Las ideas fundamentales del universo

 

Escrito por Sean Carroll y publicado por Arpa & Alfil Editores en 2023.

Del autor ya he comentado otros dos libros con anterioridad: éste y éste, así que sí, ya lo conocía y además es uno de los autores que me gusta como escribe.

Es verdad que en este libro ha cambiado el estilo y ha decidido meter un poco más de complejidad a la divulgación, introduciendo los razonamientos físicos y matemáticos, con la formulación incluida. El mismo dice que el libro está pensado "para personas que no tienen más experiencia en matemáticas que la del álgebra en el instituto, pero que están dispuestas a detenerse en una ecuación". Estoy de acuerdo con él en que si no entramos en la formulación matemática de las ideas, hay muchas de ellas que jamás llegaremos a entender del todo, que es cuando en otros libros dicen aquello de que los detalles técnicos son muy complicados para ponerlos en este libro y cosas por el estilo que nos dejan un poco "a medias". Pero este libro tiene un fallo a mi parecer bastante importante para aquellos que no estén muy duchos en manejarse con las matemáticas y es que tiene algunos fallos de traducción e incluso algunos en la fórmulas (como uno en la ecuación de la relatividad general de Einstein en la página 297). Tengo clarísimo que los fallos no son del autor sino de la edición en español. Supongo que los arreglarán en la siguiente edición, porque si los arreglan habrá más ediciones, seguro.

Pero ojo, que diga que no hacen falta conocimientos matemáticos profundos no significa que no hable de lagrangianos, hamiltonianos, tensores de curvatura, tensores de Ricci, espacio de fases de un sistema ("el conjunto de todas las posibles posiciones y momentos de un sistema") principio de mínima acción, tiempo propio y tiempo relativo, que mencione a Emmy Noether, Cantor, Poincaré (cuando habla de métricas), Schwarzchild (desarrolla la solución de la ecuación de Einstein que lleva su nombre de forma espectacular), Penrose (y la forma que calculó para extraer energía de un agujero negro en rotación) ... y sobre todo en la parte final de geometría Riemanniana (la geometría que se construye eliminando el axioma de que "dos rectas paralelas nunca se cortan"), con todo lo que ello conlleva (yo la estudié en cuarto de carrera).

Es verdad que está todo bastante bien explicado, desde conceptos "simples" como la masa de un objeto (la resistencia que un objeto opone a la aceleración), aunque luego entre en lo que es la masa inercial y la gravitatoria, hasta otros no tan simples como que la gravedad no la crea sólo la masa, la crea todo tipo de magnitudes diferentes como la energía, la presión, la tensión, etc ...

Resumiendo, un libro de 325 páginas que hay que leer con calma, más dos apéndices más técnicos (que utiliza para no convertir el libro en un libro de texto). Es muy difícil el equilibrio entre ecuaciones y divulgación, pero creo que cuando revisen el libro y corrijan los errores será todo un best seller. Bueno, éste y los dos que parece que van a seguirle y que, por supuesto, me compraré.

Como siempre, copio un trocito:

"Mientras que la relatividad no encierra en sí misma una flecha del tiempo, las soluciones en torno a los agujeros negros que hemos considerado sí lo hacen. En un segundo plano de nuestra mente, imaginamos que hubo en el pasado una estrella o algún otro objeto astrofísico que colapsó  (mientras el tiempo avanzaba hacia el futuro) para crear nuestro agujero negro. Sería posible reproducir toda nuestra discusión matemática con la dirección del tiempo inversa. El resultado sería un agujero blanco, que contendría una singularidad en el pasado, rodeado por un horizonte de sucesos del que la materia podría escapar, pero no regresar. Un agujero blanco es un agujero negro retrocediendo en el tiempo. No pensamos que los agujeros blancos existan en la naturaleza, pero la cosmología moderna postula que nuestro universo observable surgió de una singularidad de tipo Big Bang acaecida en el pasado, y en todo ello existe ciertamente una semejanza de familia. El universo, considerado en su totalidad, viene a ser como un agujero blanco ."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 4 (hay muchas fórmulas y hay que seguirlas).

Opinión: 4 (sería un 5 si le corrigiesen los errores).

La zorra y las uvas

 

Escrito por Sean Carroll y publicado en 2020 por Ediciones de Pasado y Presente S.L. (aunque el original en inglés es del 2019). 

A Sean Carroll (no confundir con Lewis Carroll) ya lo conocía por otros libros (entre otros éste que ya he comentado). Como ya dije entonces, es profesor en el Caltech y doctor por Harvard, así que algo sabe sobre los temas de los que escribe.

Lo primero que hay que decir del libro es que, tal y como indica el subtítulo, trata de los mundos cuánticos y la realidad oculta del universo. Lo de titularlo como "la zorra y las uvas" es como homenaje a una fábula de Esopo en la que en este caso la zorra son los físicos y las uvas la comprensión de la mecánica cuántica. Lo segundo es que, tal y como indica el autor, el libro tiene tres mensajes relevantes. El primero es que la mecánica cuántica tiene que ser comprensible (aunque no lo hayamos logrado todavía). El segundo es que hemos conseguido avances reales hacia esta comprensión. Y el tercero es que todo esto es importante, y no solo para la integridad de la ciencia. 

El enigma que yace en el corazón de la mecánica cuántica se puede resumir en un lema bien sencillo: lo que vemos cuando observamos el mundo parece ser esencialmente diferente de lo que es (y ésto son palabras del autor, no mías). Y sobre esto trata el libro, sobre los avances que hemos hecho en nuestro intento de explicar los fundamentos de la mecánica cuántica (no solo el famoso "calla y calcula").

Por supuesto empieza presentándonos a la ecuación de Schrödinger (no puedo evitarlo, la pongo aquí): 

Y las diferentes interpretaciones que de ella han hecho los físicos, entre otras y fundamentalmente la de los muchos mundos de Everett, de la que el autor se manifiesta públicamente defensor (y argumenta los motivos). Como ya ocurrió en el anterior libro que leí de él, a medida que vamos avanzando en el libro, la complejidad se va acumulando (aunque no hay prácticamente ninguna fórmula) y nos habla de modelos de colapso dinámico (como la teoría GRW), de los enfoques epistémicos y ontológicos de la mecánica cuántica, del bayesianismo cuántico, del qbismo, del teorema de Reeh-Schlieder (que viene a decir que al hurgar en un campo cuántico  es posible cambiar el estado cuántico de todo el universo a otro estado), del enigma de la información en un agujero negro (sobre esto comenté algunos libros con anterioridad, entre otros: éste), de la radiación Hawking, de los diagramas de Feynman, de la gravedad entrópica o gravedad termodinámica, etc ...

Vamos, que hay conceptos muy complejos (aunque bien explicados). Otra cosa es que los tengamos todos claros en la cabeza mientras leemos, pero eso no es culpa del autor, si ocurre será culpa nuestra. No obstante, al estar bien escrito, va intercalando cosas que hacen la lectura amena, como cuando cuenta la anécdota de que el hijo de Everett (recordemos que Hugh Everett murió de un infarto a los 51 años) dice que al principio estaba enfadado con su padre por no haberse cuidado más, pero que luego cambió de opinión: "me he dado cuenta de que el estilo de vida de mi padre tiene cierto valor. Comía, bebía y fumaba todo lo que quería, hasta que un día, de golpe, murió rápidamente. Teniendo en cuenta algunas de las otras opciones que he presenciado, tal vez disfrutar y luego morir con rapidez no sea una mala forma de irse". Y también hace un alegato a favor de que otros intenten desarrollar ideas con las que no estamos de acuerdo porque "esto nos brinda la oportunidad de mantener con vida diversas ideas, maximizando así la probabilidad de que lleguemos a la solución correcta".

Por resumir, un libro de 300 páginas que hay que leer con tranquilidad para ir absorbiendo los conceptos sin atragantarnos, pero que merece la pena leer. Esta vez voy a copiar dos trocitos, porque no me decidía sobre ninguno de ellos:

"Los agujeros negros tienen una propiedad muy especial: representan los estados de mayor entropía que podemos tener en una región cualquiera del espacio. Este resultado, sin duda provocador, fue advertido por primera vez por Bekenstein y luego perfeccionado por Raphael Busso. Si consideras una región en el estado de vacío e intentas aumentar su entropía, también debes incrementar su energía (como partimos del vacío, la energía no tiene más remedio que aumentar). A medida que vas añadiendo entropía, la energía también aumenta. Al final tendrás tanta energía en una región limitada que ésta no tendrá más remedio que colapsar para formar un agujero negro. Y aquí nos topamos con el límite; no puedes meter más entropía en una región que la que tendrías si esa región fuera un agujero negro."

"Hay que ser conservador en el sentido de que deberíamos partir de teorías y principios que ya están bien establecidos y tienen éxito, en lugar de introducir de forma arbitraria nuevos enfoques cada vez que se descubren nuevos fenómenos. Pero, a la vez, hay que ser radical, en el sentido de que hay que tomar en serio las predicciones e implicaciones de nuestras teorías en regímenes que están alejados de aquellos en los que se han comprobado".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 3

Opinión: 4 (muy bueno, pero para leer con tranquilidad y sin ruido)

La partícula al final del universo

Escrito por Sean Carroll y publicado por Random House Mondadori, dentro de la colección Debate, en 2013.

El autor es un físico teórico del Caltech, doctorado en Harvard, que ha escrito algunos libros y publicado una serie de clases en dvd sobre el universo que tienen buen aspecto pero que reconozco no he podido ver.

Tal y como el subtitulo del libro indica ("Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo") el argumento principal del libro es la búsqueda de esa partícula misteriosa que puede haber sido descubierta ya (aunque aún faltan más comprobaciones para saber si es exactamente la que se estaba buscando o es alguna otra sorpresa). Pero no sólo nos habla de la partícula en sí, sino que hace un gran recorrido por las entrañas del LHC en  el CERN y las dificultades para su construcción (aunque obviamente menos dificultades que las que tuvieron en USA, donde cancelaron la construcción del SSC) y sobre todo por dos de los experimentos, el ATLAS y el CMS, dedicados ambos a la detección de partículas, pero cada uno de un modo distinto, dando así mayor veracidad a la detección de las posibles nuevas partículas (si es que lo detectan los dos experimentos, como ha sido el caso en el 2012). Durante ese recorrido, al margen de hablarnos de los responsables implicados en todos los aspectos del LHC, también hace un amplio recorrido por la física que está detrás. Entra de lleno en lo que son las partículas, o al menos lo que creemos que son actualmente (teoría de cuerdas incluida), en la teoría cuántica de campos, la ruptura de las simetrías (y por qué son importantes en física), en fin en muchos temas muy interesantes y bien explicados (dentro de la extrema complejidad técnica de los mismos, que logra evitar en casi todo momento). Comenta también conceptos muy de moda, como la materia y la energía oscuras y las posibilidades que tenemos de lograr alguna prueba concreta de ellas en el LHC. Por supuesto, narra cómo se llegó teóricamente a la necesidad del bosón de Higgs (y de quienes tendrían que llevarse el premio Nobel en caso de terminar comprobándose la teoría, ya que, como suele ser habitual desde hace tiempo en física, las ideas no son de una sola persona).

Las explicaciones que va dando a lo largo del libro de todos los temas que trata son bastante buenas, pero deja un par de ellas para los tres apéndices finales que merece la pena leer, ya que aclaran bastante sobre lo que es la masa y el espín de las partículas, hace un resumen del modelo estándar de partículas e introduce un poco los diagramas de Feynman.

Por resumir, son 317 páginas, más los tres apéndices, que, aunque se leen cómodamente (no hay fórmulas), tienen una densidad de información, sobre todo para los que no hayan  leído nada sobre estos temas antes, que hace que haya que leerlas en un ambiente tranquilo y relajado, pero que merece la pena.

Como siempre, copio un trocito:

"La teoría cuántica de campos es la responsable del fenómeno de las partículas virtuales, incluidos los partones (quarks y gluones) en el interior de los protones que tan importantes son para lo que sucede en las colisiones del LHC. Igual que nunca podemos determinar la posición precisa de una partícula, tampoco podemos establecer con precisión la configuración de un campo. Si lo observamos con suficiente detenimiento, vemos partículas que aparecen y desaparecen en el espacio vacío, dependiendo de las condiciones locales. Las partículas virtuales son una consecuencia directa de la indeterminación inherente a la mediciones cuánticas.

Durante generaciones, los estudiantes de física han tenido que enfrentarse a una temida pregunta: "¿La materia en realidad está hecha de partículas o de ondas?". Es habitual que ni siquiera tras todos sus años de formación lleguen a tener una buena respuesta. Hela aquí: la materia en realidad son ondas (campos cuánticos), pero cuando observamos con el suficiente detalle vemos partículas. Si nuestros ojos fuesen tan sensibles como los de las ranas, todo esto tendría más sentido para nosotros."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 2-3 (tiene algunas partes complicadas)

Opinión: 4