DIOS DIJO:"QUE NEWTON SEA"

Tengo sobre la mesa el viejo y manoseado libro que aparece en la figura. Lo abro por el capítulo III y leo:
“DIOS DIJO;”QUE NEWTON SEA (*)”... “ El año en que Galileo moría en su reclusión de Florencia, un niño prematuro, bautizado con el nombre de Isaac, nacía en la familia de un agricultor del Licolnshire apellidada Newton. Durante los primeros años de escuela Isaac no dio signos de su futura grandeza. Era un muchacho enfermizo, tímido, más bien retrasado en sus estudios. Lo que le sacó de este estado fue su primera riña con un compañero de la escuela que, además de ser uno de los mejores estudiantes de la clase, era muy agresivo hacia los otros muchachos. Al recibir un golpe en el vientre que le asestó este camorrista (cuyo nombre se ha perdido para la historia ), Newton le desafió a luchar y le venció a causa de su "espíritu superior y resolución". Después de haber ganado en el aspecto físico, decidió completar su victoria en la batalla de la inteligencia y, trabajando esforzadamente, llegó a ser el primero de su clase. Después de ganar otra batalla con su madre que quería dedicarle a la agricultura, entró en el Colegio de la Trinidad a la edad de 18 años y se consagró al estudio de las matemáticas. En el año 1665, Newton tomó su grado de bachiller en artes sin ninguna distinción especial."

Cuando yo tenía unos 15 años en mi primer viaje, con mis padres, a Madrid me lo compré y empecé a leerlo. Su lectura me atrapó como sólo pueden hacerlo los buenos libros a esas edades. Consiguió que imaginara la aventura de la ciencia como una aventura más, y a sus personajes como los protagonistas de los libros de piratas y aventuras.

George Gamow, en su prólogo ( Univ. De Colorado, 1 de junio de 1960) dice:” En el presente libro, he intentado seguir un camino intermedio ( entre los libros de texto y los históricos) exponiendo lo mismo el proceso de Galileo que las leyes fundamentales de la mecánica por él descubiertas o presentando mis recuerdos personales sobre Niels Bohr junto con una detallada discusión del modelo del átomo de este físico... espero que este libro servirá para que los jóvenes lectores ( y acaso algunos viejos) sientan el impulso de estudiar Física; esta es su finalidad principal.

El libro se divide en los siguientes capítulos:
I. La aurora de la Física.
II. Las edades oscuras y el Renacimiento.
III. Dios dijo:"Que Newton sea".
IV. El calor como energía.
V. La edad de la electricidad.
VI. La revolución relativista.
VII. La ley de los cuanta.
VIII. El núcleo atómico y las partículas elementales.

Este post pretende brindar a este libro y a su autor mi pequeño homenaje y el de mis posibles lectores. ( Después de esto me voy a comprar una edición moderna del libro y a retirar, a un merecido descanso, la edición super-antigua de la foto).

(*)De unos versos de Alexander Pope (1688-1744):"La Naturaleza y sus leyes yacían ocultas en la noche; Dios dijo:"Que Newton sea", y todo se hizo luz."

Vacío cuántico, vacío fractal

El vacío estable y absoluto de Newton, con trayectorias continuas y determinadas, ha dejado paso al vacío cuántico asociado a unas extrañas trayectorias discontinuas y fracturadas, llamadas por ello trayectorias fractales. La existencia del cuanto de acción o constante de Planck ( se llama acción al producto de una energía por un tiempo ), base de la física cuántica, es la causa de ese cambio fundamental, y de otros muchos, con profundas consecuencias. Mediante la geometría fractal, este nuevo marco nos ofrece nuevas e interesantes perspectivas.

La existencia del cuanto de acción supone, realmente, la desaparición del vacío como tal. La mínima energía posible en el espacio (fluctuaciones cuánticas) deja de ser cero para pasar a depender del inverso de la distancia considerada. A la menor distancia posible (longitud de Planck = 10-35 metros) , se le asocia una energía considerable, equivalente a una masa de 0,00002 gramos, y si mantuviéramos la misma relación, la masa correspondiente a un metro sería del orden de 1,2 x1024 toneladas. Pero la propia existencia del mínimo cuanto de acción , por medio del principio de incertidumbre, determina que las fluctuaciones de energía del vacío queden acotadas, y sean cada vez menores conforme aumenta la distancia. Para las distancias macroscópicas, cotidianas para nosotros, son prácticamente nulas.

El vacío plano y estable ha dejado paso a un vacío cuántico modulado por sus fluctuaciones de energía que le dotan de una estructura fractal, discontinua. Dicha estructura, aparentemente extraña en la teoría, es por el contrario de lo más común en el mundo real. Cualquier superficie , por ejemplo, por lisa que nos parezca, al examinarla con un aumento progresivo la observaremos cada vez con mayores imperfecciones, hendiduras y discontinuidades. Ocurre con cualquier objeto del mundo real, la esfera, el cubo, o la línea perfecta no existen . No dejan de ser simplificaciones convenientes a las que asociamos conceptos sencillos y fáciles de manipular. Sin embargo las simplificaciones nos pueden ocultar detalles decisivos.

Supongamos que queremos recorrer, a pie, la distancia entre dos puntos determinados. Si la medimos sobre un plano, en línea recta, encontraremos una distancia determinada que se verá ampliamente superada cuando hagamos el trayecto en la realidad. Tendremos que subir, bajar, desviarnos un montón de veces de la trayectoria teórica preestablecida sobre el plano.En la realidad, habremos seguido una trayectoria fractal. Si ese mismo viaje lo hubiera hecho una hormiga, su trayectoria habría sido mucho más irregular que la nuestra y la distancia a recorrer mucho mayor , porque el paso de la hormiga es considerablemente menor que el humano.

En una línea perfecta eso no ocurre, pero en una trayectoria fractal si. Una línea teórica tiene dimensión topológica o aparente igual a la unidad, pero para una línea fractal existe un factor dimensional positivo , que se suma a la dimensión aparente para constituir la que llamamos dimensión fractal. Conforme sea más discontinuo e irregular un fractal mayor será este factor y , por tanto, mayor su dimensión fractal.

La física cuántica es fácil (II)

Newton siempre creyó que la luz estaba formada por pequeñas partículas que chocaban y rebotaban como pelotas. Más tarde se constató su naturaleza ondulatoria, y cuando aquella idea llevaba muchos años descartada, Max Planck, a principios del siglo XX, descubrió el cuanto de energía que le devolvía parte de la razón a Newton.

La existencia del cuanto de energía implica que la luz está formada por paquetes de energía, llamados fotones, cuyo valor es igual al producto de su frecuencia (el color depende de ella) por una constante universal llamada cuanto de acción ( h ), se dice por eso que la energía está cuantificada. Este hecho, aparentemente, intrascendente ha sido el causante de una verdadera revolución en la física, y ha dado lugar a infinidad de aplicaciones prácticas que inundan nuestra vida cotidiana. Para hacernos una idea, basta decir que los transistores ( los circuitos impresos) que forman todos nuestros aparatos electrónicos funcionan según las leyes de la física cuántica.

El cuanto de acción (h) supone la mínima parte de acción posible, entendiéndose por acción el producto de una energía por un tiempo. Ser la mínima parte implica que cualquier aumento o disminución de acción debe ser un número entero de veces el valor de h, pues sólo este tipo de variaciones son estables. Sin embargo, las variaciones inestables, no duraderas, tienen una implicación directa en el llamado principio de incertidumbre o de indeterminación, descubierto por Heisenberg. Son las llamadas fluctuaciones cuánticas del vacío, que impiden que la energía del vacío sea cero.

Estas fluctuaciones hacen que el vacío pierda la teórica estabilidad que se le suponía y afectan a todas las mediciones que se intenten realizar introduciendo un factor de distorsión independiente de la sensibilidad del instrumento de medición. Afortunadamente, dependen del inverso de la distancia, lo que afecta considerablemente a las pequeñas distancias, pero no influye en las distancias cotidianas que manejamos.

La doble naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz, hizo pensar al físico francés Louis de Broglie que el resto de partículas podían disfrutar de esa cualidad y estableció que cualquier partícula lleva asociada una onda de longitud igual al cuanto de acción dividido por su masa y por su velocidad ( cualquier objeto macroscópico también tiene su onda asociada, pero debido al valor tan pequeño del cuanto de acción su efecto es despreciable).

La mera existencia del cuanto de acción ( h), vemos que introduce una serie de aspectos sorprendentes: dualidad onda-partícula, indeterminación, cuantificación de la energía... sin embargo, como el valor de dicho cuanto es muy pequeño, estos aspectos sólo se hacen patentes en las distancias muy pequeñas, del orden de la escala atómica y menor, de ahí que se escapen a nuestra experiencia habitual y sorprendan a nuestro sentido común.