CUESTIONES

1. CUESTIONES CIENTIFICAS LOS PARADIGMAS JAVIER DE LUCAS

2. 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

3. 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).

4. 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.

5. 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.

6. 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

7. El Modelo Estándar

8. Fuerzas fundamentales Electromagnetismo Fuerza nuclear débil Fuerza nuclear fuerte Gravedad Al igual que la materia, las fuerzas o interacciones entre las partículas son a su vez mediadas por “partículas de fuerza”

9. 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”

10. 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.

11. Principio de Incertidumbre • Principio de incertidumbre de Heisenberg: es imposible obtener 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.

12. ¿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.

13. 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

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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).

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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

22. ¿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”?

23. CUESTIONES CIENTIFICAS LOS PARADIGMAS FIN