ser modificados por su interacción con la materia. Como explicamos en el libro, esa nueva concepción de espacio y tiempo tiene innumerables implicaciones como una nueva visión de la gravedad, la posibilidad de convertir una masa en energía y viceversa, lo cual es la base de la física nuclear y de partículas, y un largo etcétera.
En su caso, la mecánica cuántica acabó con el concepto de determinismo y proporcionó una nueva visión acerca de la naturaleza de la materia y de la realidad misma. Así, por ejemplo, la cuántica nos enseña que las partículas también tienen un carácter ondulatorio (semejante a las ondas en una cuerda o en un estanque de agua) y nos dice que no es posible predecir con total certeza el resultado de un experimento. Además, la cuántica fue y sigue siendo la base para el desarrollo de un sinfín de aplicaciones tecnológicas que han cambiado nuestra vida cotidiana para siempre. Aquí cabe destacar el transistor, quizás el mayor regalo de la física a la humanidad, que hizo posible la creación de los chips y con ello toda la electrónica moderna. Otro ejemplo relevante son las técnicas de imagen en medicina como el TAC o la resonancia magnética, que son aplicaciones directas de la mecánica cuántica. El teléfono móvil es otro buen ejemplo de cuántica aplicada, donde hay tecnología relacionada con hasta 6 premios Nobel.
«En el siglo XX la mayor contribución a nuestro bienestar proviene sin duda de los avances en ciencia» acaban de afirmar. Pero ¿no debemos también grandes males a la bondad epistemológica y peligrosidad de las disciplinas científicas? Pienso, por ejemplo, en las bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki o en las ciencias que apoyaron experimentos eugenésicos durante el nazismo, por no hablar de la peligrosidad, cada vez más real, de una guerra con armamento nuclear.
Bueno, nos gusta recordar que la ciencia no es buena ni mala. Lo que es bueno o malo es el uso que se hace de ella y ahí la responsabilidad es de los científicos, que no dejan de ser seres humanos con las mismas miserias y limitaciones que cualquier otra persona. Es cierto que la ciencia también está detrás de algunos de los peores episodios del siglo XX y, por ello, ahora más que nunca es importante que los científicos sean conscientes de las implicaciones éticas de su trabajo. El ejemplo de las bombas atómicas es paradigmático. Ninguno de los científicos que trabajaron en el proyecto Manhattan estaba preparado para afrontar las consecuencias del uso de las bombas atómicas. Por ejemplo, Robert Oppenheimer, el director del proyecto, se pasó el resto de su vida atormentado por haber contribuido a la muerte de cientos de miles de inocentes.
Ahora vienen tiempos en los que, por ejemplo, la manipulación genética o el desarrollo de la inteligencia artificial van a plantear nuevas cuestiones éticas y morales para las que aún no estamos preparados: diseño de seres humanos, pérdida de miles de puestos de trabajo, etc. En ese sentido, creemos que no se debería descuidar la formación ética de los científicos para que llegado el momento estén a la altura. Pero insistimos en que la ciencia en sí no es dañina (un arma lo es), y la contribución de la ciencia a nuestro bienestar es innegable. Por poner algún ejemplo, se estima que solo la vacuna contra la viruela ha salvado más de 500 millones de vidas; el descubrimiento de los grupos sanguíneos, más de mil millones.
El subtítulo del libro: «Relatividad, mecánica cuántica y la revolución tecnológica del siglo XX». ¿Por qué esas dos teorías y no otras? Pienso, por ejemplo, en la teoría de las supercuerdas.
La relatividad y la mecánica cuántica son sin duda las mejores teorías que posee el ser humano en estos momentos para explicar de qué está hecho y cómo funciona el mundo. Ambas tienen una base muy sólida y, en particular, superan a diario innumerables tests experimentales. Así que, en el contexto de la física, su relevancia e impacto no tienen parangón.
La teoría de supercuerdas representa una de las iniciativas que se siguen en la actualidad para unificar la relatividad y la cuántica en una sola teoría que describa todos los fenómenos físicos. Sin embargo, por el momento no deja de ser una especulación que no ha sido confirmada y cuyo alcance práctico sería en cualquier caso bastante limitado. En este sentido, creemos que es mucho más interesante hablar de teorías que no sólo han sido verificadas, sino que además están teniendo un enorme impacto en nuestras vidas.
¿A qué revolución tecnológica hacen referencia en el subtítulo?
Es indudable que vivimos en una nueva era, la llamada Era de la Información, en la que nuestra forma de comunicarnos e incluso de generar conocimiento ha cambiado para siempre. Esto ha sido posible gracias al desarrollo de nuevas tecnologías que incluyen los ordenadores, los teléfonos móviles, los televisores, los láseres, las fibras ópticas, los LEDs o el GPS. El desarrollo de todas esas tecnologías sólo fue posible gracias, sobre todo, a la mecánica cuántica, una teoría que permitió por primera vez el diseño inteligente de materiales y dispositivos con los que no se podía ni soñar hace 100 años. Parafraseando a un célebre filósofo alemán: la mecánica cuántica lleva décadas cambiando el mundo. ¡Es hora de entenderla!
También nos gustaría destacar el enorme impacto económico de las tecnologías derivadas de estas teorías. Por ejemplo, se estima que cerca del 30% del PIB de Estados Unidos tiene que ver con aplicaciones de la mecánica cuántica, una cifra que incluso puede crecer en los próximos años. Esto muestra que estas teorías, que surgieron de la mera curiosidad humana por entender mejor el mundo que nos rodea, también son una enorme fuente de riqueza, algo que desgraciadamente no es tan conocido por el gran público.
¿Ha sido el siglo XX el siglo de la física como se dice en ocasiones? ¿No habría que pensar también otras ciencias como la biología y el descubrimiento de la estructura del ADN?
Sin duda todas las ciencias dieron un gran salto cualitativo durante el siglo pasado y la biología es un buen ejemplo. Sin embargo, creemos sinceramente que ninguna ciencia avanzó en ese periodo tanto como la física. Recordemos, por ejemplo, que la física del siglo XX fue finalmente la que nos permitió entender que la materia está hecha de partículas elementales que se combinan para formar átomos, nos reveló el origen y estructura del universo, la edad de la Tierra, nos enseñó cómo funcionan las estrellas y nos permitió el desarrollo de nuevas fuentes de energía (nuclear, solar, etc.). Además, teorías como la mecánica cuántica son la base para la comprensión cuantitativa de la química y de parte de la biología (incluido el ADN), sin mencionar el hecho de que esas teorías físicas han permitido el desarrollo de tecnologías clave (los rayos X, por ejemplo) para la investigación en esas otras disciplinas.
Cuando se habla de la relatividad se suele distinguir entre la relatividad especial y la general. ¿Cuáles son las diferencias más importantes entre una y otra?
La relatividad especial describe las leyes físicas para el caso particular de observadores que siguen un movimiento uniforme, es decir, con velocidad constante. Esta teoría ya modifica los conceptos tradicionales de espacio y tiempo de la física de Galileo y Newton y tiene múltiples consecuencias como la equivalencia entre masa y energía, resumida en la famosa ecuación E = mc2, y que es la base de la física nuclear y de partículas.
La relatividad general describe las leyes físicas para todo tipo de observadores y, en la práctica, nos proporciona una generalización de la teoría de la gravedad de Newton que todos aprendemos en el colegio. Esta teoría nos dice que la gravedad se debe, en realidad, a la curvatura del espacio-tiempo, que a su vez está determinada por la presencia de materia y energía. La relatividad general permitió entender, entre otras muchas cosas, el efecto que tiene la gravedad sobre la medición del tiempo, el origen y estructura del universo o la existencia de objetos tan exóticos como los agujeros negros.
¿Y qué es un agujero negro? ¿Fue postulado también por Einstein? Me suena que Stephen Hawking también tuvo su papel en esto.
Un agujero negro es probablemente el objeto más extraño que existe en el Universo. Está hecho puramente de espacio-tiempo y la gravedad en su entorno en tan intensa que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Un agujero negro se forma cuando una estrella bastante masiva (más que el Sol) muere porque se acaba el combustible nuclear. Entonces, tiene lugar una supernova, una explosión muy violenta donde mucha materia sale despedida, y el resto de la estrella colapsa por efecto de la gravedad. En ese colapso, toda la materia de la estrella acaba concentrada en un punto conocido como la singularidad del agujero negro, un lugar donde las leyes conocidas de la física dejan de ser válidas.
La historia de cómo se gestó la idea de agujero negro es fascinante, pero un poco larga y complicada como explicamos en el libro. Podemos decir que el padre la idea final fue Robert Oppenheimer, el director del proyecto Manhattan, quien en 1939 junto a su estudiante Snyder predijo que la muerte de una estrella muy masiva podía acabar en la formación de un agujero negro. Aunque esa predicción fue posible gracias al uso de la relatividad general, Einstein nunca creyó que semejantes objetos podían existir y murió antes de que se confirmara no sólo su existencia, sino el hecho de que son objetos muy comunes en nuestro Universo. De hecho, se estima que en algún lugar ahí fuera, nace un agujero negro cada segundo.
Stephen Hawking perteneció a una generación de jóvenes físicos y matemáticos que en las décadas de 1960 y 1970 ayudaron a entender las propiedades de los agujeros negros. Quizá su contribución más importante en este sentido fue la predicción de que los agujeros negros no son en realidad negros, sino que emiten una radiación electromagnética muy tenue que hace que se desintegren muy lentamente. Esta radiación nunca ha sido detectada, razón por la cual Hawking nunca recibió el Premio Nobel.
Insisten ustedes en el papel básico, esencial, central, casi en minoría de uno, de Einstein en la elaboración de esa teoría. ¿No habría que pensar también en otros autores, acaso menos importantes pero también decisivos?
La teoría de la relatividad, tal y como la conocemos hoy, se debe casi en exclusiva a Einstein, pero es cierto que no estuvo solo. Primero, otros físicos teóricos antes que él, como Lorentz o Poincaré, estuvieron cerca de desarrollar la relatividad especial. Por otra parte, tampoco estuvo completamente solo a la hora de desarrollar sus teorías. Así, por ejemplo, en el caso de la relatividad especial en 1905 recibió ayuda de su amigo Michele Besso, un ingeniero italo-suizo, y también contó con el inestimable apoyo de su primera mujer, Mileva Maric, quien parece ser que incluso le repasó los cálculos de su famoso artículo. En el caso de la relatividad general, la obra maestra de Einstein (finalizada en 1915), recibió una gran ayuda por parte de Marcel Grossmann, un matemático amigo suyo y profesor en Zúrich, quien le enseñó la matemática necesaria para la formulación definitiva de la teoría.
Y su esposa, su primera esposa, Mileva Maric, ¿jugó algún papel directo en sus descubrimientos? Algunas historiadoras feministas de la ciencia creo que han escrito sobre el tema
Parece ser que en la primera etapa de la carrera de Einstein, cuando aún era un empleado en la oficina de patentes de Berna (Suiza), éste compartió y debatió muchas de sus ideas con su mujer. Como hemos dicho anteriormente, parece confirmado que Mileva incluso llegó a revisar en detalle el famoso artículo sobre la relatividad especial de 1905. Sin embargo, los historiadores también señalan que no hay que exagerar la contribución de Mileva en el trabajo de su esposo y numerosas cartas muestran que Mileva siempre se refería a los diversos trabajos y artículos como la obra de su marido. En cualquier caso, no cabe duda de que Mileva sacrificó su propia carrera por la de Einstein.
Descansemos un momento. ¿Les parece?
Nos parece.
Fuente: El Viejo Topo, abril de 2019 (https://www.elviejotopo.com/articulo/ideas-que-cambiaron-el-mundo/)