La música proporciona una analogía para la ciencia que siempre deseo compartir y debatir con mis amigos.
El músico logra, a veces, construir una composición impregnada de belleza. Es intangible, indefinible, es desconocido el camino que le ha llevado a ella. Pero el resultado es manifiesto:
todos podemos disfrutar de su música. El músico puede entonces transcribir en papel su música empleando una notación específica. Tal vez, dentro de siglos, el lenguaje musical escrito sea diferente. La partitura tendrá una notación diferente, pero la música será la misma. La transcripción musical es un artificio, pero un artificio importante porque el músico debe dominarlo hasta su último detalle. La partitura representa la música, la transmite, la hace asimilable y reproducible. Sin embargo, la emoción contenida en esa música es independiente de su transcripción.
La ciencia intenta comprender las leyes que rigen el universo y transcribirlas en forma de ecuaciones. Estas ecuaciones son el artificio necesario para comunicar nuestro descubrimiento, para predecir nuevos fenómenos, para asentar nuestro progreso. En algunas ocasiones las ecuaciones, como la partitura, guían en parte la investigación de cada uno de nosotros. Pero los grandes principios, las ideas más profundas tienen una entidad propia que va mucho más allá de su representación escrita. Podemos imaginar mundos inteligentes con conocimientos científicos basados en sistemas diferentes a la nuestra notación matemática. Sin embargo, ambos sistemas coincidirán en identificar y comprender la atracción de las masas, la creación de partículas, los límites a la velocidad de éstas.
La ciencia es independiente del lenguaje en que se exprese, a pesar de que debe necesariamente ser expresada en un lenguaje concreto.
viernes, 2 de enero de 2009
domingo, 23 de noviembre de 2008
Einstein y belleza
Quisera recuperar una célebre cita de Albert Einstein. Pero antes desearía recordar en qué contexto se enmarca. Estados Unidos se hallaba en una profunda crisis de valores durante los años cincuenta. Un programa de radio intento modestamente levantar el ánimo de los ciudadanos con una fórmula sencilla. Grandes personajes públicos y gentes corrientes se situaban frente a un micrófono radiofónico y leían durante tres minutos un texto en el que se sinceraban. Decían abiertamente en qué creían, qué movía sus vidas, por qué luchaban cada día, cuáles eran sus anhelos y sus esperanzas. El programa llamado "This I belive" fue un enorme éxito que ahora se intenta recuperar (http://thisibelieve.org).
Entre muchos otros, Einstein aportó su grano de arena. La primera frase de su aportación es la siguiente:
The most beautiful thing we can experience is the mysterious—the knowledge of the existence of something unfathomable to us, the manifestation of the most profound reason coupled with the most brilliant beauty.
(Lo más bello que podemos experimentar es el misterio - el saber de la existencia de algo inimaginable, la manifestación de la razón más profunda con la belleza más brillante.)
En esta frase, Einstein incide dos veces en la idea de belleza, siempre asociada al misterio, al asombro del saber. Dice S. Weinberg que muchos científicos hablan de la belleza de su disciplina de una forma vaga, indefinida. ¿Qué es belleza? ¿Por qué una demostración es bella? ¿Por qué Dirac defendía que una ecuación, ante todo, debía ser bella? Weinberg sugiere que la belleza referida por los científicos se asemeja a la belleza que ve un cuidador de caballos en un hermoso ejemplar. Es una belleza subjetiva, asociada al profundo conocimiento de un oficio. Es la belleza de la factura perfecta, es el reconocimiento de una armonía indiscutible para el ojo educado.
Sin embargo, creo que Einstein utiliza la palabra belleza en un sentido múltiple. Su belleza halla su cúspide en el misterio, en la intuición de una armonía inimaginable. La belleza de su relatividad, decía, radicaba en su fragilidad (o inexorable completitud): bastaba que un elemento fuera incorrecto para rebatir toda su teoría. La belleza como asombro aparece repetidamente en sus escritos.
La visita a las páginas de "This I believe" está poblada de bellas ideas. No os lo perdáis.
Entre muchos otros, Einstein aportó su grano de arena. La primera frase de su aportación es la siguiente:
The most beautiful thing we can experience is the mysterious—the knowledge of the existence of something unfathomable to us, the manifestation of the most profound reason coupled with the most brilliant beauty.
(Lo más bello que podemos experimentar es el misterio - el saber de la existencia de algo inimaginable, la manifestación de la razón más profunda con la belleza más brillante.)
En esta frase, Einstein incide dos veces en la idea de belleza, siempre asociada al misterio, al asombro del saber. Dice S. Weinberg que muchos científicos hablan de la belleza de su disciplina de una forma vaga, indefinida. ¿Qué es belleza? ¿Por qué una demostración es bella? ¿Por qué Dirac defendía que una ecuación, ante todo, debía ser bella? Weinberg sugiere que la belleza referida por los científicos se asemeja a la belleza que ve un cuidador de caballos en un hermoso ejemplar. Es una belleza subjetiva, asociada al profundo conocimiento de un oficio. Es la belleza de la factura perfecta, es el reconocimiento de una armonía indiscutible para el ojo educado.
Sin embargo, creo que Einstein utiliza la palabra belleza en un sentido múltiple. Su belleza halla su cúspide en el misterio, en la intuición de una armonía inimaginable. La belleza de su relatividad, decía, radicaba en su fragilidad (o inexorable completitud): bastaba que un elemento fuera incorrecto para rebatir toda su teoría. La belleza como asombro aparece repetidamente en sus escritos.
La visita a las páginas de "This I believe" está poblada de bellas ideas. No os lo perdáis.
domingo, 5 de octubre de 2008
El límite clásico de la función de onda cuántica
Una forma de entender que la función de onda de la Mecánica Cuántica no tiene un límite clásico es tomar ħ igual a 0 de forma naive en la ecuación de Schrödinger. De inmediato se observa una contradicción dado que el término cinético desaparece frente al potencial. Esto implica que la función de onda no tiene una expansión en potencias de ħ alrededor de una función clásica.
Para ser un poco más concretos, tomemos la ecuación de Schrödinger para el caso de los estados estacionarios de una partícula un potencial V(x). La ecuación de Schrödinger se reduce a H ψ = E ψ, donde el Hamiltoniano H=H_0+H_i tiene dos términos: uno describe la energía cinética de la partícula H_0=-ħ^2/(2m) d^2/dx^2 y otro su interacción con el potencial H_i=V(x). De forma naive parece que tomar ħ=0 equivale a suprimir el término cinético. De ahí se deduce que V(x) ψ = E ψ, es decir, V(x)=E lo cuál es imposible puesto que cualquier potencial que dependa de x no es igual a una constante E.
La forma correcta de tomar un límite semi-clásico de la función de onda es lo que recibe el nombre de aproximación WKB. La idea central es comprender que la función de onda presenta una singularidad esencial cuando ħ tiende a 0. Es decir, ψ(x)~A(x) e^(i B(x)/ ħ), donde A(x) y B(x) sí tienen expansiones en ħ alrededor de valores clásicos. Pero la singularidad en la exponencial hace imposible tomar un límite naive. Esta aproximación permite de forma sencilla permite estimar fenómenos tan sutiles como el efecto túnel.
La obstrucción a tener un límite clásico para la función de onda implica que no existe una descripción clásica de la información de un sistema equivalente al paradigma cuántico. Si eso fuera así, tendríamos una mecánica cuántica-clásica, profundamente diferente de los conceptos newtonianos. Las ideas de superposición y de entrelazamiento cuánticos quedan pues consistentemente resguardadas por estos límites singulares.
Para ser un poco más concretos, tomemos la ecuación de Schrödinger para el caso de los estados estacionarios de una partícula un potencial V(x). La ecuación de Schrödinger se reduce a H ψ = E ψ, donde el Hamiltoniano H=H_0+H_i tiene dos términos: uno describe la energía cinética de la partícula H_0=-ħ^2/(2m) d^2/dx^2 y otro su interacción con el potencial H_i=V(x). De forma naive parece que tomar ħ=0 equivale a suprimir el término cinético. De ahí se deduce que V(x) ψ = E ψ, es decir, V(x)=E lo cuál es imposible puesto que cualquier potencial que dependa de x no es igual a una constante E.
La forma correcta de tomar un límite semi-clásico de la función de onda es lo que recibe el nombre de aproximación WKB. La idea central es comprender que la función de onda presenta una singularidad esencial cuando ħ tiende a 0. Es decir, ψ(x)~A(x) e^(i B(x)/ ħ), donde A(x) y B(x) sí tienen expansiones en ħ alrededor de valores clásicos. Pero la singularidad en la exponencial hace imposible tomar un límite naive. Esta aproximación permite de forma sencilla permite estimar fenómenos tan sutiles como el efecto túnel.
La obstrucción a tener un límite clásico para la función de onda implica que no existe una descripción clásica de la información de un sistema equivalente al paradigma cuántico. Si eso fuera así, tendríamos una mecánica cuántica-clásica, profundamente diferente de los conceptos newtonianos. Las ideas de superposición y de entrelazamiento cuánticos quedan pues consistentemente resguardadas por estos límites singulares.
domingo, 7 de septiembre de 2008
La estadística de las guerras y problemas NP-completos
En numerosas ocasiones he recibido preguntas sobre recomendaciones concretas de libros de divulgación. Unos lectores buscan una presentación asequible a los temas de investigación que son la punta de lanza de la ciencia actual. Otros prefieren leer la opinión de los científicos, quieren conocer su forma de trabajar y enaltecen el aspecto humano de la creación del conocimiento. También es frecuente interesarse por una puesta a punto de todo un campo y, de esta manera, tomar una visión sólida de temas que aparecen de forma fugaz en los periódicos. La divulgación científica es un gran saco lleno de golosinas que no colman a la mayoría. Por eso es frecuente y cómodo evitar dar recomendaciones.
Esta vez quisiera tomar partido de forma positiva y sugerir la lectura de un libro reciente: "Group theory in the bedroom", de Brian Hayes y editado por Hill and Wang (2008). Me atrevo a recomendar este conjunto de artículos porque cada pieza que lo compone destila una innata elegancia en la forma de presentar temas abstractos y avanzar de forma amena a un conocimiento concreto y claro. Es un libro con oficio, entretenido, científicamente sólido y a la vez asequible.
Entresaco un par de artículos de todo el libro. Uno de ellos está dedicado a las aportaciones de Lewis Fry Richardson, pionero en el estudio cuantitativo de las guerras. Richardson compiló el primer catálogo de guerras, neutro y objetivo, para poder analizar sus características genéricas y, si fuera posible, su predicción. Los centenares de conflictos bélicos se clasifican por su intensidad en una escala logarítmica de muertes. Este tétrico análisis no deja de ser inquietante. Las guerras aparecen siguiendo distribuciones de Poisson, no muestran correlaciones con la afinidad de la lengua de los contendientes, ni con su nivel armamentístico. Las guerras se correlacionan levemente con la religión y fuertemente con disputas entre países vecinos. Un sobrio artículo, digno de ser conocido más allá del ámbito de este blog.
Un segundo artículo que quisiera recomendar es el que trata los problemas NP-completos y transiciones de fase. Es un hecho notable que ideas que aparecen en física se plasmen en terrenos aparentemente alejados como es el de la complejidad computacional. Para ser más concretos, consideremos el problema de particiones. Disponemos de un conjunto de N números. Cada número puede escribirse en notación binaria empleando M dígitos 0 o 1. Deseamos separarlos en dos conjuntos de forma que la suma de los que forman el primer conjunto es idéntica a la suma de los que forman el segundo. En muchísimos casos es muy sencillo hallar un reparto que verifique este requisito. En otros casos es casi imposible. El problema es computacionalmente duro cuando existe una única solución. La sorpresa es que la transición entre casos sencillos a duros se da de forma abrupta como función de los M/N. La analogía con una transición de fase (como la del agua al hervir) es inmediata y ha sido extensamente estudiada en los últimos años. Matemáticas, Física, Teoría de la computación se dan la mano. He escogido este ejemplo de artículo porque una parte de la comunidad de Información Cuántica lucha por aportar ideas del mundo cuántico a la teoría de la computación clásica. Tal vez un ordenador cuántico cambie nuestros conceptos de un campo tan interdisciplinar y en constante evolución.
Todo ello y otros temas tan curiosos como la construcción de relojes o la caracterización de la divisoria de aguas en un continente son tratados por Hayes con el buen oficio de la divulgación científica de calidad.
Esta vez quisiera tomar partido de forma positiva y sugerir la lectura de un libro reciente: "Group theory in the bedroom", de Brian Hayes y editado por Hill and Wang (2008). Me atrevo a recomendar este conjunto de artículos porque cada pieza que lo compone destila una innata elegancia en la forma de presentar temas abstractos y avanzar de forma amena a un conocimiento concreto y claro. Es un libro con oficio, entretenido, científicamente sólido y a la vez asequible.
Entresaco un par de artículos de todo el libro. Uno de ellos está dedicado a las aportaciones de Lewis Fry Richardson, pionero en el estudio cuantitativo de las guerras. Richardson compiló el primer catálogo de guerras, neutro y objetivo, para poder analizar sus características genéricas y, si fuera posible, su predicción. Los centenares de conflictos bélicos se clasifican por su intensidad en una escala logarítmica de muertes. Este tétrico análisis no deja de ser inquietante. Las guerras aparecen siguiendo distribuciones de Poisson, no muestran correlaciones con la afinidad de la lengua de los contendientes, ni con su nivel armamentístico. Las guerras se correlacionan levemente con la religión y fuertemente con disputas entre países vecinos. Un sobrio artículo, digno de ser conocido más allá del ámbito de este blog.
Un segundo artículo que quisiera recomendar es el que trata los problemas NP-completos y transiciones de fase. Es un hecho notable que ideas que aparecen en física se plasmen en terrenos aparentemente alejados como es el de la complejidad computacional. Para ser más concretos, consideremos el problema de particiones. Disponemos de un conjunto de N números. Cada número puede escribirse en notación binaria empleando M dígitos 0 o 1. Deseamos separarlos en dos conjuntos de forma que la suma de los que forman el primer conjunto es idéntica a la suma de los que forman el segundo. En muchísimos casos es muy sencillo hallar un reparto que verifique este requisito. En otros casos es casi imposible. El problema es computacionalmente duro cuando existe una única solución. La sorpresa es que la transición entre casos sencillos a duros se da de forma abrupta como función de los M/N. La analogía con una transición de fase (como la del agua al hervir) es inmediata y ha sido extensamente estudiada en los últimos años. Matemáticas, Física, Teoría de la computación se dan la mano. He escogido este ejemplo de artículo porque una parte de la comunidad de Información Cuántica lucha por aportar ideas del mundo cuántico a la teoría de la computación clásica. Tal vez un ordenador cuántico cambie nuestros conceptos de un campo tan interdisciplinar y en constante evolución.
Todo ello y otros temas tan curiosos como la construcción de relojes o la caracterización de la divisoria de aguas en un continente son tratados por Hayes con el buen oficio de la divulgación científica de calidad.
sábado, 19 de julio de 2008
5 preguntas
Respondo a un comentario lleno de preguntas interesantes. Tus preguntas, lector anónimo, son todas muy pertinentes. Hoy, intento elaborar una respuesta a las cinco primeras.
1) En un sistema uniformemente acelerado, ¿cuál es el valor de la velocidad de la luz cuando esta viaja paralelamente al vector de aceleración? ¿es diferente a c? ¿Puede llegar a observarse un valor nulo? ¿Tiene esto algo que ver con la imposibilidad de que un fotón no escape de un agujero negro?
Todas las paradojas asociadas a la relatividad especial y general siempre deben plantearse entendiendo en qué sistema de referencia se halla el observador. Cuando dices "en un sistema uniformemente acelerado" queda implícito que tú estás fuera de él y por ello lo consideras acelerado. Otro observador situado en ese sistema te consideraría a ti como acelerado. La velocidad de la luz siempre es la misma en ambos (por postulado). Por ello aparece un fenómeno inesperado. El tiempo parece correr a diferentes ritmos dependiendo del sistema de referencia en que nos situemos.
Intento ser más explícito. Para ello vamos a construir un reloj. Este reloj se compone de dos espejos paralelos y opuestos. Un fotón va del uno al otro rebotando sin cesar. Cada rebote en un espejo corresponde a un click. Esa es mi unidad de tiempo: el intérvalo entre dos clicks. Tengo mi reloj y veo como hace click-click-click. Pero otro observador situado en un sistema acelerado me está mirando atentamente y analiza mi reloj. Imagina bien la situación. Ese observador ve mis dos espejos y a mí mismo acelerados. Imagínatelos pasando de izquierda a derecha frente a ti, acelerándose. Dado que la luz siempre va a la misma velocidad, el recorrido del fotón entre rebotes sigue un camino en zig-zag que se va alargando. Para ese observador, mi reloj hace clicks lentos: click-cliik-cliiik-cliiiik. Mi tiempo se ralentiza, visto por él. En cambio en mi sistema el tiempo sigue como siempre.
Este es el efecto de "infinite red shift" en la caída en un agujero negro. Un reloj que caiga en él parece ralentizarse infinitamente.
2) ¿Interaccionan dos fotones (reales) entre sí? ¿Emiten estos partículas virtuales? Si es que sí, ¿hay alguna condición en que un fotón sufra autocampo?
Sí. Dos fotones interactúan intercambiando electrones. El diagrama que lo representa es más o menos así:
__ __
__O__
Las líneas horizontales de entrada y salida son fotones, la que forma el círculo son un electrón/positrón (de hecho cualquier fermión con carga eléctrica). La idea es la siguiente: un fotón pasa a ser una pareja electrón-positrón, el electrón va al otro fotón y sigue circulando hasta que es aniquilado por el positrón. Se trata de una fluctuación cuántica. Esta interacción es de cuarto orden en la electrodinámica cuántica y, por lo tanto, suprimido por un factor (1/500)^4. Es un fenómeno muy sutil pero muy bien conocido y verificado.
3) ¿Es compatible el principio de indeterminación de Heisenberg con decir que sabemos con exactitud la velocidad de la luz sin por ello tener al fotón completamente deslocalizado en el espacio? ¿O es la frecuencia la variable que se ve afectada por la incertidumbre, ya que es la que determina el momento?
Tomemos la energía del fotón. La variable conjugada es el tiempo. Sería preciso una medida que llevase un tiempo infinito para tener precisión infinita en el resultado de la energía. Cualquier medida en un laboratorio emplea un tiempo finito y lleva asociada una indeterminación en la energía. Las líneas espectrales tienen pues un grosor que no puede violar el principio de indeterminación.
4) Si por algún motivo existieran variables ocultas, ¿seguiría habiendo computación cuántica como tal? En caso afirmativo, ¿cambiaría algo en ella?
Si existieran variables ocultas que describieran correctamente toda la mecánica cuántica, tendríamos una forma claśica de entender las superposiciones cuánticas y el entrelazamiento. Sin ellos no habría ventaja alguna en un ordenador cuántico, porque de hecho sería clásico. No es aquí el lugar para analizarlo, pero existen numerosos experimentos que descartan las teorías de variables ocultas de forma contundente.
5) Si A="posición de una partícula" y B="probabilidad de A", gramaticalmente se acepta que B es derivada de A, o que B es un subconjunto de A. No obstante, me da la sensación de que la mecánica cuántica afirma que B es más fundamental que A. Si esto es así, ¿no habría que reconstruir algún concepto para que gramaticalmente fuera A la que se deriva de B?
Correcto. La mecánica cuántica te da la función de onda, es decir, la amplitud de probabilidad de hallar una partícula de hallarse en un punto. Con esa función de onda se puede predecir la probabilidad de encontrar la partícula en un lugar y, también, la de medir cualquier otra propiedad que deseemos (momento, energía, etc). El concepto de función de onda es pues más básico que las probabilidades explícitas que luego deseemos medir. Tal vez haya que cambiar la gramática para expresar esta idea pero confieso que no he entendido bien tu pregunta.
Otro día seguimos con las otras cinco preguntas!
Un saludo, ji.
1) En un sistema uniformemente acelerado, ¿cuál es el valor de la velocidad de la luz cuando esta viaja paralelamente al vector de aceleración? ¿es diferente a c? ¿Puede llegar a observarse un valor nulo? ¿Tiene esto algo que ver con la imposibilidad de que un fotón no escape de un agujero negro?
Todas las paradojas asociadas a la relatividad especial y general siempre deben plantearse entendiendo en qué sistema de referencia se halla el observador. Cuando dices "en un sistema uniformemente acelerado" queda implícito que tú estás fuera de él y por ello lo consideras acelerado. Otro observador situado en ese sistema te consideraría a ti como acelerado. La velocidad de la luz siempre es la misma en ambos (por postulado). Por ello aparece un fenómeno inesperado. El tiempo parece correr a diferentes ritmos dependiendo del sistema de referencia en que nos situemos.
Intento ser más explícito. Para ello vamos a construir un reloj. Este reloj se compone de dos espejos paralelos y opuestos. Un fotón va del uno al otro rebotando sin cesar. Cada rebote en un espejo corresponde a un click. Esa es mi unidad de tiempo: el intérvalo entre dos clicks. Tengo mi reloj y veo como hace click-click-click. Pero otro observador situado en un sistema acelerado me está mirando atentamente y analiza mi reloj. Imagina bien la situación. Ese observador ve mis dos espejos y a mí mismo acelerados. Imagínatelos pasando de izquierda a derecha frente a ti, acelerándose. Dado que la luz siempre va a la misma velocidad, el recorrido del fotón entre rebotes sigue un camino en zig-zag que se va alargando. Para ese observador, mi reloj hace clicks lentos: click-cliik-cliiik-cliiiik. Mi tiempo se ralentiza, visto por él. En cambio en mi sistema el tiempo sigue como siempre.
Este es el efecto de "infinite red shift" en la caída en un agujero negro. Un reloj que caiga en él parece ralentizarse infinitamente.
2) ¿Interaccionan dos fotones (reales) entre sí? ¿Emiten estos partículas virtuales? Si es que sí, ¿hay alguna condición en que un fotón sufra autocampo?
Sí. Dos fotones interactúan intercambiando electrones. El diagrama que lo representa es más o menos así:
__ __
__O__
Las líneas horizontales de entrada y salida son fotones, la que forma el círculo son un electrón/positrón (de hecho cualquier fermión con carga eléctrica). La idea es la siguiente: un fotón pasa a ser una pareja electrón-positrón, el electrón va al otro fotón y sigue circulando hasta que es aniquilado por el positrón. Se trata de una fluctuación cuántica. Esta interacción es de cuarto orden en la electrodinámica cuántica y, por lo tanto, suprimido por un factor (1/500)^4. Es un fenómeno muy sutil pero muy bien conocido y verificado.
3) ¿Es compatible el principio de indeterminación de Heisenberg con decir que sabemos con exactitud la velocidad de la luz sin por ello tener al fotón completamente deslocalizado en el espacio? ¿O es la frecuencia la variable que se ve afectada por la incertidumbre, ya que es la que determina el momento?
Tomemos la energía del fotón. La variable conjugada es el tiempo. Sería preciso una medida que llevase un tiempo infinito para tener precisión infinita en el resultado de la energía. Cualquier medida en un laboratorio emplea un tiempo finito y lleva asociada una indeterminación en la energía. Las líneas espectrales tienen pues un grosor que no puede violar el principio de indeterminación.
4) Si por algún motivo existieran variables ocultas, ¿seguiría habiendo computación cuántica como tal? En caso afirmativo, ¿cambiaría algo en ella?
Si existieran variables ocultas que describieran correctamente toda la mecánica cuántica, tendríamos una forma claśica de entender las superposiciones cuánticas y el entrelazamiento. Sin ellos no habría ventaja alguna en un ordenador cuántico, porque de hecho sería clásico. No es aquí el lugar para analizarlo, pero existen numerosos experimentos que descartan las teorías de variables ocultas de forma contundente.
5) Si A="posición de una partícula" y B="probabilidad de A", gramaticalmente se acepta que B es derivada de A, o que B es un subconjunto de A. No obstante, me da la sensación de que la mecánica cuántica afirma que B es más fundamental que A. Si esto es así, ¿no habría que reconstruir algún concepto para que gramaticalmente fuera A la que se deriva de B?
Correcto. La mecánica cuántica te da la función de onda, es decir, la amplitud de probabilidad de hallar una partícula de hallarse en un punto. Con esa función de onda se puede predecir la probabilidad de encontrar la partícula en un lugar y, también, la de medir cualquier otra propiedad que deseemos (momento, energía, etc). El concepto de función de onda es pues más básico que las probabilidades explícitas que luego deseemos medir. Tal vez haya que cambiar la gramática para expresar esta idea pero confieso que no he entendido bien tu pregunta.
Otro día seguimos con las otras cinco preguntas!
Un saludo, ji.
domingo, 25 de mayo de 2008
El efecto Lamb
(Obituario también publicado el 22 de mayo del 2008 en El País.)
El pasado día 15 de mayo falleció Willis E. Lamb Jr. a la edad de 94 años en Tucson, Arizona. Lamb quedará en la historia de la Física como el descubridor de un sutil y fundamental efecto asociado al vacío cuántico en presencia de interacciones electromagnéticas. Su trabajo fue reconocido con el premio Nobel de Física en 1955 por sus descubrimientos relativos a la estructura fina del átomo de hidrógeno, compartido con P. Kusch por sus propios trabajos en fluctuaciones cuánticas.
Nacido en 1913, Lamb estudió química en la Universidad de California, en Berkeley, donde también se doctoró en 1934 bajo la supervisión de J. Robert Oppenheimer, célebre por dirigir posteriormente el Proyecto Manhattan que dio lugar a la bomba atómica. Su carrera se desarrolló en Stanford, Yale y Oxford hasta llegar a la universidad de Arizona, como una bien remunerada celebridad.
La gran contribución de Lamb fue realizar el experimento que mostró la necesidad de revisar la Mecánica Cuántica y comprender las llamadas fluctuaciones cuánticas del vacío. Gracias a la Mecánica Cuántica y el trabajo de P. A. M. Dirac, la descripción del átomo de hidrógeno parecía bien asentada en los años cuarenta. Esta teoría predecía que dos niveles específicos del átomo debían tener la misma energía. En 1947, el preciso trabajo de Lamb y su estudiante R. C. Retherford demostró en la Universidad de Columbia que esos dos niveles no tenían exactamente la misma energía. El efecto recibió el nombre de "desplazamiento Lamb" (Lamb shift). La comunidad científica se volcó en la comprensión de este hecho de la mano de Weisskopf, Fench, Feynman y Schwinger. Así nacieron los conceptos de partículas virtuales y fluctuaciones cuánticas y la capacidad de hacer una descripción increíblemente precisa del mundo atómico.
La propagación de una partícula en el vacío cuántico es, pues, no elemental. Podemos imaginar un electrón aislado. Este electrón puede permanecer inalterado, o emitir un fotón virtual que luego captura, o emitir varios que a su vez emiten otras partículas virtuales para ser reabsorbidas. El mundo que observamos tiene en cuenta todas estas posibilidades llamadas fluctuaciones cuánticas.
El experimentó ideado por Lamb dio pie a la incorporación de todos estos efectos virtuales en la
teoría de la Electrodinámica Cuántica.
La mentalidad analítica de Lamb desmenuzaba cada idea y cada proceso. Su forma de trabajo perfeccionista fue acompañada de una absoluta focalización de sus intereses, siempre centrados en el mundo de la ciencia. Fue un físico puro. Lamb no creía que su labor tuviera impacto sobre la vida cotidiana. Sin embargo, sus trabajos dieron lugar al perfeccionamiento de los relojes atómicos. La excelencia de Lamb fue premiada en numerosas ocasiones y debe ser recordada.
La desaparición de Lamb es un simbólico adiós a una época fulgurante en que se asentó nuestro sólido conocimiento del mundo atómico.
El pasado día 15 de mayo falleció Willis E. Lamb Jr. a la edad de 94 años en Tucson, Arizona. Lamb quedará en la historia de la Física como el descubridor de un sutil y fundamental efecto asociado al vacío cuántico en presencia de interacciones electromagnéticas. Su trabajo fue reconocido con el premio Nobel de Física en 1955 por sus descubrimientos relativos a la estructura fina del átomo de hidrógeno, compartido con P. Kusch por sus propios trabajos en fluctuaciones cuánticas.
Nacido en 1913, Lamb estudió química en la Universidad de California, en Berkeley, donde también se doctoró en 1934 bajo la supervisión de J. Robert Oppenheimer, célebre por dirigir posteriormente el Proyecto Manhattan que dio lugar a la bomba atómica. Su carrera se desarrolló en Stanford, Yale y Oxford hasta llegar a la universidad de Arizona, como una bien remunerada celebridad.
La gran contribución de Lamb fue realizar el experimento que mostró la necesidad de revisar la Mecánica Cuántica y comprender las llamadas fluctuaciones cuánticas del vacío. Gracias a la Mecánica Cuántica y el trabajo de P. A. M. Dirac, la descripción del átomo de hidrógeno parecía bien asentada en los años cuarenta. Esta teoría predecía que dos niveles específicos del átomo debían tener la misma energía. En 1947, el preciso trabajo de Lamb y su estudiante R. C. Retherford demostró en la Universidad de Columbia que esos dos niveles no tenían exactamente la misma energía. El efecto recibió el nombre de "desplazamiento Lamb" (Lamb shift). La comunidad científica se volcó en la comprensión de este hecho de la mano de Weisskopf, Fench, Feynman y Schwinger. Así nacieron los conceptos de partículas virtuales y fluctuaciones cuánticas y la capacidad de hacer una descripción increíblemente precisa del mundo atómico.
La propagación de una partícula en el vacío cuántico es, pues, no elemental. Podemos imaginar un electrón aislado. Este electrón puede permanecer inalterado, o emitir un fotón virtual que luego captura, o emitir varios que a su vez emiten otras partículas virtuales para ser reabsorbidas. El mundo que observamos tiene en cuenta todas estas posibilidades llamadas fluctuaciones cuánticas.
El experimentó ideado por Lamb dio pie a la incorporación de todos estos efectos virtuales en la
teoría de la Electrodinámica Cuántica.
La mentalidad analítica de Lamb desmenuzaba cada idea y cada proceso. Su forma de trabajo perfeccionista fue acompañada de una absoluta focalización de sus intereses, siempre centrados en el mundo de la ciencia. Fue un físico puro. Lamb no creía que su labor tuviera impacto sobre la vida cotidiana. Sin embargo, sus trabajos dieron lugar al perfeccionamiento de los relojes atómicos. La excelencia de Lamb fue premiada en numerosas ocasiones y debe ser recordada.
La desaparición de Lamb es un simbólico adiós a una época fulgurante en que se asentó nuestro sólido conocimiento del mundo atómico.
lunes, 12 de mayo de 2008
Divulgación de calidad
(Esta entrada también aparece en el nuevo blog de la revista Investigación y Ciencia.)
No es sencillo recomendar divulgación científica de calidad. Los textos excesivamente simplicados desencantan a los lectores que buscan una comprensión refinada. Los textos excesivamente técnicos son áridos, no transmiten una visión global y pierden al lector en un mundo de fórmulas.
Algunos libros sí logran transmitir un espíritu. Siempre recomiendo "La apología de un matemático" de G. H. Hardy. Su trabajo en Cambridge junto a Ramanujan es el trasfondo del libro. Hardy razona con sutileza los privilegios de su profesión. Entre ellos, el más sublime fue trabajar junto a un genuino genio.
En esta misma línea, tenemos el libro de V. F. Weisskopf "El privilegio de ser un físico". Humanista consumado, amante de la música, Weisskopf dirigió el CERN, armonizó los mundos de la ciencia y de la fe, hizo cálculos notables en electrodinámica cuántica.
Las cartas entre Born y Einstein siempre me fascinaron. Destilan el respeto mutuo entre verdaderos científicos. La pugna intelectual es subsidiaria frente a la amistad y a una voluntad acérrima por comprender la estructura de las teorías cuánticas.
Una cuarta recomendación de gran calado son los libros sobre la relación de física cuántica y filosofía de Heisenberg. Son exquisitamente precisos. Cada concepto se halla formulado con rigor, cada idea que se ha tornado obsoleta es considerada con respeto.
La divulgación contemporánea (tema para otro día) también se consolida en soportes audiovisuales. Os recomiendo toda la labor hecha desde el Perimeter Institute (su fundador, M. Lazarides, se enriqueció con su compañía RIM creadora de la Blackberry). En concreto, su último vídeo sobre Dark Matter es un intento ambicioso por hacer divulgación científica de alto nivel.
No es sencillo recomendar divulgación científica de calidad. Los textos excesivamente simplicados desencantan a los lectores que buscan una comprensión refinada. Los textos excesivamente técnicos son áridos, no transmiten una visión global y pierden al lector en un mundo de fórmulas.
Algunos libros sí logran transmitir un espíritu. Siempre recomiendo "La apología de un matemático" de G. H. Hardy. Su trabajo en Cambridge junto a Ramanujan es el trasfondo del libro. Hardy razona con sutileza los privilegios de su profesión. Entre ellos, el más sublime fue trabajar junto a un genuino genio.
En esta misma línea, tenemos el libro de V. F. Weisskopf "El privilegio de ser un físico". Humanista consumado, amante de la música, Weisskopf dirigió el CERN, armonizó los mundos de la ciencia y de la fe, hizo cálculos notables en electrodinámica cuántica.
Las cartas entre Born y Einstein siempre me fascinaron. Destilan el respeto mutuo entre verdaderos científicos. La pugna intelectual es subsidiaria frente a la amistad y a una voluntad acérrima por comprender la estructura de las teorías cuánticas.
Una cuarta recomendación de gran calado son los libros sobre la relación de física cuántica y filosofía de Heisenberg. Son exquisitamente precisos. Cada concepto se halla formulado con rigor, cada idea que se ha tornado obsoleta es considerada con respeto.
La divulgación contemporánea (tema para otro día) también se consolida en soportes audiovisuales. Os recomiendo toda la labor hecha desde el Perimeter Institute (su fundador, M. Lazarides, se enriqueció con su compañía RIM creadora de la Blackberry). En concreto, su último vídeo sobre Dark Matter es un intento ambicioso por hacer divulgación científica de alto nivel.
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