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CUESTIONES
LOS PARADIGMASJAVIER DE LUCAS
El Paradigma Newtoniano en las Ciencias
• El éxito del paradigma newtoniano inspiró la Revolución científica moderna.
• Las demás ciencias naturales empezaron a moverse a buscar explicaciones “tipo Newton” para todos los fenómenos observables.
• Presupuestos filosóficos básicos
– Materialismo– Reduccionismo– Empirismo– Determinismo causal
Revoluciones del Siglo XX: Relatividad General y Mecánica Cuántica
• Tras la influencia de Mach y los éxitos empíricos impresionantes de estas teorías aún vigentes (aunque incompatibles entre sí) se crearon dos corrientes filosóficas opuestas en la Física fundamental:
– Positivismo lógico – las teorías físicas no reflejan la realidad. Solo son herramientas computacionales que no deben hablar de entes que no tengan correlación empírica.
– Realismo “reducido” – las teorías matemáticas de la Física deben buscar una descripción completa y satisfactoria de una realidad externa, pero puede haber un enorme número de teorías equivalentes (difeomórficamente equivalentes).
Reduccionismo y Empirismo en las ciencias humanas y sociales
• En oposición a estas visiones epistemológicas en cuanto a qué se refieren las teorías científicas, en la psicología y sociología modernas hay aún más cuestionamientos serios al empirismo, al rol de las matemáticas y al reduccionismo como herramientas indispensables para crear conocimiento científico válido.
• Varias escuelas de pensamiento en las ciencias sociales creen que los fenómenos de la conciencia y el comportamiento humano no se pueden reducir a interacciones bioquímicas entre neuronas. Según esta visión hay realidades “mentales” que no se pueden capturar con un tratamiento lógico-matemático basado solo en datos empíricos.
Criterio de falsabilidad de Karl Popper
• Este es uno de los criterios más utilizados para distinguir qué es una teoría científica y cual debe ser la meta de la Ciencia.
• Una teoría científica será válida y estará “bien formada” SI Y SOLO SI hay una manera de poder demostrar que es falsa.
• La idea es que el método científico funcione como un “detector de mentiras” que solo permita teorías lógicas y plausibles de acuerdo a criterios estrictamente empíricos.
Reduccionismo en la Física: ¿Cuáles son las entidades
fundamentales?• El mundo
subatómico de lo material– Teoría de Campos
Cuánticos
• El escenario donde se desenvuelve la realidad– Teoría de
Relatividad General: espacio, tiempo y gravedad
El Modelo Estándar
Al igual que la materia, las fuerzas o interacciones entre las partículas son a su vez mediadas por “partículas de fuerza”
Postulados filosóficos principales de la Teoría Cuántica• Cada sistema material se
compone de una o más “partículas” de materia
• Cada sistema se puede describir totalmente por una entidad matemática conocida como “función de onda” (vector en un espacio de Hilbert)
• Las cantidades reales de estos sistemas que podemos medir se pueden describir por entidades matemáticas conocidas como “operadores hermíticos”
Partículas, sus propiedades y la realidad probabilística
• Hay propiedades intrínsecas (autovectores) que definen el tipo de una partícula.
– Masa, espín, cargas
• Todas las partículas de un mismo tipo son idénticas
• Los posibles resultados de medir otras propiedades dependen de las interacciones con su “ambiente externo”.
• Es imposible conocer la trayectoria exacta de un sistema o cuales serán los resultados exactos de esas medidas.
Principio de Incertidumbre• Principio de incertidumbre de
Heisenberg: es imposible imposible obtenerobtener valores simultáneos para la posición y el movimiento de una partícula.
• El problema de la medición: Medir las propiedades de una partícula requiere que ésta interactúe con fuerzas provenientes del aparato que mide.
• El acto de medir cambia irremediablemente lo que se quiere medir.
• Antes de medir, un sistema cuántico se halla en una superposición de estados con todas las propiedades posibles en ese momento.
¿Existe la materia si nadie la está mirando?
• Un experimento en Física fundamental consiste en investigar las propiedades de algunas partículas entre dos puntos.• Es imposible saber lo que ocurre entre esos dos puntos.• La dualidad onda-partícula y los campos cuánticos.
Interacciones y diagramas de Feynman
• Es posible que aparezcan partículas virtuales de la nada, pues no tener absolutamente nada en un punto violaría el principio de Incertidumbre.
• Teoría de perturbaciones: el resultado de una medida se predice incluyendo TODAS las posibilidades en ir del estado inicial al final
El problema de los resultados infinitos: Renormalización
• Para poder calcular probabilidades de una medida la teoría asume dos condiciones fundamentales:
– diagramas más complicados son mucho más improbables y contribuyen menos al resultado final.
– Las partículas y las interacciones entre éstas son puntos geométricos de tamaño infinitesimalmente pequeños.
• Este esquema no va a funcionar jamás si una de las fuerzas es la gravedad.
Gravedad y Relatividad General
• Según Einstein, la gravedad no es una fuerza “material” como las otras.
• La gravedad resulta de “deformar” el espacio y el tiempo en el cual se mueve la materia.
• Se puede tener gravedad en espacios vacíos sin materia pues ella es auto-generable.
• Donde está una partícula y cuándo está ahí son conceptos locales y relativos al observador.
La Mecánica Cuántica y la Relatividad son incompatibles
• Una de las dos (posiblemente ambas) es “incorrecta”.
• Las partículas puntuales, la incertidumbre y los violentos comportamientos a nivel subatómico deformarían el espacio infinitamente.
• La Mecánica Cuántica resuelve para interacciones en un punto y en un tiempo dado en un espaciotiempo plano.
• La Relatividad resuelve para todo el espacio curvo por todo el tiempo dada una distribución continua de materia.
Teoría de Supercuerdas• Supuestos fundamentales:
– Solo existen en el Universo dos entidades fundamentales.
• Un espacio-tiempo de 10 dimensiones de las cuales solo vemos 3 dimensiones espaciales macroscópicas y 1 de tiempo.
• Un inmenso número de pequeñas cuerdas que no son puntuales sino líneas unidimensionales (o membranas extendidas).
Materia, energía y fuerzas• Estas supercuerdas
respetan una simetría matemática especial entre bosones y fermiones conocida como super-simetría (SUSY).
• Las supercuerdas son del tamaño fundamental conocido como longitud de Planck (10-35 metros).
• Las ecuaciones que gobiernan los modos de vibración de las cuerdas reproducen la distribución de masas, cargas, y espines de las “partículas” y fuerzas del Modelo Estándar.
• Los electrones, quarks, fotones, bosones W y Z, y gluones no son partículas diferentes sino que son todas supercuerdas vibrando a diferentes frecuencias.
• Hay una vibración asociada al gravitón que reproduce una Teoría General de la Relatividad renormalizable.
Problemas de la Teoría• No es única. Hay al
menos 5 variedades de teorías de supercuerdas. Hay al menos otras dos teorías alternas de gravedad cuántica.
• Es tan complicada y abstracta que aún ni se saben cual serían las ecuaciones exactas que gobiernen las funciones de onda de las cuerdas.
• Tiene demasiada riqueza predictiva. No solo predice las “partículas” del Modelo Estándar sino que podría tener muchas otras que no se ven, y que por tanto hay que “prohibir” sin ninguna justificación teórica.
• Es imposible realizar experimentos a escala de Planck para verificar consecuencias distintas del Modelo Estándar. La teoría no es falsable empíricamente.
Igual pasa en la Cosmología moderna
• La observación de supernovas 1A que demuestra una expansión acelerada del Universo es incompatible con la Relatividad General si solo existe lo que se puede confirmar empíricamente (¿energía oscura?).
• Es imposible determinar las causas del Big Bang, ni por qué los parámetros que definen la expansión son esos y no otros.
El futuro de las “Teorías de Todo”
• Teoría M: unificando las teorías de supercuerdas
• El Big Bang y los agujeros negros: ejemplos de gravedad cuántica
• El principio antrópico: la existencia de organismos vivos y las leyes del Universo
¿Y si se confirmase la Teoría M englobando QM y GR?
• ¿Podría ser considerada Ciencia?
• ¿Habría que reevaluar el requisito aparentemente indispensable de contrastación empírica?
• ¿Cuánto tiempo debe pasar sin falsación empírica ninguna para proclamar el “final de la Física”?
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LOS PARADIGMAS FIN