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La demencia de Atenea

Por Mario Jaime

La Paz, Baja California Sur (BCS). Las teorías son modelos de la realidad, especulaciones filosóficas a modo de explicación de ciertos fenómenos o hechos. Históricamente, compiten entre sí en un fragor no solo científico sino también político.

Y, aunque idealmente se evalúa la eficacia de las teorías probando a posteriori su funcionamiento, escogiendo, de entre los modelos posibles, aquellos que mejor se adapten empíricamente al fenómeno que se estudia; muchas de las inferencias son más indirectas de lo que se puede esperar. Esto no es banal ya que, como apunta Feyerabend, varios hechos pueden valer para dos teorías antagónicas. El mismo conjunto de datos observacionales puede ser compatible con teorías muy distintas.

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Piense usted en el experimento con el interferómetro de Michelson y Morley que resultó en que la velocidad de la luz es constante. Los datos mismos fueron interpretados en tres teorías diferentes e incompatibles: la de Lorentz, la de Michelson y la de Einstein.

También cabe la posibilidad de que teorías discrepantes entre sí sean asimismo conformes con los hechos. Piensen en la teoría de Einstein contra la de Newton. Aunque la relatividad explica mejor ciertas especulaciones sobre la masa y el espacio tiempo, los físicos no arrojan a la basura la teoría de Newton. Recordemos la frase del cosmonauta del Apolo XI cuando abandonó la Tierra: “Señores, ahora es Newton quien nos conduce”.

En suma, no todas las teorías se derivan de los hechos ni son consistentes con ellos. Los hechos no refutan ni confirman la teoría. Algunas, incluso, terminan siendo falacias de correlación como la frenología, tan popular en el siglo XIX.

Que sobreviva o que se descarte una teoría no siempre depende de esto sino de las condiciones histórica y políticas ajenas a la ciencia. Piense usted en la teoría de la selección natural por medio de la lucha por la vida como explicación del origen de las especies, teoría que hizo el persa Al Yahíz en el siglo IX pero que fue aceptada parcialmente mil años después, cuando fue enunciada por Darwin y Wallace.

O la teoría heliocéntrica enunciada por Aristarco en el siglo III a.C y desarrollada por astrónomos islámicos en el siglo XIV como Ibn al-Shatir, pero que fue aceptada hasta 300 años después, en la versión de Copérnico, gracias a los esfuerzos de Kepler y Galileo.

Evaluar las pruebas indirectas de las teorías va desde los arbitrario hasta lo experimental, pero entre menos falsable sea una teoría según Popper corre el riesgo de ser encasillada como pseudociencia. Por otro lado, la escuela española del materialismo filosófico toma en cuenta la teoría del cierre categorial para criticar las teorías y ubicarlas en distintas categorías.

Ahora bien, las teorías son inconmensurables y también muy ajenas entre sí, las ciencias son bastante heteróclitas y no es lo mismo teorizar sobre electrones que sobre la conducta de los delfines o de porqué los humanos sentimos placer al dañar a otros humanos.

Aquí una pequeña lista de teorías actuales sin hechos que las avalen, con casi nula posibilidad de experimentación o con hechos muy indirectos que podrían ser aplicables a otras explicaciones:

• El origen de la vida por medios abióticos químicos y la autorregulación de la materia. Aunque un gran espaldarazo a esta fue la síntesis de aminoácidos gracias al experimento de Urey y Miller, no resuelve el enigma de como la materia adquiere la configuración de lo vivo.
• La Panspermia y el Creacionismo.
• La teoría de la inflación cósmica. George Ellis afirma que es más metafísica que astronómica y la acusa de falacia ad hoc. Esta teoría implica un concepto llamado inflatón que parte de la nada.
• La materia y la energía oscuras.
• La formación de las galaxias por acreción.
• El psicoanálisis de Freud.
• El inconsciente colectivo como arquetipos inconscientes de Jung.
• La selección natural darwiniana.                                         
• La teoría neutralista de la evolución molecular de Kimura.
• La mayoría de las teorías matemáticas no relacionadas con el mundo físico.
• La teoría de los taquiones, partículas que viajarían más rápido que la luz.
• El Big-Frezze.
• La teoría de los multiversos y de los portales entre ellos.
• La teoría de las cuerdas, teoría de supercuerdas o M.
• Teorías de somatotipos de la personalidad.
• Teoría del espacio tiempo superfluido.
• La condensación fantasma que produciría materia oscura.
• Los neutrinos estériles.
• Teoría holonómica del cerebro. Sugiere que la conciencia emerge de efectos cuánticos entre las neuronas.
• La evolución de los homínidos en cuerpos de agua bajos. Teoría del simio acuático.

Son algunas teorías actuales que no se pueden resolver de manera directa, pero soportan modelos para explicar ciertas realidades a diversas escalas.

Cada día aparecerán nuevas, desplazarán a otras, volverán viejas nociones, reaparecerán espectros del pasado y surgirán nuevas doctrinas más o menos malinterpretadas. La imaginación resulta la base de ellas y, en el futuro, quedarán como preciosas joyas poéticas u olvidados mitos de épocas arcaicas.

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Científicamente divertido

Por Miguel Ángel Norzagaray Cosío

La Paz, Baja California Sur (BCS). Casi todo lo que tenemos ha sido desarrollado haciendo uso de las mismas fórmulas que dedujera un destacado científico hace ya cientos de años. Desde lo más cotidiano a lo más sofisticado, todo se ha hecho todo con las famosas leyes de Newton; hasta los aviones son diseñados pensando así, incluyendo los avanzados aviones de guerra. Agregando el electromagnetismo a la mecánica de Newton, tenemos todo lo necesario para cada artículo y tecnología que usamos. ¡Ha sido así toda la vida!

Sin embargo, desde hace mucho se sabía que algunas cosas no encajaban bien. Por ejemplo la órbita de Mercurio adelantaba vuelta tras vuelta su acercamiento máximo al Sol, llamado perihelio, contra lo que era de esperarse. No había explicación con las teorías de Newton. Hasta se pensó en algún otro planeta que fuera el que perturbara la órbita, pero tras años de búsquedas se rechazó la idea.

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Cuando hace un siglo Einstein da a conocer sus teorías —en 1905 la de la Relatividad Especial y diez años después la de la Relatividad General—, explicó a la perfección el desajuste de Mercurio, lo que significaba un buen soporte de la teoría. De repente, el universo podía verse desde una perspectiva distinta, haciendo del espacio y el tiempo una sola cosa, un enmarañado de cuatro dimensiones. Esta fibra de la que se compone el universo, el espacio-tiempo, que a bajas velocidades y masas se comporta como el de Newton, a altas velocidades y enormes masas se comporta como el de Einstein, dejando la teoría newtoniana como caso particular.

Estas nuevas teorías son un modelo para explicar fenómenos que tienen que ver con la fuerza de gravedad, la más débil del universo. Las otras tres fuerzas, en orden de menor a mayor magnitud  son la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte.

Comprueban teoría de Einstein

Pero Einstein predijo además varios fenómenos que debían ocurrir en caso de ser cierta su teoría. Así, durante un eclipse de Sol en mayo de 1919, la posición de estrellas cercanas al Sol tendría un cambio pues su luz viajaría haciendo curva en las proximidades de la masa solar. Una vez observado el eclipse, esta fue la segunda prueba de que el modelo de Einstein estaba en lo correcto. La predicción del cambio de coordenadas de las estrellas fue perfecta.  Tal curvatura del espacio-tiempo en las cercanías de objetos masivos fue corroborada una y otra vez por observaciones astronómicas que cada vez han sido más precisas. De ahí ha surgido el concepto de lentes gravitacionales, que dejamos al lector diligente.  Cada solución ofrece una manera de medir el universo.

La teoría presentada por Einstein está en forma de un conjunto muy complicado de ecuaciones, que una vez establecidas ciertas condiciones pueden resolverse, no con poco esfuerzo. Uno de los primeros en dar solución a una de las ecuaciones fue Karl Schwarzschild y resultó en el descubrimiento teórico de los hoyos negros, lugares en el espacio donde hay tanta masa que ni la luz puede salir de ellos. Estos ya habían sido postulados desde 1783 a partir de la teoría de Newton, pero la idea era tan descabellada que en ese momento nadie hizo caso de la idea pues se creía que la luz era una onda sin masa y no habría interacción posible.

Fue con la puesta en órbita de las primeras sondas que observaron el universo en rayos X lo que permitió descubrir el primer hoyo negro, llamado Cygnus X-1. Esa gran fuente de rayos X fue intensamente estudiada y reconocida como un sistema binario, compuesto por una estrella y otro objeto invisible de cuyo entorno se emana la intensa radiación.  Para 1973 ya era aceptado por la comunidad científica que la compañera invisible del sistema era el primer hoyo negro detectado. Un punto más para la teoría de Einstein.

De ahí a la fecha se han encontrado una gran cantidad de hoyos negros y han sido clasificados por la cantidad de masa que poseen, los hay de masa estelar, producidos por el colapso gravitatorio de una estrella de masas superior a la del Sol y también los llamados supermasivos, con millones de masas solares, ubicados en el centro de muchas galaxias.

Todo iba bien con la teoría, la respuesta a la órbita de Mercurio, la curvatura del espacio cerca de objetos masivos y la existencia de hoyos negros. Podemos agregar esta lista de éxitos la de la dilatación del tiempo, predicción que dice que entre más rápido viaja un reloj más se atrasa con respecto a otro reloj que no se mueve. Esto pudo ser comprobado con la puesta en órbita de relojes atómicos, comparando con otros relojes atómicos en Tierra. El atraso del reloj en órbita estaba bien calculado por la teoría.  Otro punto para Einstein y su teoría.

Este retraso de los relojes en órbita es algo que sí comienza a tener impacto en nuestra vida cotidiana. Cada vez que usamos el GPS de nuestro celular, la información coordinada de los distintos satélites GPS requiere de correcciones relativistas pues viajan a alta velocidad. Baja en comparación con la de la luz, pero suficientemente rápido como para requerir de tal corrección.

Las ondas gravitacionales

Faltaba un punto más para Einstein, pues su teoría predice la existencia de ondas gravitacionales. De manera rápida, las podemos pensar como vibraciones que ocurren y viajan por el espacio-tiempo, de la misma manera como lo hacen las olas en el agua al aventar una piedra. El detalle aquí es lo débil que es la fuerza de gravedad. Basta levantar un pedazo de fierro con un pequeño imán para darse cuenta de que la masa de la Tierra no es suficiente para hacer que caiga al suelo.

Por ello, la amplitud de las ondas gravitacionales o fluctuaciones de esta fuerza debían ser muy débiles para poder ser detectadas, a menos de que sean producidas por cataclismos astronómicos enormes, como el choque de estrellas masivas o agujeros negros. Con este panorama, se comenzaron a hacer esfuerzos por detectarlas desde la década de 1960.

Ya para la década de 1980, los detectores desarrollados eran tan sensibles que buena parte del esfuerzo era para aislar el ruido producido por el ambiente alrededor del detector. El más exitoso de estos fue el proyecto LIGO (observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser), que consiste en dos largos tubos al vacío de 4 kilómetros, colocados perpendicularmente. Un rayo laser se produce en el vértice, se divide en dos partes, cada una va por un tubo y regresa, midiéndose la velocidad precisa del retorno. Si existen las ondas gravitacionales, en algún momento los rayos comenzarán a llegar en momentos distintos.

Esto fue precisamente lo que pasó el 14 de septiembre de 2015, al detectarse la primera onda gravitacional. Con los datos recabados por LIGO se pudo saber que correspondía a una colisión entre hoyos negros, incluso se dedujo la masa aproximada de cada uno de ellos. Por desgracia, en esa ocasión no se pudo determinar en dónde ocurrió tal colisión. Hubiera sido perfecto que al detectarse la onda gravitatoria hubiera habido observatorios en el mundo que obtuvieran imágenes en diversas longitudes de onda de la galaxia donde ocurrió para análisis adicional, pero el área de búsqueda fue tan grande que no se encontró la fuente. Aún así, este resultado se publicó en 2016 y corroboró la teoría de Einstein.

Para la alegría de todos los astrónomos, las detecciones de ondas gravitacionales continuaron y la tercera de 2017, con fecha del 14 de agosto, se detectó una cuya radiación fue también percibida por observatorios de rayos gama en órbita, lo que permitió localizar la fuente. La onda detectada recibió la denominación GW170817, también registrada por Virgo, otro observatorio de ondas gravitacionales en Europa.

En esta ocasión la fuente de la onda fue detectada en la una galaxia de la constelación de la Hidra, menos de medio día después de la llegada de la onda gravitatoria. El análisis en conjunto reveló que se trató de la colisión de dos estrellas de neutrones, que giraban una en torno a la otra reduciendo poco a poco su distancia.

Las ondas gravitacionales son una nueva forma de ver el universo y abren posibilidades que ni sospechamos a la astronomía. Lo mejor es que además de apuntalar teorías científicas, estos proyectos dejan a su paso desarrollos tecnológicos que en algunos casos se incorporan a nuestra vida cotidiana en formas diversas. Algunos en la cocina, otros en nuestro carro, nuestras telecomunicaciones o alimentos.

Hay seguramente mucho más por venir en este nuevo frente científico de las ondas gravitacionales. Comenzando con mejores detectores y tecnología.