Diferencia entre ser excepcional y ser un genio: Paul Ehrenfest.

Paul Ehrenfest (1880-1933), fue un físico austriaco que destacó en la mecánica cuántica y la física estadística.

La tarde del 25 de septiembre de 1933, fue a buscar a su hijo menor Vassily, con síndrome de Down, a una institución de Ámsterdam donde estaba internado. Lo llevó a un parque cercano, sacó un revólver y le pegó un tiro. Luego se suicidó. Vassily sobrevivió, aunque perdió un ojo.

Albert Einstein, con quien Ehrenfest mantuvo una estrecha amistad, había alertado un año antes a las autoridades de la Universidad de Leiden de la difícil situación por la que atravesaba su amigo, que padecía depresión. En 1933 todas las personas de su entorno íntimo estaban muy preocupadas por él.

Paul Ehrenfest fue el “Pepito Grillo” de la física teórica europea del primer cuarto de siglo XX. Puso su mirada crítica sobre todos los avances teóricos importantes, encontrando siempre los puntos oscuros, las hipótesis injustificadas o las paradojas más sorprendentes. Como alumno de Boltzmann, se convirtió en uno de los expertos en mecánica estadística. Su cercanía con Lorentz, a quien sucedió en la cátedra de Física Teórica de la Universidad de Leiden, le hizo experto en la teoría del electrón. Ehrenfest fue testigo de todos los grandes descubrimientos de la física de su tiempo. Conoció personalmente a sus descubridores, con los que debatió y a los que, a menudo, corrigió. Pero no le correspondió a él hacer ninguno de esos grandes descubrimientos. Esta circunstancia hizo que dudara de su propia valía como científico y se sintió cada vez más incapaz de mantener el ritmo de los descubrimientos en física cuántica. A raíz de su muerte, Einstein escribió:

“Su sentido de insuficiencia, objetivamente injustificada, le afectaba continuamente, a menudo robándose la paz de espíritu necesaria para investigar con tranquilidad. Su tragedia estaba precisamente en una casi mórbida falta de confianza en si mismo”.

La desgracia de Ehrenfest  fue no comoprender la excepcionalidad de los grandes hombres que le rodeaban. ¡Cómo puede un hombre exigirse a sí mismo estar a la altura de Einstein, Lorentz o Poincaré!

Las leyes de Kepler

Johannes Kepler (1571 - 1630) fue un astrónomo y teólogo alemán, célebre por formular las leyes que describen las órbitas elípticas que trazan los planetas en torno al Sol.

En primer lugar tuvo que deshacerse de la idea dominante de que el círculo era la "curva perfecta" con la que describrir el cosmos y las órbitas planetarias. Cuando Kepler presentó sus leyes no tenía justificación teórica para ellas, simplemente ofrecían un medio elegante con el que describir  las trayectorias orbitales obtenidas a partir de datos de Tycho Brahe, que había confeccionado las tablas astronómicas más precisas de la época.

Newton demostró, 70 años después, que las leyes de Kepler eran consecuencia de su ley de la Gravitación Universal.

Primera ley: Ley de las Órbitas. Indicaba que todos los planetas del sistema solar describen órbitas elípticas, en uno de cuyos focos se encuentra el Sol.



Segunda ley: Ley de las Áreas. Cuando un planeta está lejos del Sol se mueve más despacio que cuando está cerca, de tal modo que una línea imaginaria que uniese el planeta con el Sol barrería áreas iguales en intervalos de tiempo iguales.



Tercera ley: Ley de los Periodos. Dado cualquier planeta, el cuadrado del periodo de su revolución en torno al Sol  es proporcional al cubo de la longitud del semieje mayor de su órbita elíptica. Así, los planetas más alejados del Sol tienen años más largos.



Con las dos primeras leyes podían calcularse las órbitas y las posiciones planetarias con facilidad y precisión.

Las leyes de Kepler se encuentran entre las primeras leyes científicas formuladas por el ser humano y, al unificar física y astronomía, fueron un estímulo para que científicos posteriores intentaran expresar el comportamiento de la realidad mediante fórmulas sencillas.

Los físicos teóricos

La Física es la ciencia por excelencia. Es una ciencia natural que estudia las propiedades de la materia, del espacio, tiempo, la energía y sus interacciones.

Sus conocimientos pueden agruparse en cinco grandes teorías: la mecánica clásica que estudia el movimiento macroscópico, el electromagnetismo que estudia los fenómenos electromagnéticos como la luz, la relatividad estudia el espacio tiempo y la interacción gravitatoria, la termodinámica estudia los fenómenos moleculares y de intercambio de calor, y la mecánica cuántica, que describe el comportamiento del mundo atómico y subatómico.

Ya se podría añadir una sexta disciplina la Biofísica. En neurociencia se empiezan a obtener las primeras teorías del funcionamiento de la neurona y del cerebro aplicando la mecánica cuántica y los principios de la física a estos sistemas biológicos (Ver Roger Penrose).

Ningún físico ha partido de cero en sus estudios y elaboración de teorías. Pero si ha habido físicos que con su trabajo han conseguido que la física diera un gran salto en el conocimiento y comprensión del universo. La física teórica elabora modelos matemáticos y conceptuales de la realidad para comprender, explicar y predecir los fenómenos de la naturaleza.

Como ejemplo de trabajo teoría-laboratorio actual, está el mecanismo de Higgs, lo que da masa al vector bosón. Peter Higgs y otros físcos en 1964, llegaron a la conclusión de que la existencia de una partícula escalar masiva podría ser una prueba de su teoría. En el año 2012, en el CERN, en el gran acelerador de partículas de Ginebra, se halló dicha partícula.

En todas las épocas, desde el siglo XVII, ha habido grandes físicos teóricos, como Isaac Newton, H.A. Lorentz, Max Planck, Albert Einstein, E. Schröedinger, Stephen Hawking, Roger Penrose, etc.

Si tuviéramos que mencionar solamente a tres, deberíamos mencionar a Newton, Einstein y Hawking.

 

Newton (1642-1727),

Desarrolló la Teoría de la Gravitación Universal (la anècdota de la manzana es un mito). Es el precursor de la física moderna (clàssica). Desarrolló las tres leyes básias de la dinàmica, demostró las leyes de Kepler y la descomposición de la luz blanca. A esto hay que añadir sus aportaciones en el campo de las matemáticas. Desarrolló el cálculo diferencial e integral (imprescindible y potente método de cáculo matemático en física). También hizo grandes aportacions en el campo de la geometria analítica.

Albert Einstein (1879-1955).

Demostró que materia y energia son la misma cosa, hallando la ecuación más famosa de la historia. Descubrió que la velocidad de la luz en el vacio es constante y halló dicho valor. Este concepto es muy difícil de comprender desde la física clàsica y desde la comprensión y el razonamiento humanos.

Lorentz desarrolló matemáticamente las predicciones de Einstein, demostrando que el espacio se contrae y el tiempo se dilata para un observador que se mueve respecto a otro.

Einstein también desarrolló la Teoría de la Relatividad, primero la especial y luego la General, una de cuyas consecuencias es que la materia, a causa de su masa, curva el espacio-tiempo.

A través de su estudio del efecto fotoeléctrico, con el que obtuvo el premio Nobel en 1921, introdujo el concepo de “quanto” de luz, el fotón, y puso los pilares de la relación onda-partícula.

Stephen Hawking (1942 - )

Hawking ha trabajado junto a Roger Penrose en las leyes que gobiernan el universo. Entre otras cosas, trabaja en la necesidad de unificar la Relatividad con la Teoría Cuántica. La Teoría de la Relatividad sólo predice el mundo de los grandes cuerpos y masas, pero no predice el comportamiento de las partículas elementales. Éstas están regidas por la Mecánica Cuántica. Hawking lleva tiempo trabajando en la teoría de la Unificación, lo que también le lleva al estudio de de la supersimetría de cuerdas. Ha obtenido resultados parciales. Ha estudiado partículas en los bordes de los agujeros negros. Éstas producen una radiación (radiación de Hawking). Este hecho ya unifica las dos grandes teorías del siglo XX, que parecían totalmente excluyentes. Hawking a pesar de su invalidante enfermedad, tiene sus capacidades intelectuales intactas y una mente prodigiosa. Es todo lo que necesita un físico teórico.

Bibliografía:

PENROSE, Roger. El camino a la realidad. 2ª edición. Barcelona: Random House Mondadori S.A., 2006.

SCHRÖDINGER, Erwin. Mente y Materia. 6ª edición. Barcelona: Tusquets Editores, 2007.

WHITE, Michael., GRIBBIN, John. Stephen Hawking, Una vida para la ciència. Salvat, 1993.

HAWKING, Stephen. El universo en una cáscara de nuez. 1ª Edición. Barcelona: Critica, 2011.

CHRISTIANSON, Gale. Newton. 1ª Edición. Barcelona: Salvat, 1989.

http://www.juanramonruiz.com/2010/12/top-10-de-los-mejores-fisicos-de-la.html

Los Taquiones

Si existieran, sería preciso encontrarlos; si no existieran, sería preciso explicar por qué.
E. C. George Sudarsham (físico teórico)

Albert Einstein (1905) nos dejó claro que la velocidad de la luz en el vacío es la máxima velocidad en el universo. Hasta ahora ni la teoría ni la práctica le han llevado la contraria.

De todas formas los físicos teóricos siguen postulando sobre la hipotética existencia de partículas que se puedan desplazar a velocidades superiores (denominadas Taquiones por Feinberg). Esto daría lugar a una paradoja, el que el efecto anteceda a la causa.

Existen numerosos estudios en física al respecto: Alväger (entre 1963 y 1966) en el instituto Nobel. En 1992, en Colonia, Nimtz y sus colegas, posteriormente Chiao, Kwiat y Steinberg, de la universidad de California comprobaron que ciertos tipos radiación superan la velocidad de la luz (las ondas evanescentes).

Pero desde la Relatividad especial una partícula de masa (m_o) que se desplaza a una velocidad (v), tiene una energía (E):

Vemos que cuando la velocidad de la partícula (v) se acerca a la velocidad de la luz (c), el denominador se hace cero, y E = ∞. Así según la Relatividad especial se precisa una energía infinita para poner una partícula a la velocidad de la luz. La conclusión es evidente, y es que ninguna partícula puede superar la velocidad de la luz en el vacío. Pero, ¿y si estas partículas han estado siempre viajando a velocidades superiores a las de la luz?

Entonces nos encontramos con otra paradoja. Si v > c, entonces el denominador es un número imaginario (raíz cuadrada de un número negativo), por lo que la energía sería también un número imaginario. Para salvar este escollo se podría considerar la hipótesis de que cuando v > c, la masa de la partícula se hace imaginaria, entonces la energía podría ser un número Real. En este caso los físicos teóricos tendrían que interpretar el hecho de la existencia de masas imaginarias.

Además de estas dificultades, los taquiones incumplen varios principios de la física, como el principio de la causalidad: el efecto debe pertenecer al cono de luz futuro de su causa, aún en un espacio-tiempo curvos.

A pesar de todas las evidencias en contra de la posible existencia de los taquiones, tanto teórica, de laboratorio y filosóficas, el modelo estándar de la física contempla su posible existencia.