CUESTIONES

LOS PARADIGMAS

Demetrio Ccesa Rayme

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

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.

¿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”?