La física de pequeñas y grandes dimensiones
La física, como ciencia positiva, ha exigido siempre tratar temas de investigación sobre la naturaleza que puedan validarse o invalidarse mediante los experimentos independientemente repetidos y las observaciones.
Cualquier tema que, por definición, no pueda ser sometido a experimentos, o a observaciones directas y repetidas, queda fuera de las consideraciones científicas, y entra en el dominio de la especulación o la magia.
Por ejemplo, si se dice que un ruego puede frenar la rotación de la Tierra durante unas horas para continuar esta rotación después, se está enunciando una tontería, que ni siquiera entra en el dominio de la magia y se queda en el del cuento literario.
Cuando decimos que los objetos sólidos de bajo rozamiento con el aire (una plomada con forma de pez, por ejemplo) caen desde un balcón de 19.62 metros de altura (unos 6 pisos) en 2 segundos, estamos afirmando algo que cualquiera puede verificar mediante experimentos independientes y repetidos.
Cuando se afirma que se han visto fantasmas, o que se ha hablado con los muertos, no hay manera de diseñar experimentos independientes y repetidos que permitan verificar o falsear esas afirmaciones.
Si se deducen causas de efectos observados, esas causas pueden ser cualesquiera, pues de las causas se deducen efectos, pero un cierto efecto puede tener causas diversas incompatibles entre sí.
Por ejemplo, si vemos, desde el balcón mencionado, subir una plomada con forma de pez por delante de nuestros ojos, podemos deducir que los cuerpos sólidos en la superficie de la Tierra suben ellos solos en el aire, o que un fantasma tira de ellos hacia arriba con un hilo también fantasmal, o cualquier otra locura de la imaginación. Solo si comprobamos que cada vez que vemos subir ese objeto, este ha salido de un cañón, y siempre de un cañón de la misma forma y con la misma cantidad de pólvora y el mismo ángulo con respecto al suelo, podemos concluir de la observación del “pez” volador que la causa de esa subida es la explosión de la pólvora en un cañón.
Es decir, de una causa podemos deducir un efecto, pero nunca a la inversa.
En los libros de divulgación de los hechos de la naturaleza se habla con mucha frecuencia del Big-Bang, un fenómeno sugerido por el astrónomo jesuita Georges Lemaitre, que sería una explicación física de los primeros versículos del Génesis del Pentateuco.
Pero el Big-Bang carece de toda posible realidad científica: De haber ocurrido, habría sido un fenómeno único y no repetido, sin causa posible, no susceptible ni de medida ni de observaciones repetidas, y ni siquiera observado como fenómeno, sino deducido de posibles efectos postulados a partir de ese concepto considerado como causa.
En los libros de divulgación científica, cuando tratan de fenómenos de dimensiones menores que las de un protón (el núcleo del átomo de hidrógeno) se habla de partículas que median en las conversiones de otras partículas entre sí. Por ejemplo, se considera lo que se denomina “partículas virtuales” W, que se supone que son necesarias para que un neutrón (lo que hay distinto de los protones en el núcleo de un átomo de Helio, por ejemplo) se convierta en protón, como lo hace cuando ese neutrón está fuera del núcleo de los átomos.
Pero no se ha conseguido medir ni visualizar directamente ninguna de esas “partículas” virtuales (es decir, irreales), sino solo siempre a partir de sus posibles efectos. (Por cierto, la expresión “realidad virtual” es un oxímoron, una contradictio in terminis, una, como mucho, metáfora, o en realidad, una tontería. Por mucho que la imagen de una comida suculenta en una pantalla se parezca a una comida real, la “virtual” no se puede ingerir, es decir, no existe, no tiene realidad como comida).
En varios laboratorios de partículas sub-nucleares y con experimentos de alta energía, se han detectado fenómenos tales como la aparición en un punto de un detector, de dos trazas, de un protón y un electrón que aparecen en un mismo punto y luego se mueven en caminos separados. Esto es lo que se mide. De acuerdo con un modelo del universo de partículas sub-nucleares, se deduce que electrón y protón han aparecido como efecto de la conversión de una partícula W en estos electrón y protón, pero la partícula W ni se ve ni se mide.
Con respecto a las variables físicas de las partículas atómicas y sub-nucleares, tales como sus posiciones, velocidades, masas, y como combinación de las masas y velocidades, las energías, se suele decir en los libros y artículos de divulgación que la naturaleza a esos niveles es “bizarra” (weird, en inglés): Si medimos la posición de una de esas partículas con cierta precisión, no podemos conocer su velocidad más que con una gran incertidumbre. Si medimos su velocidad con cierta precisión, no podemos conocer su posición más que con gran incertidumbre, y se compara esto con la medida de la velocidad y posición de un coche, por ejemplo.
Pero nunca se dice que, a nivel atómico y menor, no tenemos energías para medir esas variables mucho menores que las energías de las propias partículas. Al medir, perturbamos el sistema, y ya no mantiene las variables que tenía antes.
No se explica en esos libros y artículos lo que ocurriría si iluminásemos un coche de masa 1000 kilogramos, que se mueve a 108 km/h, iguales a 30 m/s, con un láser de su misma energía: 0.125 kWh. Si lo hiciésemos, al medir cambiaríamos el coche de posición y le cambiaríamos su velocidad, de manera que no podríamos medir ambas con precisión elevada.
Es esto, sencillamente, lo que ocurre a esos niveles de átomos y menores: Los instrumentos de medida cambian las posiciones y velocidades de lo que medimos. No hay nada extraño ni bizarro: Es sencillamente una consecuencia de los tamaños relativos de las energías de medida y las energías de lo que medimos.
De la misma manera, la ecuación para el movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos, y de los planetas alrededor de las estrellas es la misma, y por consiguiente, ambos sistemas tienen trayectorias prohibidas, niveles discretos de energía. Pero en los átomos pequeños, hidrógeno, helio, litio, y pocos más, esos niveles de energía están muy separados unos de otros, lo que ya no ocurre con los átomos de muchos protones y electrones, como, por ejemplo el uranio, el radio, el radón, en los que los niveles, discretos, están tan juntos, que pueden considerarse continuos.
Esto mismo ocurre en el sistema planetario: Los niveles discretos de energía están tan juntos que, siendo discretos, pueden considerarse continuos. Pero no hay nada distinto, cualitativamente, entre los planetas y los electrones, salvo que en la gravedad solo hay atracción, mientras que en la electricidad hay atracción y repulsión, pero tanto a niveles minúsculos como estelares y mayores.
Eso sí, puesto que los átomos son muy pequeños, y están cargados eléctricamente, sufren billones, trillones de interacciones entre sí, de manera que al moverse los electrones alrededor de los núcleos, sus trayectorias son altamente irregulares, casi aleatorias, dentro de sus respectivos niveles de energía. Por otro lado, los planetas solo interaccionan entre sí por la fuerza gravitatoria. Están tan lejos unos de otros, y hay tan pocos sistemas planetarios en el Universo, (comparados con el número de átomos) que esas interacciones gravitatorias perturban muy poco sus trayectorias.
De nuevo, la física a niveles, digamos humanos y mayores, y la física a niveles atómicos y menores, no son fundamentalmente distintas, sino que su aparente diferencia deriva exclusivamente de las energías relativas de ambos subconjuntos de los cuerpos del universo.
Hay que saber de qué se habla.