Las capas de la Física (I)de Genciencia
El avance científico significa que los nuevos paradigmas científicos a lo largo de la historia han ido substituido, o mejor dicho ampliado, a los anteriores. Así, pues, en un instante histórico dado teníamos un paradigma conocido, y que funcionaba a la perfección en casi todos los experimentos que eramos capaces de realizar. Ese es paradigma reinante en aquél momento, la mejor aproximación que tenemos a La Verdad (si es que existe tal cosa).
Y, por otro lado, mientras el paradigma establecido sigue confirmándose útil dentro de su ámbito de aplicación, siempre se estaba construyendo un nuevo paradigma con la pretensión de ampliar al anterior, lograr explicar aún más cosas. En este sentido, es importante entender que las teorías nuevas no substituyen a las nuevas, sino que las amplían, nos acercan un escalón más a la explicación de la realidad.
A groso modo, sin entrar en demasiados detalles históricos, podemos distinguir cuatro generaciones de paradigmas científicos. Empezando por las teorías pre-método científico, a menudo heredadas de la cultura clásica y mitos infundados.
Después, entre Galileo y Newton acuñaron la mecánica clásica (de la cual posteriormente se hicieron versiones más potentes, como la mecánica lagrangiana o la hamiltoniana; pero tienen el mismo contenido físico, así que nosotros las consideraremos dentro de la misma generación).
A principios del siglo pasado empezó la tercera gran generación de paradigmas físicos. Fue una generación muy particular, ya que se caracterizó por no tener un sólo paradigma, sino por tener dos, que además eran incompatibles entre sí: la relatividad y la mecánica cuántica.
No tardó mucho en llegar la cuarta generación: la teoría cuántica de campos. Se caracteriza por intentar unir los dos paradigmas antagónicos de la anterior generación, aunque no lo consigue completamente. En particular, la teoría cuántica de campos (que a veces recibe el nombre segunda cuantización) consigue unificar la mecánica cuántica con la relatividad especial, pero ha fracasado en incluir todo lo relacionado con la gravedad.
La teoría cuántica de campos, que data de la década de 1930-1940, sigue siendo la mejor teoría sobre la realidad que tenemos hoy en día, y que ha pasado los test experimentales. Dentro de este marco, en la década de los 1970, se desarrolló el Modelo Estándar (¿recordáis la diferencia entre teoría y modelo?), que describe a la perfección el comportamiento de todas las partículas que, a día de hoy, se han producido en laboratorio; y realiza predicciones que se verifican experimentalmente hasta con doce cifras exactas. Sólo nos falta comprobar experimentalmente un detallito, el famoso bosón de Higgs.
Y, hasta aquí, todos los paradigmas que han podido ser confirmados experimentalmente.
Como ya dijimos, los Físicos estamos constantemente intentando superar los límites, crear un nuevo paradigma que complete al anterior. En la actualidad, y desde que se implementó la teoría cuántica de campos, el gran reto está en encontrar una teoría que permita superar las limitaciones actuales. Tenemos candidatos (cuerdas, loops, etc), pero hoy en día todo es trabajo en progreso, no ha sido experimentado, ni siquiera hemos terminado de confeccionar la teoría. El tiempo dirá.
Las capas de la Física (y II) Genciencia
Como íbamos diciendo, a lo largo de la joven historia del método científico podemos distinguir cuatro grandes paradigmas, cada cual una versión mejorada y ampliada del anterior. Recalco mucho este punto ya que es una de las ideas equivocadas sobre la Física que la gente suele tener: las nuevas teorías no demuestran que las anteriores fueran erradas, sólo demuestran que eran incompletas.
Esto hay que tenerlo muy claro, cada teoría tiene su rango de validez. Lo cual también significa que tiene sus límites, si los sobrepasamos la teoría ya no nos sirve. Cuando la comunidad científica desarrolla un nuevo paradigma que substituya al anterior, lo que busca es precisamente ampliar el rango de validez, reducir los fenómenos que quedan sin explicar.
Pero si a nosotros, en un momento dado, nos interesa estudiar un sistema que está dentro del rango de validez de la teoría antigua, podemos utilizarla sin ningún problema Incluso a sabiendas de que hay una teoríamejor; da igual, la teoría antigua es válida para esa situación, se aproxima lo suficiente a la realidad.
De esta forma, dentro del rango de aplicación del paradigma antiguo podemos elegir cuál de los dos aplicar: el nuevo con toda su potencia (y complicación), o bien el antiguo. En ambos casos, el resultado debería ser el mismo (o, al menos, tan parecido que a la práctica sea imposible de distinguir). Esto es muy útil porque, normalmente, las teorías antiguas son más sencillas que las modernas (por eso se descubrieron antes, supongo).
Por todo esto, y repito una vez más, las teorías nuevas no substituyen a las antiguas, las amplían. Como diría Shrek, la ciencia es como una cebolla, tiene muchas capas.
En el capítulo anterior hablamos de cuatro generaciones de paradigmas científicos, ¿cuales son sus limitaciones?
La mecánica clásica se puede aplicar siempre que tengamos situaciones en que se maneja mucha energía (a comparar con las energías típicas de las partículas elementales) y velocidades muy pequeñas con respecto a la de la luz. En situaciones donde las energías involucradas sean muy pequeñas necesitaremos pasar a la mecánica cuántica. En cambio, si tenemos velocidades similares a la de la luz, deberemos ir a la relatividad.
La mecánica cuántica es útil siempre que trabajemos con sistemas de muy poca energía (por ejemplo, partículas), donde las velocidades son muy bajas con respecto a la de la luz. Además, tampoco es capaz de describir la creación ni destrucción de partículas, en mecánica cuántica siempre terminan las mismas partículas que empiezan, por decirlo así. Por último, no es capaz de describir la gravedad.
La relatividad es útil para cuerpos con energías macroscópicas, independientemente de la velocidad a la que se muevan. Es decir, puede describir perfectamente partículas que se mueven a (o, mejor, cerca de) la velocidad de la luz. Además, la versión general de la teoría es capaz de describir la gravedad, en términos clásicos. Lo que no puede describir son sistemas de muy baja energía, donde el comportamiento cuántico es importante.
Y, para terminar, el último gran paradigma, la teoría cuántica de campos, elimina todas las restricciones anteriores… menos una, sólo tiene un defecto: no es capaz de describir la gravedad cuánticamente. Pero sí que es capaz de describir correctamente partículas muy pequeñas, que se muevan a cualquier velocidad. Además, permite estudiar la creación y destrucción de las mismas.
Como dijimos, a día de hoy tenemos varias teorías candidatas para confeccionar el nuevo paradigma que solucione los problemas de la teoría cuántica de campos. Pero aún no están terminadas, ni mucho menos contrastadas experimentalmente. Tendremos que tener paciencia (y parece que bastante, por desgracia).
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