Supremacía cuántica

Escrito por Michio Kaku y publicado por Penguin Random House dentro de la colección Debate.

Al autor lo conocía bastante, que me parece un gran divulgador científico que, además, escribe de forma muy sencilla, de manera que todo el mundo, con un poco de interés, puede seguir sus razonamientos. Ya he comentado algunos libros suyos con anterioridad (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7).

El subtítulo del libro ya nos indica de qué va a tratar, que es de los futuros desarrollos en los que puede estar involucrada la computación cuántica, pero reconozco que me esperaba un poco más de la base científica de la computación cuántica en sí (incluyendo temas de criptografía cuántica) y un poco menos de las futuras aplicaciones (fallo mío). Una vez aclarado este punto, decir que, como siempre, el libro merece la pena aunque sólo sea para saber un poco en qué nos afectará en el día a día, la famosa computación cuántica.

Separa el libro en cuatro partes, la primera comenta el auge de los ordenadores cuánticos (y comenta un poco la historia de la computación), y las tres siguientes partes son las futuras aplicaciones de la mecánica cuántica en la sociedad, la medicina y la modelización del mundo y del universo.

Por supuesto, habla de la ecuación de Schrödinger, el mecanismo de Anticitera, de la máquina de Turing (y de los principios de incompletitud y de incertidumbre) y de muchos temas relacionados directamente con lo que es la mecánica cuántica, pero también de otros muchos que en apariencia no lo están, pero que si que lo están con la computación cuántica, como el proceso Haber-Bosch, la regla de Hebb, los factores Yamanaka, o el evento Carrington, por poner algunos ejemplos menos conocidos por los aficionados a la parte física de la mecánica cuántica.

Por resumir, un libro de 333 páginas que se leen de forma muy sencilla y que merece la pena aunque sólo sea por las ideas sobre el futuro que desarrolla en él.

Como siempre, copio un trocito:

"Pero entonces el profesor introdujo una forma extraña de ver esto. Le pidió (a Feynman) que dibujara todas y cada una de las trayectorias posibles de la pelota, por extrañas que fueran. Puede que algunas fuesen absurdas, como pasar por la Luna o por Marte. Algunos caminos podían incluso ir hasta los confines del universo. Para cada trayectoria debía calcular lo que se llama acción (que es similar a la energía del sistema; es la energía cinética menos la energía potencial). Entonces el camino que siga la pelota será el que tenga el valor más pequeño para la acción. En otras palabras, de algún modo, el objeto "escudriña" todos los caminos posibles, incluso los más disparatados, y luego "decide" tomar aquel con mínima acción".

Mundo cuántico

Escrito por Rafael Andrés Alemañ Berenguer y publicado por Materia III dentro de la colección "Descubrir la ciencia" en el 2015.

Del autor ya he comentado otro libro con anterioridad (éste) y tengo otros dos pendientes de leer, así que ya lo conocía. Tengo que decir que éste que me he leído me ha parecido muy interesante.

Es un libro muy útil para hacerse una idea de lo que es la mecánica cuántica, un poco de su historia, los múltiples desarrollos tecnológicos a los que nos ha conducido y un poco sobre el futuro de la misma.

Al contar la historia, por supuesto, aparecen los protagonistas de la misma, como Bohr, Plank, Einstein, Dirac, Heisenberg, Schrödinger, ..., y los principios con los primeros descubrimientos (como el efecto fotoeléctrico) y todos los que vinieron luego, como la demostración de John Von Neumann en 1932 de que el formalismo de Heisenberg y el de Schrödinger son equivalentes. Utiliza conceptos conocidos y algunos nuevos, como cuantón (el físico y filósofo argentino, Mario Bunge, propuso llamar así a los objetos cuánticos, ya que no son corpúsculos, ni ondas, ni campos en el sentido tradicional del término, sino que son entes totalmente distintos a todo lo que conocíamos antes y se merecían un nombre nuevo), las uniones Josephson (efecto túnel entre electrones de dos materiales superconductores), el efecto Meissner, la ecuación Wheeler-DeWitt, ...

Por supuesto, entre los términos conocidos explicados están los fluorescentes, los led, los cd, dvd, la computación cuántica, la criptografía, el entrelazamiento, el famoso experimento mental del gato de Schrödinger ( y su libro: ¿Qué es la vida?), ...

Resumiendo, un libro de sólo 130 páginas que se lee en dos tardes (literalmente) y que está muy bien explicado (no entra en detalles muy técnicos, ya que, como reza el subtítulo, es una guía de viaje para peatones).

Como siempre, copio un trocito:

"Ya que no hay un criterio de demarcación entre la física clásica y la cuántica, de continuar ampliando indefinidamente la función de estado que describe el sistema del gato incluyendo al observador externo y los que observan al observador y así sucesivamente, llegaríamos a una superfunción de onda que englobaría todo el universo, sin que existiese observador externo que la redujera a una única posibilidad. Según la interpretación de Everett - llamada "versión de muchos mundos" de la teoría cuántica-, cada vez que realizamos una medición o se produce un suceso cuántico en algún átomo del cosmos, el universo entero se divide en copias separadas que difieren tan sólo en los resultados del suceso cuántico que provocó la escisión. Por esa misma razón, este curioso planteamiento también se relacionó con el difuso concepto -heredado de la ciencia ficción- de "universos paralelos".

Estos presuntos "universos paralelos", lamentablemente, se separarían del nuestro portando sus propios espacios y tiempos, por lo que no resultarían accesibles ni localizables mediante ningún procedimiento físico concebible. Esta objeción es tan poderosa que disipó el interés de la mayoría de los especialistas en la propuesta de Everett, quien abandonó desalentado el trabajo profesional en física teórica. Y cualquier renuncia de un científico competente es de lamentar, sobre todo cuando su proposición es matemáticamente sólida aunque excesivamente pródiga en universos inobservables."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1

Opinión: 3-4 (como iniciación)

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)

El laberinto cuántico

Escrito por Paul Halpern (2017) y publicado por Editorial Crítica dentro de la colección Drakontos en 2019.

Nuevamente reconozco mi desconocimiento del autor, pero el subtitulo del libro hacía inevitable que lo comprase: "Cómo Richard Feynman y John Wheeler revolucionaron el tiempo y la realidad". Y si encima, el autor es profesor de física en una universidad y autor de varios libros de divulgación, había que leerlo sí o sí.

Con lo que dice el subtítulo, ya nos hacemos una idea estupenda de lo que va el libro: de las relaciones entre dos grandes de la física y de la forma en que su colaboración hizo avanzar la ciencia.

La historia está narrada en forma cronológica y nos cuenta muchos detalles de la vida de los dos protagonistas y sobre todo, de su investigación conjunta, comenzando por la que tuvieron como director de tesis (Wheeler) y doctorando (Feynman) y plantea una curiosa pregunta al producirse un cambio en el director de tesis de Feynman antes de que éste llegase a Princeton, pasando de ser Wigner a Wheeler.

El libro nos pone primero un poco al día de la situación geopolítica de la época, de las universidades en USA y de los temas interesantes que se estaban desarrollando en esa época (a nivel de física). Da detalles curiosos, como que el fundador del departamento de matemáticas de Princeton fue atropellado cuando iba en bicicleta (vamos, que este tipo de cosas viene de hace tiempo). Y una vez que estamos un poco orientados, empieza a narrar la vida de Feynman y Wheeler y sus contribuciones al desarrollo de la mecánica cuántica (y de muchas otras cosas). Pero no sólo habla de ellos, habla, como no podía ser de otra forma, de casi todos los implicados en los desarrollos que tuvieron lugar en aquellos años (incluido el proyecto de la bomba atómica).

No hay ninguna fórmula en el libro, o al menos yo no recuerdo ninguna, pero hace mención a muchas, entre otras la ecuación de Dirac (una de las más breves en física, pero con más implicaciones), la constante de estructura fina (1/137), el desplazamiento de Lamb, el método diagramático (Feynman y Dyson), las integrales funcionales (o integrales de trayectoria), la ecuación Wheeler-DeWitt, y muchas otras, junto con muchos de los participantes en los desarrollos de todas ellas, como Einstein, Ulam, Gödel, Born, Misner, Thorne, etc ... y entra en las relaciones entre ellos y comenta incluso algunas anécdotas curiosas, como una vez que Feynman se dirigió a Thorne y le dijo (refiriéndose a Wheeler): "este tipo parece loco. Lo que la gente de tu generación no sabe es que siempre lo ha parecido. Pero cuando yo era alumno suyo descubrí que, si tomas una de sus ideas extravagantes y le vas quitando una tras otra todas las capas de locura, como si quitaras las capas de una cebolla, en el centro de la idea a menudo encontrarás un potente meollo de verdad". También cuenta que a Feynman le ofrecieron mucho títulos honorarios que rechazó porque recordaba su duro trabajo en Princeton para obtener su doctorado y no quería desvirtuar el significado de un título consiguiendo uno sin habérselo ganado (igual, igual que lo que pasa aquí). Habla también de los problemas de la interpretación de la mecánica cuántica, como que "si es necesario que haya personas que desencadenen el colapso de una función de onda hasta estados que representen valores medidos concretos, se preguntaba, ¿por qué no podría hacerlo también un ratón?".

Resumiendo, son 293 páginas que se leen muy bien y de forma muy fácil (aunque en mi opinión, alguna fórmula hubiese sido de utilidad en algunos puntos).

Antes de copiar un trocito, comentar que, nuevamente, se menciona "La última pregunta" de Isaac Asimov (si es que al final esa pequeña historia de diez páginas hay que leerla).

Ahora sí, copio un trozo:

"Cuando Stephen Hawking, que estudió las propiedades de los agujeros negros como las condiciones para las singularidades, se enteró de la propuesta de Bekenstein, al principio tenía dudas. Si los agujeros negros poseían entropía, también debían tener temperatura, lo que significaba que radiarían hacia el espacio vacío. Cualquier cosa con temperatura no cero, rodeada por un vacío todavía más frío, ha de exudar calor. Pero todos sabían que, según la definición clásica, nada puede escapar de un agujero negro, ni siquiera la radiación. No obstante, Hawking era lo bastante amplio de miras para calcular qué ocurriría en una situación cuántica simple. Para su sorpresa, determinó que un agujero negro radiaría muy lentamente hacia el espacio a su alrededor. Este goteo de lo que acabó por conocerse como "radiación de Hawking" haría que su temperatura se redujera de manera gradual hasta que al final alcanzara el equilibrio con el espacio a su alrededor, un proceso que podría durar muchos miles de millones de años, en función del tamaño del agujero negro. Hawking anunció sus resultados en una conferencia asombrosa titulada "Los agujeros negros son blancos por el calor"."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1

Opinión: 4

PD: Dentro del libro comenta bastantes cosas sobre un libro (técnico) de Wheeler, Misner y Thorne titulado: Gravitation (que tiene buena pinta pero sólo lo he encontrado en inglés).

Desayuno con partículas

Escrito por Sonia Fernández-Vidal y Francesc Miralles y publicado por editorial Debolsillo en 2016 la tercera edición, que es la que tengo yo. La primera es de 2013.

Ni que decir tiene que, dado mi despiste habitual, no conocía de nada a los autores; pero echando una ojeada al libro comprobé que Sonia Fernández-Vidal es doctora en óptica e información cuántica y ha trabajado en el CERN, y con eso me vale y me sobra para un libro de divulgación científica (y para mucho más). Por su parte Frances Miralles es escritor y colabora habitualmente con El País semanal.

Por cierto, en el libro hay un momento donde los dos protagonistas realizan una visita al CERN y me ha dado por echar un vistazo y efectivamente, se organizan visitas todos los días, pero he visto que en la web pone que no se realizan visitas a la parte de abajo (cosa entendible), por lo que no tengo muy claro qué es lo que puede verse, aunque en el vídeo parece que no pinta mal lo que te dejan ver. Si alguien lo sabe, que me lo comente, a ver si merece la pena acercarse por allí.

Volviendo al libro, es un muy buen libro como primer contacto con la física cuántica y sus "cosas raras". Está novelado de forma que entre los viajes (reales e imaginarios) y las interrelaciones de los personajes se hace muy ameno y entretenido.

En el primer capitulo nos da un acercamiento a la evolución de la física tradicional (con viajes temporales para ver a Aristóteles, Platón, Kepler, Tycho Brahe y finalmente Newton (ése del que dijo Pope: "La naturaleza y sus leyes permanecían en la oscuridad. Dios dijo: "Hágase Newton" y la luz se hizo").

En el segundo nos va preparando para pensar de formas distintas (como bien decía Heisenberg: "el universo no sólo es más extraño de lo que pensamos, sino más extraño incluso de lo que somos capaces de pensar") y el tercero ya entra en la mecánica cuántica, comentando como no, la famosa reunión de Solvay de 1927 (creo que jamás se han reunido tantos genios en tan poco espacio). Pongo una foto de la misma (no puedo evitarlo) y en el link anterior se pueden ver los nombres de cada uno de los asistentes.

A partir de aquí, nos comenta el famoso experimento de la doble rendija, el EPR, lo que es la decoherencia ("a esta transición del mundo microscópico, en el que sobreviven los estados cuánticos, al mundo macroscópico, donde se pierden estas propiedades, se llama decoherencia), lo que se entiende por computación cuántica (qbits), criptografía cuántica, teleportación, entrelazamiento, el descubrimiento del Higgs, teorías de universos alternativos, y de muchas cosas más, de las cuales, si se nos olvida lo que significa algo, hay unos anexos finales donde vienen muy bien definidas las ideas principales. Comenta también las cuatro grandes preguntas que el CERN intenta responder: ¿Cómo se comporta un antiuniverso?, ¿Cómo era la sopa primordial del Big Bang?, ¿Existen otras dimensiones? y ¿Qué es la materia oscura?. Y como no, también menciona "La guía del autoestopista galáctico" (por algo digo que al final hay que leerse los cinco libros de la trilogía (no, no me he equivocado) o verse la película, porque lo mencionan en muchos los libros de divulgación científica).

Como ya he dicho, está escrito de forma muy sencilla y con una sola fórmula (bueno, dos si contamos la famosa de Einstein), que es la de el principio de incertidumbre de Heisenberg:

Que de vez en cuando merece la pena ver formulada para no pensar que este principio se debe a que no tenemos instrumentos adecuados. No. Se debe al desarrollo matemático de principios científicos. En este link realizan una explicación más detallada del razonamiento de Heisenberg para deducir la famosa ecuación.

Pues lo dicho, un libro que se lee de forma muy sencilla y muy rápido pero con una buena dosis de ciencia en él. Son 234 páginas más 12 apéndices que no se tardan nada en leer.

Como siempre, copio un trocito:

"Con los avances científicos del siglo XX, el conocimiento humano se ha ido especializando cada vez más hasta confinarse, dentro de la universidad, en departamentos que al resto de los mortales les parecen tan opacos como el oráculo de Delfos. En áreas como la de "materia condensada", "óptica cuántica" o "física de partículas", los investigadores se devanan los sesos para seguir avanzando en nuestro conocimiento de la realidad, y ejecutan complejos cálculos que escapan a la comprensión del 99,99% de los mortales. Sobre esto, un filósofo humanista decía que "el peligro de una especialización cada vez mayor en el conocimiento es que sabremos cada vez más de menos, hasta llegar a saberlo todo de nada".".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1.

Opinión: 4.

Saltos cuánticos

Escrito por Jeremy Bernstein y publicado por Alba Editorial en 2011 dentro de la colección Trayectos, aunque el original es de 2009.

Nuevamente tengo que reconocer que no conocía al autor, y no será porque no ha escrito libros, entre ellos cinco publicados en España. Pero bueno, ya puedo decir que me he leído uno.

Es un libro bastante parecido a la anterior entrada (Maestros del Universo), pero en vez de hablar sobre cosmología y astrofísica, desarrolla la mecánica cuántica vista no sólo desde el punto de vista de científicos, sino de gente de lo más variopinta. Como él mismo dice: "Este libro se propone dar cuenta de la transformación cultural que se ha producido. El asunto, muy amplio, abarca desde el Dalai Lama hasta W. H. Auden. Intento explicar los aspectos pertinentes de la teoría a medida que avanza en la exposición. No hay apenas ninguna fórmula matemática." Y eso es lo que hace.

Hay muchísimos datos históricos dentro del libro, entre otros nuevamente aparece Ramanuján (y su relación con Hardy y Littlewood) del cual comenta una frase de un tutor, Barnes: "Yo añadiría que fe y verdad son siempre compatibles, a menos que el objeto de nuestra fe resulte ser falso". Sobre Ramanuján se hizo hace poco una película que me gustó: "El hombre que conocía el infinito". También menciona los "tripos" de los que justamente hoy me había leído un artículo en un periódico: éste. Y habla de la "falsabilidad" como eje central de la filosofía de la ciencia de Popper: "las observaciones que confirman una teoría, por muchas que sean, no bastan nunca para verificarla, mientras que una sola predicción fallida basta para refutarla" y de una máxima de Pauli para el que había una categoría de cosas que ni siquiera eran erróneas, pues no eran lo bastante coherentes para que nadie pudiera atribuirles verdad o falsedad (de este tipo de cosas comenta bastantes a lo largo del libro).

Da una explicación muy original del comportamiento de la probabilidad y el mundo cuántico (aunque ya avisa que no es correcta del todo, pero sirve para hacernos una idea de algo que no es nada fácil): "Supongamos que alguien ha partido una moneda grande en dos pedazos, uno con la cara y el otro con la cruz. Luego ha metido las dos mitades de las monedas en sendas bolsas, sin decirnos a mí y a la otra persona dónde está cada mitad. Le entrego una de las bolsas a esta otra persona, que se marcha con ella a Katmandú. Existe una probabilidad del 50 por ciento de que aparezca el pedazo con la cara cuando yo abra mi bolsa. Lo abro y me sale cara. En ese instante, la probabilidad de que la otra persona tenga cara se hace nula". También comenta ideas de algunos escritores, entre otros Lawrence Durrell y da muchos detalles de la historia de la mecánica cuántica, donde no pueden faltar los protagonistas habituales, como son Schrödinger, Heisenber, Einstein, Bohr, Planck, ... y comenta una anécdota de Einstein: "si a él le fuera dado moverse a la velocidad de la luz, entonces podría ir montado sobre una onda luminosa, la cual no parecería ya una onda: por tanto sabría que se estaba moviéndose a la velocidad de la luz, lo que viola el principio de relatividad" que parece ser el origen de la conclusión de que nada puede viajar más rápido que la luz.

En fin, 171 páginas que se leen muy rápido, pero con mucha información histórica en ellas.

Como siempre, copio un trocito:

"El mundo de las partículas es el mundo idílico del agente de inteligencia. Un electrón puede estar aquí o allí en un mismo momento. Puedes elegir. Puede ir desde aquí hasta allí sin recorre el espacio intermedio; puede atravesar dos puertas al mismo tiempo o ir de una puerta a otra por un camino que está a la vista de todos, hasta que alguien mira, y entonces el acto de mirar ya le ha hecho tomar otro camino. Es imposible anticipar sus movimientos, porque no hay en él razones. Consigue burlar la vigilancia, porque cuando sabes lo que está haciendo no puedes estar seguro de dónde se encuentra, y cuando sabes dónde se encuentra no puedes estar seguro de lo que está haciendo: esto es el principio de indeterminación de Heisenberg; y no se trata de que no estés mirando con la suficiente atención, sino de que no existe ningún electrón que tenga una posición y un momento lineal definidos; fijas uno, pierdes el otro, y todo esto se hace sin trucos; es el mundo real, está despierto."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1.

Opinión: 3

El universo en tu mano

Escrito por Christophe Galfard y publicado por Blackie Books en 2016.

Lo primero de todo es comentar que yo, personalmente, no había oído hablar del autor antes de echar un vistazo al libro. Nada más abrirlo, lees que se doctoró en física en la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de Stephen Hawking (algo que por desgracia no todos pueden hacer) y que el libro ha sido considerado como el mejor libro de ciencia del año en Francia. ¿Y qué tengo que decir al respecto? Pues que sí, que es uno de los mejores libros que me he leído. Escrito, al igual que el más famoso libro de Stephen Hawking, "Breve historia del tiempo", con una sola ecuación E=mc2. Por cierto, me acabo de dar cuenta que no he comentado ese libro y debe ser que se lo he dejado a alguien. En cuanto me lo devuelvan lo comentaré, que es otro de los que merece la pena leer (aunque sea de 1988).

Bueno, antes de escribir mi opinión, me gustaría decir que merece la pena echarle un vistazo a la web del autor que he puesto antes, que además de ser muy interesante, se pueden realizar preguntas y las contesta él en persona (o virtualmente).

A lo que iba. El libro está escrito de una forma muy curiosa en la que los fenómenos físicos que explica los explica a través de una serie de viajes mentales en los que se supone que el protagonista es el lector del libro. La forma de escribir es muy sencilla, nada alambicada y sin complejidades técnicas, lo cual es de agradecer, ya que da un repaso a las cuatro fuerzas de la naturaleza (la electromagnética, la nuclear fuerte y débil y la gravitatoria) y las explica muy, pero que muy bien, de una forma muy visual.

Obviamente es un firme defensor de la ciencia como único recurso para salvar el mundo (o lo máximo posible de él) ante los posibles desafíos que nos aguardan por delante, entre otros: "los resultados apuntan a que el Sol estallará en aproximadamente 5.000 millones de años; en jueves, para ser precisos, con un margen de error de tres días". De hecho hace un comentario muy gracioso al respecto de algún otro riesgo (como los asteroides): "Los dinosaurios tuvieron tiempo de sobra para analizar su entorno e inferir unas cuantas cosas. No lo hicieron, y así les fue".

En los distintos viajes mentales que se van realizando a lo largo del libro, visitamos la luna, el sol, acompañamos a la Voyager, observamos los límites del espacio-tiempo y también viajamos hacia los límites de las unidades de Planck. Nos comenta cómo están las cosas actualmente, lo que sabemos, lo que desconocemos y hacia dónde cree él que se desarrollarán las nuevas teorías. Como he dicho, todo de forma muy sencilla y muy visual. Va dejando frases muy sencillas con mucho conocimiento detrás de ellas, como que; "nada que transporte información de ningún tipo puede desplazarse a una velocidad mayor que la de la luz", que "a la velocidad de la luz, el tiempo se congela. Por completo", que el primer principio cosmológico es que "asumimos que, en condiciones similares, la naturaleza obedece las mismas leyes en cualquier parte del tiempo y del espacio", el segundo es "que no existe ninguna posición preferencial" y el tercero es que "todas las direcciones parecen siempre iguales" (bien explicados, por supuesto). Hace también una muy buena explicación de la radiación del fondo de microondas (el famoso del satélite COBE). Y todo ello comentado con mucha soltura y con anécdotas, como una en la que Einstein, después de dar una clase de física cuántica a sus alumnos, les dijo: "si me habéis entendido, es que no he sido claro" y la famosa "fiesta para viajeros del tiempo que programó Stephen Hawking en su casa para el 28 de junio de 2009 y para asegurarse de que sólo acudiesen viajeros del tiempo, no mandó las invitaciones hasta después de la fiesta. No se presentó nadie". Pero no para de dejar frases que creo que hay que meterse en la cabeza para leer divulgación científica, como que: "las partículas cuánticas no se comportan como las pelotas de tenis, sino como las partículas cuánticas que son. Para viajar de un lugar a otro, siguen todos los caminos posibles en el espacio y el tiempo, siempre y cuando conecten su punto de partida con el de llegada."

Pero que el lenguaje que utiliza y la forma de escribir sean muy sencillos no quiere decir que no hable de todos los conceptos necesarios para dejar al lector con una base de ideas científicas muy buena (teoría de campos, teoría de cuerdas), y con conocimientos nuevos, como el de la función de onda del universo de Hartle-Hawking y la propuesta de ausencia de límites. Vamos, que no por ser muy claro deja de tener bastante nivel.

Por resumir, 433 páginas que se leen muy bien, de forma fácil y que te dejan con muy buena sensación. Merece la pena leerlo. Estaré atento a los siguientes libros que escriba este hombre.

Como siempre, copio un trocito:

"En 1915, el mismo año en el que Einstein publicaba su teoría, y en un momento en el que apenas un puñado de hombres y mujeres de todo el mundo entendían de qué trataba, Schwarzschild esbozó la geometría exacta del espacio-tiempo en el exterior de una estrella. En ese momento, Schwarzschild tenía cuarenta y tres años, y logró semejante hazaña mientras combatía en el frente ruso durante la Primera Guerra Mundial, donde contrajo una enfermedad que lo llevaría a la muerte pocos meses más tarde. Las guerras han privado a la humanidad de demasiados individuos, incluidos muchos que, como Schwarzschild, nos habrían podido ayudar a comprender el mundo mejor y más deprisa."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1

Opinión: 5 (de los mejorcitos que me he leído, de verdad).

Cuántica

Escrita por Jim Al-Khalili en 2003 y publicada por Alianza Editorial en 2016, que es cuando me han regalado el libro a mi y he podido leerlo.

Bueno, el título hay que reconocer que llama la atención y lo de "guía para perplejos" (osea, todos) también. Y entre eso y el echar un vistazo en internet a ver quién es el autor y comprobar que es profesor de física en la Universidad de Surrey en UK y que tiene alguna charla interesante en TED, merecía la pena hacer el intento de leer el libro (nunca se sabe si uno va a estar a la altura de entender lo que el cuentan, pero que no se diga que no se intenta).

El libro lo que pretende es dejar al lector con una idea más o menos clara (dentro de lo claras que puede tener uno las ideas en este tema) de lo que es la mecánica cuántica, de para qué se usan sus efectos y propiedades en la actualidad, por muy extrañas que parezcan, y de sus posibles usos futuros. De esta forma no tenemos por qué creernos todo lo que nos dicen, podemos comprobar con actuales usos de lo que nos están contando, que las cosas, aunque sean raras, son como son. De hecho, son tan raras que él mismo reconoce que entre los físicos que se dedican a trabajar con la mecánica cuántica hay un dicho que es: "no pienses y calcula" que viene a hacer referencia a que si uno empieza a pensar mucho sobre el significado de lo que está haciendo, es muy probable que no termine de hacer nada. El autor se reconoce más partidario de "calcular cuando ya no está pensando", que viene a ser otra forma de hacer lo mismo pero de forma diferente. Sobre este tema, en alguno de los libros que me he leído, aparece detallada una anécdota entre dos físicos que se encuentran y le pregunta uno al otro sobre qué está haciendo un alumno suyo que parecía tan brillante y el otro responde: "nada, está intentando encontrar el sentido a la mecánica cuántica y se ha quedado atascado sin llegar a ningún sitio". En fin, que trabajar con ecuaciones que funcionan no quiere decir que entendamos realmente lo que nos quieren decir (aunque no por ello hay que dejar de intentar pensar sobre el asunto).

Como no podía ser de otra forma, empieza con el famoso experimento de la doble rendija del que da bastantes explicaciones distintas, para que se entienda de verdad la repercusión que tiene el resultado que se obtiene dependiendo de si se realizan mediciones o no. De este experimento ya comenté que en otro libro daban una muy buena explicación (éste). Y según va dando explicaciones, van apareciendo conceptos, propiedades y situaciones nuevas, como la constante de Planck, la ecuación de Schrödinger (perfectamente explicada en la página 88 y que no puede evitar escribir al comentar otro libro: éste), la superposición, la paradoja EPR y la ecuación de Bell (que ya comenté en otro libro: éste), la decoherencia (sobre este tema hicieron una película bastante curiosa, Coherence, y al final copiaré un trocito que explica un poco el concepto), y multitud de conceptos e ideas nuevas incluida la computación cuántica, el caos cuántico, la gravitación cuántica, etc ... y alguna referencia final al cerebro cuántico (tal y como se refería a él Sir Roger Penrose en otro libro comentado con anterioridad: éste). Y tal y como ya he indicado, nos habla de aparatos actuales que utilizan las extrañas propiedades cuánticas para obtener resultados sorprendentemente útiles, como los SEM (microscopio electrónico de barrido), los STM (microscopio de efecto túnel), los SQUID (superconducting quantum interference device), las RMN (resonancia magnética nuclear) y algunos más, y nos da una buena explicación de la base de su funcionamiento.

En fin, un buen libro, con algunas partes en las que hay que centrarse para no perderse (normal cuando se habla de estos temas) pero que está bastante bien escrito y explicado. Una lectura recomendable de 375 páginas y un par de páginas finales con lecturas que nos recomiendo el autor (alguna de ellas ya comentada en este blog).

Como siempre, copio un trocito:

"La decoherencia es un proceso físico real que ocurre en todas partes en todo momento. Se produce siempre que un sistema cuántico deja de estar aislado de su entorno macroscópico circundante y su función de onda se entrelaza con el complejo estado de su entorno. Puede pasar con cualquier cosas, desde una pantalla fotosensible o un dispositivo electrónico hasta las moléculas del aire de alrededor. Si el acoplamiento a ese entorno "exterior" es lo bastante intenso, entonces la delicada superposición inicial se pierde con rapidez. De hecho, la decoherencia es uno de los procesos más veloces y eficaces de toda la física, y es precisamente esa enorme eficacia la responsable de que se haya tardado tanto en descubrirla; es ahora cuando los físicos están aprendiendo a controlarla y estudiarla.

En física se dice técnicamente que la función de onda del entorno pierde todos los restos de las correlaciones de la fase inicial entre sus dos partes entrelazadas. Para expresarlo de una manera más animada bastaría con decir que cuando una superposición cuántica se entrelaza con el mundo exterior, desaparece toda la rareza y se pierde tan deprisa que nunca llegamos a verla en acción."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 3 (hay partes en las que hay que concentrarse).

Opinión: 4.

La realidad cuántica

Escrito por Andrés Cassinello y José Luis Sánchez Gómez y publicado por Editorial Crítica dentro de la colección Drakontos en 2012.

Los autores son doctores en Física, uno de ellos, catedrático de física teórica en la UAM, y aunque sólo sea por eso, había que leer el libro. Bueno, por eso y por pertenecer a la magnífica serie de libros que para mi es la colección Drakontos (de la que ya he comentado bastantes libros y seguiré haciéndolo, que tengo unos cuantos más pendientes de leer).

Como ya nos indican nada más empezar, el objetivo del libro es explicar los fundamentos de la mecánica cuántica y sus aplicaciones recientes. Pero ojo, que también avisan: la mecánica cuántica nadie la entiende, así que lo que pretenden explicar es qué se sabe y de qué manera.

Comienzan con un primer capítulo en el que explican un poco el átomo de Bohr, las líneas espectrales y la función "psi" de la ecuación de ondas de Schrödinger (de la cual hablé un poco y puse la fórmula en el comentario de otro libro: "17 ecuaciones que cambiaron el mundo"), que expresa la probabilidad de que una partícula se encuentre en un sitio u otro. Para concluir el capítulo con algunos detalles de la vida de Schrödinger y del estilo de vida en la Viena de principios de 1900. En el segundo capítulo intentan dilucidar el significado de la "función de onda" y nos introduce en las dos reglas básicas de la mecánica cuántica: "Superposición: si hay dos (o más) alternativas indistinguibles de llegar a un resultado, la función de onda será la superposición de las funciones de onda de las diferentes posibilidades. Colapso: en cuanto hay manera de distinguir cuál de las alternativas puede darse, la función de onda colapsa". Y para que entendamos bien este concepto, explica (de forma muy clara) el experimento del interferómetro de Mach-Zehnder, y cómo los fotones se comportan unas veces como partículas y otras como ondas. También nos dan una breve explicación de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Los capítulos tres y cuatro los dedican a explicar qué se entiende por medida (a nivel cuántico) y qué entendemos por entrelazamiento. En ellos da una definición original (al menos para mi) de lo que son los fermiones y bosones (las partículas que, cuando se intercambian, hacen que la función de onda cambie de signo se llaman fermiones, las que, en cambio, cuando se intercambian, dejan la función de onda inalterada, manteniendo también el signo, se llaman bosones). El capítulo cinco está íntegramente dedicado a la desigualdad de Bell, aunque para la explicación utilizan una versión más simple que es la desigualdad CHSH (la explican también en el link anterior). Explican la desigualdad de forma bastante clara, pero hay que prestar atención, que, para hacernos una idea, la desigualdad de Bell es de 1964 y la complejidad de los experimentos para su demostración era tal que el primero se llevó a cabo en 1982. La consecuencia de la comprobación experimental de la violación de la desigualdad es muy clara: "las magnitudes permanecen en estado de indefinición hasta que las observamos, las medimos. Tenemos que aceptar que el mundo es radicalmente aleatorio".

Una vez que tenemos las herramientas para "entender" un poco cómo funciona la mecánica cuántica, en el capitulo seis entran en lo que se entiende por "información cuántica" (o teoría cuántica de la información) y en asuntos tales como computación cuántica (qbits), criptografía y teleportación. Dentro de la computación cuántica, hablan de los logros de Ignacio Cirac y sus trampas de iones, nos introducen al concepto de "decoherencia", que es el nombre que recibe la pérdida de superposición por el acoplamiento con un entorno con muchos grados de libertad, y mencionan y explican un poco cómo se entrelazaron tres partículas en un estado de superposición que desde entonces vino a llamarse estado GHZ con el que en 1999 logró demostrarse, sin necesidad de cálculos estadísticos, la violación de la desigualdad de Bell. En el capitulo siete nos hablan de la criptografía y de lo que se entiende por criptografía cuántica, que amenaza seriamente el algoritmo más usado hoy en día que es el RSA (del que por cierto da un magnífico ejemplo en las páginas 152 y 153).

Para finalizar, dan un repaso a las aplicaciones, a nivel general de la física, que está teniendo la mecánica cuántica, por ejemplo con el tema de la información que se conserva en los agujeros negros (de este tema comenté algo en cuando hablé del libro: "La guerra de los agujeros negros"), y, como no podía ser de otra manera, vuelve a aparecer la fórmula de la entropía.

Luego hay un par de nexos con algunos detalles técnicos, pero se puede decir que el libro se lee bastante bien y no tiene una complejidad narrativa excesiva, aunque en algunos momentos hay detalles de desarrollos de fórmulas, que si alguien no puede seguir, no pasa nada porque se puede ir a las conclusiones que se sacan de esos desarrollos. A fin de cuentas nadie nos va a examinar y lo importante es ver que los conceptos de los que se habla no son mágicos y se deben a desarrollos matemáticos correctos. Por resumir, 200 páginas que se leen bastante bien.

Como siempre, copio un trozo:
"Para entender por qué la teoría de cuerdas puede "salvar" el principio cuántico de conservación de la información en la caída en un agujero negro, necesitamos la idea de entropía de un agujero negro. Ésta fue introducida por Jacob Bekenstein en 1973, al estudiar - teóricamente - ciertas propiedades de los agujeros negros. En particular, analizó la observación de Hawking acerca de lo que ocurría en una hipotética colisión de dos de ellos, en la que el científico hizo notar que - según la teoría - la superficie total del horizonte de ambos agujeros al entrar en contacto nunca era menor que la suma de las superficies individuales. Como a la entropía le ocurre exactamente lo mismo, es decir, la entropía de un sistema nunca es menor que la suma de la de sus posibles constituyentes, Bekenstein llegó a la audaz conclusión de que la entropía de un agujero negro es proporcional l área de la superficie de su horizonte.

Clasificación
Facilidad de lectura: 2-3 (el tres es si seguimos los desarrollos de las fórmulas).
Opinión: 4 (hace un muy buen resumen de la mecánica cuántica).

El universo cuántico

Escrito por Brian Cox y Jeff Forshaw y publicado en 2014 (el original es del 2011, pero ha tenido diferentes ediciones con añadidos) por Penguin Random House Grupo Editorial (dentro de Editorial Debate).

Sobre los autores, simplemente decir que los dos son físicos teóricos en la Universidad de Manchester y poco más, que ya comenté en este blog otro libro suyo: ¿Por qué E=mc2? y ahí di detalles de ambos. Añadir que este libro lo compré precisamente porque me gustó bastante el primero que me leí de ellos.

Como ellos mismos dicen, lo que tratan de explicar a lo largo del libro (y en mi opinión lo consiguen) es el funcionamiento de eso que los físicos llaman mecánica cuántica, o por decirlo en otras palabras, de la física de lo muy pequeño, y, como reza el subtitulo del libro: por qué todo lo que puede suceder, sucede (no confundir esto con la famosa Ley de Murphy).

La verdad es que no se andan por las ramas explicando hechos históricos previos al desarrollo de la mecánica cuántica en sí, y ya en el segundo capítulo están hablando del modelo atómico de Bohr y del famoso experimento de la doble rendija, el del patrón de interferencia de electrones que indica que los electrones se comportan como ondas y no sólo como partículas. De hecho, dan la mejor explicación que he leído nunca del experimento (y la más cuántica también). Hay que estar muy atentos en el capitulo tres, porque ahí introducen una notación con relojes que seguirán usando para explicar diversos procesos a lo largo de todo el libro, y conviene tener las ideas claras para no quedarse luego sin entender otros desarrollos; vamos, que merece la pena releer algunas partes para quedarse bien con las ideas (bastante bien explicadas).

Como siempre, en los libros que hablan de mecánica cuántica, no podían faltar las menciones a Dirac, Pauli, Heisenberg, Schrodinger, Einstein Teller, Feynman, etc .. Aparecen también algunas cosas curiosas que, al menos para mi, eran totalmente desconocidas, como la ecuación de De Broglie, lo que se entiende por acción, pero al margen de las cosas desconocidas o no, la verdad es que explican todo con mucha claridad (incluidos los diagramas de Feynman en el capitulo 10 ó el funcionamiento de los transistores en el capítulo 9).

También, como en otros libros que he comentado con anterioridad, vuelven a hacer referencia a que cualquier teoría que no sea susceptible de falsación no es una teoría científica, de hecho, tal y como indican, en palabras del biólogo Thomas Huzley: "la ciencia es sentido común organizado, donde muchas hermosas teorías han muerto a manos de un hecho desagradable". Con esto lo que nos intentan decir es que las teorías, además de explicar los fenómenos que observamos, luego tienen que aguantar los resultados de experimentos para verificarlas o refutarlas. Cualquier teoría que no pueda ser verificada experimentalmente no es demasiado científica.

Antes de copiar el trozo habitual del libro, me gustaría indicar que tiene dos finales. Uno, para los que no quieran ver ningún cálculo matemático, en la página 243, y otro, para los que quieran ver un cálculo aproximado del que realizó Chandrasekhar en 1930 sobre el equilibrio de presiones en una enana blanca, un poco más allá, en la página 275 (en mi opinión merece la pena leer este epilogo). Resumiendo, un libro que habla de un tema bastante complejo, pero explicado de una forma bastante sencilla (eso sí, que nadie se despiste con los relojes).

Como siempre, copio un trocito:

""En una fiesta conoció a Herbert Jehle, un físico europeo que estaba pasando una temporada en Princeton, y, como es habitual entre los físicos cuando han tomado unas copas, empezaron a comentar ideas que estaban investigando. Jehle recordó el oscuro articulo de Dirac, y al día siguiente lo encontraron en la biblioteca de Princeton. Feynman empezó inmediatamente a calcular utilizando el formalismo de Dirac y, a lo largo de una tarde en compañía de Jehle, descubrió que podía derivar la ecuación de Schrodinger de un principio de acción. Fue un gran avance, aunque al principio Feynman supuso que Dirac ya lo habría hecho, porque era muy fácil. Fácil, claro está, si uno es Richard Feynman. Más adelante, Feynman le preguntaría a Dirac si sabía que, con unos pocos pasos matemáticos más, su articulo de 1933 se podía utilizar de esa manera. Tiempo después, Feynman recordaría cómo Dirac, tumbado en el césped en Princeton tras haber impartido una conferencia más bien deslucida, respondió simplemente: "no, no lo sabía. Es interesante". Dirac fue uno de los físicos más importantes de todos los tiempos, pero también era un hombre de pocas palabras. Eugene Wigner, otro de los grandes, decía que Feynman es un segundo Dirac, pero humano."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 2 (en algunos sitios hay que pararse un poco).

Opinión: 5 (me ha gustado bastante y se lee muy bien).

Incertidumbre

Escrito por David Lindley y editado por  Editorial Ariel en 2008

Es un libro que detalla el nacimiento de la era cuántica en la física moderna. Esa época en la que los físicos del tamaño de Heisenberg, Bohr, Schröedinger, Einstein, Sommerfeld, Dirac, Planck, Pauli ... se volvían locos tratando de dar explicaciones a los resultados, tanto experimentales, como teóricos con los que se iban encontrando.

Está escrito de una forma que es entendible por cualquier persona que sepa leer y mezcla de una forma fácil y amena, los conceptos con las vidas de las personas que los desarrollaron. Habla, como otros libros que ya he comentado antes, de las reuniones de Solvay, del espíritu de Copenhague, del experimento EPR, de las cartas y conversaciones entre los distintos físicos que intervinieron en el desarrollo de la nueva física de la incertidumbre. De los sentimientos encontrados de muchos de ellos que creían que el Universo era de una forma y sin embargo las ecuaciones que desarrollaban les decían que era de otra. También trata de forma especial, la figura de Heisenbreg, que siempre es un poco compleja, no tanto por temas físico-matemáticos, sino por temas políticos de la época que le tocó vivir.

Son sólo 230 páginas de una letra muy cómoda de leer, y está redactado de una forma fluida y ordenada, lo cual, teniendo en cuenta el tema del que trata, no es tan fácil.

Copio un párrafo:

"Pero parece muy poco probable, a estas alturas de la partida, que en una teoría cuántica de la gravedad la incertidumbre desapareciera. Todas las pruebas apuntan a que su presencia va a perdurar. No hay vuelta atrás a las viejos tiempos del determinismo absoluto, cuando, tal y como esperaba el marqués de Laplace, el conocimiento del presente comportaría el conocimiento completo del pasado y el futuro".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1

Opinión: 4 ó 5, aún estoy con la incertidumbre encima.