Psi Punset - Todos Somos Atomos

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm 426 8-03-2007 Todos Somos Átomos En la vida cotidiana solemos pensar en la materia y en la luz como si fueran dos cosas muy distintas, casi como los dos extremos opuestos de aquello que compone el mundo. Pero, tras examinar con más detenimiento la estructura de la materia, los físicos han descubierto que los componentes básicos de la materia ordinaria son muy parecidos a la luz! Esto nos brinda una imagen más unificada de qué es el mundo: ya no vemos dos cosas muy distintas sino una única sustancia que subyace a ambas. Las ideas que tenemos sobre el vacío tampoco cuadran con las ideas de la física. Lo que percibimos como espacio vacío realidad está lleno, muy lleno. De hecho en la física moderna, el espacio vacío es lo más importante. Las partículas observables son como las olas que se mecen sobre un océano de espacio vacío eternamente activo, que encierra muchísima más energía que la marea observable. Frank Wilczek fue uno de los galardonados con el premio Nobel de Física del año 2004, por sus trabajos en la interacción fuerte. Además tiene un gran interés en hacer llegar estos conocimientos a todo el mundo. Hemos tenido el placer de compartir con él una agradable conversación sobres todos aquellos temas en los que la física moderna nos cambia la perspectiva del mundo en el que vivimos. También contaremos con las opiniones de Manuel Lozano Leyva, Cat.Física Nuclear Univ. Sevilla; Omar Valentino, Experto en Artes Marciales y Fausto Ronco, Maestro Tai-Chi estilo Chen.

1

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm

Eduard Punset: Profesor Wilczek, ganaste el Premio Nobel de física junto a dos colegas más, pero lo más gracioso es que también te gusta presentar los llamados «premios Ig Nobel». Frank Wilczek: Sí. Los premios Ig Nobel se celebran en Cambridge cada año, y a mi mujer le entusiasman. Es una ceremonia divertida, y además muestra la cara más alegre de la ciencia. Eduard Punset: Es verdad. He visto que, en una de las habitaciones de tu casa, hay una especie de monigote, porque tú no pudiste presentarlos… Frank Wilczek: Sí, un muñeco de tamaño real, porque yo no pude ir, así que ese muñeco lo presentó por mí. Eduard Punset: ¿Cuál es el premio más Ig Nobel que recuerdas, si es que hay alguno? Frank Wilczek: [Risas]El más Ig Nobel… bueno, el lema, el principio que rige los Premios Ig Nobel, son las cosas que nos hacen reír y después pensar. Eduard Punset: Eso es. Frank Wilczek: Así que no es un premio estúpido, más bien pretende otorgarse a un tipo especial de ciencia… de hecho, ¡para los galardonados es un honor recibir un Ig Nobel! Recuerdo especialmente uno, un premio de la paz que se otorgó al hombre que inventó el karaoke. Eduard Punset: Ya veo… Frank Wilczek: [Risas] Eduard Punset: ¡Fantástico! Frank Wilczek: Por haber ayudado a que la gente se lleve mejor. Fue uno de los premios más populares entre el público… gustó muchísimo, y el japonés que lo inventó fue 2

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm muy cortés, estaba encantado con todo. Otro premio que recuerdo fue el que se concedió al experimento más lento del mundo. Se trata de un experimento para ver a qué velocidad gotea un tipo concreto alquitrán… ¡y el experimento lleva en marcha unos 80 años! Eduard Punset: ¿Ah, sí? Frank Wilczek: Y hay una cámara que lo vigila, y se ven las gotas formándose lenta, muy lentamente. Creo que, en 80 años, ha habido 5 ó 6 gotas. ¡Así que quieren asegurarse de captar cada una de ellas! Eduard Punset: Nos hace reír… pero también aprender. Frank Wilczek: Sí, se aprende algo de ello. Eduard Punset: También, claro. Eduard Punset: Volvamos ahora a la física más seria… Frank Wilczek: Sí. Eduard Punset: ¿Sabes? Te demostraré que he leído, por lo menos, alguno de tus libros [risas] y artículos. Y lo que más me fascina es el largo proceso que ha sido necesario para que tus colegas físicos y tú llegarais a daros cuenta de cuáles fueron los orígenes de la materia, y de en qué consiste la materia real. Frank Wilczek: Qué es, sí... Eduard Punset: Aquello de lo que estamos hechos. Intentaré recordarles a nuestros telespectadores que este proceso empezó con la constatación de que estamos hechos de átomos, y que estos átomos están compuestos de electrones y de un núcleo, que incluye protones y… ¿qué más? Frank Wilczek: Neutrones. Eduard Punset: Neutrones… que, a su vez, están formados por quarks y gluones. 3

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm Frank Wilczek: Sí. Eduard Punset: Y ahí se acaba todo. Frank Wilczek: Por ahora. Eduard Punset: Por ahora. ¿Y ahora qué? Es decir, en esto consiste la materia, vale. [Frank ríe] ¿Pero adónde nos lleva eso? Frank Wilczek: ¿Que adónde nos lleva? Pues, en primer lugar, nos conduce a una comprensión más profunda del mundo en el que vivimos. Por ejemplo, creo que una de lecciones más profundas que surge a partir de este análisis exhaustivo de la materia es que, en la vida cotidiana, solemos pensar en la materia y en la luz como si fueran dos cosas muy distintas… Eduard Punset: Sí. Frank Wilczek: …casi como los dos extremos opuestos de aquello que compone el mundo. Pero, tras examinar con más detenimiento la estructura de la materia, ¡hemos descubierto que los componentes básicos de la materia ordinaria son muy parecidos a la luz! Eduard Punset: Muy parecidos a la luz… Frank Wilczek: A la luz, sí. Son partículas que no tienen una cantidad significativa de masa. En el caso de los gluones, la masa es estrictamente cero. Esto nos brinda una imagen más unificada de qué es el mundo, porque ya no vemos dos cosas muy distintas (la materia, por un lado; y la luz, por otro) sino una única sustancia que subyace a ambas. Es sorprendente percatarse de que esto puede ser así. Pero también preguntabas por las consecuencias prácticas de todo ello. Y creo que, en este nivel de análisis, comprendemos que los núcleos están hechos de protones y neutrones, que a su vez se componen de quarks y gluones; pero las aplicaciones prácticas son difíciles de predecir ahora mismo, aunque probablemente sean enormes en el futuro. Sin embargo, las aplicaciones que hemos logrado con este tipo de comprensión abarcan

4

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm nuevos tipos de ciencia. Nos ha permitido comprender cómo era el universo en sus inicios… Eduard Punset: Eso es. Frank Wilczek: ¿Sabes? Lo que obtuvimos de entender los quarks y los gluones es la constatación de que cuando se estudia el comportamiento de la materia a energías muy altas, o a temperaturas muy altas, o a densidades muy altas, las cosas se simplifican en lugar de complicarse; en realidad, las ecuaciones se simplifican cuando estudiamos la materia en condiciones extremas. Y esto nos permite, verdaderamente, estudiar los inicios del universo de una manera más precisa… y podemos entender, por ejemplo, el interior de la Tierra... Eduard Punset: Pero ahora sabemos, por ejemplo, que a estas temperaturas tan altas sucede algo extraordinario: se producen algunos procesos de disociación… Frank Wilczek: Exacto, y por eso los quarks y los gluones, en lugar de estar circunscritos a los protones y los neutrones y a otro tipo de partículas, ¡deambulan libres! Se comportan casi como partículas libres, que colisionan entre sí a veces, y esto es lo que permite solucionar las ecuaciones, y podemos decir bastantes cosas sobre su comportamiento… y por supuesto podemos adelantarnos en el tiempo… Eduard Punset: Ir hacia delante… Frank Wilczek: Para ver las consecuencias de lo que sucedió en el universo primitivo que podemos observar hoy en día. La abundancia relativa de los distintos tipos de elementos que encontramos en el universo, la radiación cósmica de fondo que observan los astrónomos… todo esto se obtiene analizando el comportamiento del universo primitivo, pero se puede medir hoy en día. Espero que el próximo gran descubrimiento en esta línea sea qué es la materia oscura. REDES– 426 Todos Somos Átomos Frank Wilczek Maya Busqué Página 9 de 9 Eduard Punset:

5

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm En la antigüedad, los griegos tenían la idea de que el vacío del espacio, este vacío que vemos cuando miramos el cielo, y del que hablábamos antes, estaba lleno de una sustancia a la que llamaban éter. Frank Wilczek: Sí. Eduard Punset: Y luego llegó algún científico y dijo que era una especie de campo eléctrico, que no estaba tan vacío como parecía… y ahora decís que puede estar lleno de materia oscura. ¿Cómo? ¿Deberíamos abandonar la idea de este vacío del espacio? ¿Sabes? Tengo amigos que dicen que sucede lo mismo con el cuerpo, pues la distancia entre un electrón y el núcleo atómico es tan enorme en proporción, que el vacío está por todas partes. Y, aunque sea un poco, la gente de la calle a veces siente este vacío… que, traducido a sentimientos, sería quizá la soledad. Frank Wilczek: Pues bien, para reconfortar a la gente, creo que la verdad se acerca más a lo contrario. Eduard Punset: A lo contrario, ¿eh? Frank Wilczek: Lo que percibimos como espacio vacío en la física moderna está lleno, muy lleno, de hecho: repleto de actividad espontánea que denominamos fluctuaciones cuánticas o partículas virtuales; y esta actividad modifica las propiedades de las partículas que vemos, y lo hace de un modo que podemos calcular. De hecho, nuestra comprensión se basa totalmente en la influencia de esta actividad en el espacio vacío. Eduard Punset: En las relaciones… Frank Wilczek: Exacto, que afectan todo lo que vemos. En realidad, te diría que en la física moderna, ¡el espacio vacío es lo más importante! Las partículas observables son como las olas que se mecen sobre un océano de espacio vacío eternamente activo, que encierra muchísima más energía que la marea observable. De modo que éste es un aspecto que demuestra que el espacio no está vacío, sino que hay campos cuánticos que fluctúan y afectan todo lo que vemos… y que, de hecho, todo lo que observamos puede concebirse como pequeñas alteraciones de esta actividad sin fin. Y hay otras maneras de percibir que el espacio vacío no está vacío… como decíamos antes, ¡hay formas de materia que nuestros sentidos no perciben!

6

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm Se trata de la materia oscura y la energía oscura. No son oscuras, en realidad, sino transparentes. ¡Pero no podemos verlas! Eduard Punset: No las vemos… ¡pero estamos acostumbrados a eso! Frank Wilczek: Incluso con telescopios muy buenos, incluso con los mejores instrumentos, los radiotelescopios, por ejemplo, nadie ha podido ver hasta la fecha estas nuevas formas de materia… lo único que sabemos es que tienen efectos gravitatorios sobre la materia que conocemos. Por eso sabemos que tienen masa, ¡pero no sabemos nada más! Eduard Punset: Escuchamos a los científicos hablar de simetría, por ejemplo, y de supersimetría… pero nosotros, la gente común, cuando pensamos en la simetría, pensamos en términos de belleza, por ejemplo, y de genética. Decimos que la belleza es la ausencia de dolor, o la ausencia de mutaciones visibles… gracias al metabolismo de alguien, la simetría se mantiene intacta, y entonces decimos que en eso consiste la belleza. Cuando vosotros habláis de simetría, o de supersimetría, ¿tiene algo que ver con eso? ¿O se trata de otra cosa totalmente distinta? Frank Wilczek: Bueno, es un concepto mucho más preciso. La simetría, tal y como se utiliza en la física y en las ciencias exactas, es un concepto matemático preciso: la idea de que se puede transformar un objeto y, sin embargo, que su apariencia no cambie tras la transformación, como un rectángulo… o un cuadrado, que es simétrico, porque puedes rotarlo 90 grados y sigue teniendo exactamente el mismo aspecto que cuando empezaste. Esto está relacionado, por ejemplo, con las nociones de belleza y perfección. ¿Sabes? Un aspecto de la belleza de alguien es que las dos mitades de su rostro son iguales... Eduard Punset: Sí. Frank Wilczek: En cierto modo es una forma de simetría, porque se puede transformar una mitad en la otra y volver a obtener lo mismo. Otra cosa que hay que decir es que hay un aspecto de la simetría relacionado con la belleza, pues nos proporciona una noción precisa de lo que significa que algo sea perfecto. Algo es perfecto si no se puede cambiar sin estropearlo. ¿Qué quiere decir esto? Bueno, si un objeto es simétrico, entonces es perfecto; en el sentido de que si lo cambiaras, ya no sería simétrico. Por eso la simetría es una manera de comprender lo que significa la

7

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm perfección. Y así es como utilizamos la simetría en física. Tenemos ecuaciones que podemos transformar de maneras diferentes, pero queremos que las ecuaciones no cambien tras aplicar esa transformación, esa simetría. Esto nos brinda ecuaciones con posibilidades muy, muy limitadas de cambio. Y nuestro ideal final es conseguir ecuaciones que no se puedan cambiar en absoluto… Eduard Punset: En absoluto… Frank Wilczek: Éstas serían las ecuaciones perfectas, porque tendrían este aspecto… y me parece que la mejor manera de acercarnos al ideal de ecuaciones perfectas es exigir que las ecuaciones sean simétricas. Eduard Punset: Hablando de la simetría, que es belleza, he visto en tu casa muchos libros sobre música… Frank Wilczek: Sí. Eduard Punset: E incluso algunos instrumentos. La música tiene algo que ver con la simetría, ¿no? Frank Wilczek: ¡Sí! Por supuesto, la música presenta simetrías evidentes… por ejemplo, se puede transportar una composición (trasladarla de un tono a otro), sin cambiar la melodía, o la estructura armónica. Hay diferentes partes de una pieza musical que tienen simetría… normalmente la música sofisticada consta de varias repeticiones, de modo que tiene una especie de arquitectura. Y además hay cosas que son más difíciles de reproducir con palabras. Una de mis películas favoritas es Amadeus, que trata sobre Salieri y Mozart, y hay un momento en el que Salieri, mirando un manuscrito de Mozart, dice: «cambias una nota y empeora; cambias una frase y la estructura se derrumba». Realmente me impresionó, porque recoge la esencia de lo que hablamos, la simetría y la perfección; la idea de que, con los objetos muy simétricos, o muy perfectos, si los modificas, aunque sea un poco, empeoran, pero si los cambias radicalmente se desmoronan… son inconsistentes en física. Eduard Punset: Y la gente puede llegar a sentirlo… Frank Wilczek: Sí, yo sin duda tengo ese sentimiento, me encanta… uno de los placeres de mi vida adulta ha sido descubrir la música clásica. Toco bastante el piano, y cada día aprendo más. Es algo…

8

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm Eduard Punset: Una cosa que… Frank Wilczek: No sé por qué, pero de algún modo…. Te he explicado algunos motivos, pero no creo que reflejen el meollo de la cuestión, en realidad… el caso es que hay conexiones profundas entre la manera de pensar en la física y la manera de pensar en la música. Eduard Punset: En la música. Eduard Punset: Estamos confundidos sobre la idea del tiempo, ¿sabes? Hemos oído varias cosas… llegó Einstein y nos dijo que el espacio-tiempo era curvado… y luego otros científicos han dicho que el tiempo no existe en realidad, que solamente podemos saber que pasa el tiempo porque perdemos el cabello, o por cosas que vemos… pero luego la gente siente que el tiempo discurre de un modo muy distinto cuando va a un restaurante que cuando vuelve, ¿no? Frank Wilczek: Sí. Eduard Punset: ¿Qué demonios sabemos sobre el tiempo? Frank Wilczek: Pues bien, por supuesto, el tiempo es un concepto que se utiliza en física, pero es inquietante que se utilice de distintas maneras en distintas parcelas de la física. En la relatividad, en concreto en la relatividad especial, el tiempo se trata de la misma manera que el espacio, y un observador en movimiento verá como tiempo lo que nosotros vemos como espacio, y viceversa, de modo que el tiempo y el espacio se mezclan en lo que denominamos transformaciones de Lorentz. De esto trata la relatividad especial. El tiempo, en esa teoría, está muy relacionado con el espacio, y es casi intercambiable. Pero en la mecánica cuántica, ¡el tiempo recibe un tratamiento muy distinto al del espacio! ¡Es completamente diferente! Y por eso es tan difícil unificar la mecánica cuántica y la relatividad. Durante el siglo XX la batalla se centró en formular teorías que fueran coherentes tanto con la relatividad especial como con la mecánica cuántica. Y finalmente lo logramos, y aquí entra en juego realmente la estructura profunda de nuestra comprensión sobre los quarks y los gluones y todas las demás cosas de las que hablábamos. Eduard Punset: Que concilian…

9

http://www.rtve.es/tve/b/redes/anteriores.htm Frank Wilczek: Concilian la relatividad especial y la mecánica cuántica, y ha resultado tan difícil que básicamente solamente había una manera de hacerlo, así que cuando lo hicimos, aprendimos cómo funcionaba la materia… sin embargo, la relatividad general, en la que se permite la curvatura del tiempo y del espacio, todavía no se ha integrado realmente con la mecánica cuántica, y es todo un reto. Eduard Punset: Exacto… Frank Wilczek: Pero, por supuesto, además de eso, hay otro reto muy distinto, al que hacías referencia, entre otras cosas… el tiempo, tal y como lo percibimos, parece ser muy distinto al tiempo que aparece en las ecuaciones de la física. El tiempo es… sin duda no percibimos que el tiempo sea lo mismo que espacio, de la misma manera que no percibimos las vicisitudes de la mecánica cuántica… ¿y que qué tienen que ver esas ecuaciones, o esos conceptos, con nuestra conciencia? Es un reto enorme, y a mí se me escapa; pero creo que debemos llegar a comprender más profundamente la mecánica cuántica y la conciencia antes de poder resolverlo. Sin embargo, una de las cosas más hermosas que jamás he leído es un pasaje que escribió Herman Weyl, que fue un gran físico matemático además de un hombre muy instruido. Él dijo (o más bien dicho escribió) que «el tiempo no pasa, simplemente es». Y así es como aparece en la relatividad, ¿sabes? El concepto fundamental no es el tiempo, sino el espacio-tiempo; y, de la misma manera que pensamos que el espacio siempre está allí, en la relatividad el tiempo y el espacio están tan estrechamente vinculados que realmente deberíamos pensar que el espacio-tiempo simplemente está allí. Así que no se trata de que el futuro cobre existencia, sino que el futuro está en cierto modo ahí, es parte de lo que hay allí fuera, simplemente lo vemos así… nosotros, que lentamente avanzamos por nuestras líneas en el espacio y el tiempo, lo vemos desplegándose ante nosotros, pero en las ecuaciones parece que se trata de algo que no discurre, sino que simplemente es, simplemente está allí.

10