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Amir Hamed
ISSN 1688-1672

 



REALIDAD - PARADIGMA - TEORÍAS DE LA RELATIVIDAD - BIG CRUNCH -


Acerca de la realidad (I)

Joaquín González Álvarez
 

 

Paradigma, según Kuhn, es el conjunto de conceptos, creencias, y tesis que acepta la comunidad científica, en una etapa dada de la Historia, y basado en él desarrolla la totalidad de su actividad investigativa y marca una ruptura con lo aceptado hasta ese momento. Esta ruptura con el paradigma previo, es uno de los elementos que definen una revolución científica.

Presentación


El concepto de realidad constituye uno de los temas más tratados en diversos entornos científicos, filosóficos y teológicos, por lo cual resulta siempre de interés para un amplio sector del público no entendido en la materia. En este opúsculo mostramos una compilación de artículos sobre  diversos temas de ciencia, filosofía y literatura relacionados con el concepto de realidad en forma accesible tanto al entendimiento común  como al especializado, en forma que hemos pretendido sea a la vez un  aporte al enriquecimiento de la mente y del espíritu. Se han escogido  temas que sean de actualidad y de referencia común en los medios de  divulgación, a la vez que se reflexiona sobre asuntos de permanente interés  a lo largo de la Historia de la humanidad. Gran parte de los artículos han  sido publicados en distintos medios de varias partes del mundo, Los aquí  mostrados constituyen una selección de entre los mas comentados. Para el lector interesado en ampliar sus conocimientos, hemos añadido una bibliografía en los artículos que lo requieran.


Hipótesis y realidad


Con el establecimiento en el siglo XVII de la Mecánica de Newton, que englobaba en un todo armónico una teoría que pretendía abarcar la explicación de la realidad, se suponía haber llegado a comprender la naturaleza y sus leyes. Inspirado en este triunfo de la ciencia el poeta inglés Alexander Pope, expresó: “La naturaleza y sus leyes yacían en las tinieblas./Dios dijo: ¡Hágase Newton!, y la luz se hizo”.

Algunas leyes, de cierto modo, ya las habían encontrado algunos antecesores del sabio inglés tales como Kepler y Galileo a los cuales hizo justo reconocimiento al decir: “Si vi más lejos que los demás fue porque pude subir sobre hombros de gigantes”.
A los hallazgos de Kepler y Galileo, Isaac Newton les imprimió  mayor  rigor y, basado en ese rigor, logró lo que se conoce en la Historia como la  primera gran síntesis de las leyes de la física. En las tres leyes de la dinámica y en la célebre ley de la Gravitación Universal se basa toda la Física Clásica, la cual constituyó el fundamento de prácticamente toda la física hasta comienzos del siglo XX, y aún hoy es fundamento de la mecánica de los objetos del macromundo no animados con velocidades cercanas a la de  la luz.

El método de razonamiento intrínseco en la Mecánica de Newton fue  tomado por la ciencia, en general, y por la filosofía constituyendo el llamado Paradigma Newtoniano. El que ese paradigma fuera sustituido a principios del siglo pasado por lo que pudiéramos llamar Paradigma Cuántico-Relativista, para el micromundo y las altas velocidades, en nada rebaja la gloria
de Newton, cuya teoría -como ya he señalado- es la que se utiliza para lo de gran tamaño y lo no muy veloz, vale decir para lo cotidiano. Cuando una teoría como la de Newton no puede explicar algunos fenómenos, es cuando la comunidad científica se da cuenta de que las teorías -como ya he explicado en otras ocasiones-, no reflejan  completamente la realidad y solo constituyen una hipótesis de trabajo, un modelo para el estudio de la realidad como la maqueta que construye un urbanista para planificar una ciudad. Algunas veces esa hipótesis, esa maqueta, es de imponderable genialidad como en el caso de la Mecánica de Newton.

En Filosofía de la Ciencia, a ese método de estudiar la realidad mediante  hipótesis o maquetas (como me he permitido llamarlas), se le llama instrumentalismo, y constituye dentro del positivismo, una variante del  pragmatismo de Dewey y el convencionalismo de Henri Poincare.

Cuando en la Edad Media, Nicolás Copérnico enfrentó a la Iglesia aduciendo que la Tierra giraba alrededor del Sol, esa Institución al principio no condenó al sabio polaco porque consideraba que la teoría de éste no era una descripción de la realidad sino solo una hipótesis que facilitaba los cálculos. Aunque no existía el concepto, la Iglesia consideró a Copérnico como instrumentalista. Cuando él insistió en que la Tierra se  movía fue refutado, y se persiguió sus seguidores. Así sufrieron persecución Galileo, Giordano Bruno y otros que no admitieron ser instrumentalistas y se empecinaron en afirmar que describían la realidad tal como era. Galileo fue obligado a retractarse, pero lo cierto es que la tesis copernicana es solo una hipótesis instrumentalista, pues moverse o no moverse depende del punto de referencia. Sin embargo, los que murieron en la hoguera dieron una lección de entereza al defender aquello en lo que se cree es la verdad.


Hawking, Penrose y la realidad


En sus escritos el célebre fisicomatemático inglés, Stephen Hawking,  emplea frecuentemente la expresión: “conocer la mente de Dios” en un sentido definitorio de su posición filosófica ante el quehacer científico. Sobre todo la parte final de la frase, “mente de Dios” aparece en casi todo lo que se escribe o se dice sobre Hawking, y hasta en los textos en español,  vemos esas palabras tal como las expresa en su idioma el científico: “mind of God”.

Hawking utiliza la expresión en el contexto de su, tantas veces  sostenido, criterio de que con las teorías científicas solo tenemos un instrumento, una hipótesis de trabajo para la continuación de las investigaciones, pero no el conocimiento de la llamada realidad, el cual solo podríamos lograr si pudiéramos “conocer la mente de Dios”. Esa tesis Hawking la toma del positivismo al que, en una forma u otra de sus variantes, adhiere el ocupante de la cátedra que en sus inicios fuera de Newton.

Basándose en la tesis positivista de la falsación, de Karl Popper, en algunos tratados sobre metodología de la investigación científica se suele presentar como ilustración del surgimiento y final de su vigencia, una historieta en la cual se narran las peripecias de un investigador eventual e ingenuo: el protagonista, por alguna circunstancia que no interesa, se encuentra en un descampado y necesita encender una fogata. En su valija  lleva una caja de fósforos, varias piezas de hierro, unas de forma irregular  y otras en forma de barras cilíndricas, así como también  unas piezas irregulares de madera y otras en forma cilíndrica. Sin seguir método alguno trata de prender fuego con varias piezas irregulares de hierro, al no poder hacerlo prueba con varias piezas cilíndricas de madera y, en su ingenuidad, infiere que lo que arde debe tener forma cilíndrica. Su teoría “cilíndrica” mantiene vigencia mientras sigue utilizando cilindros de madera. Cuando ensaya con un cilindro de hierro su hipótesis se viene abajo. Aparece entonces en escena un profesor, y el protagonista tiene oportunidad de consultar la  mente de la sabiduría humana que no la mente del Creador, y así salir de su error. Los verdaderos científicos, para saber la realidad de su objeto de  investigación y, en general, de la realidad en sí misma, en el decir de Hawking, solo podrían lograr su objetivo si fuera factible “conocer la mente de Dios”.  Como esto no es posible, Hawking llega a expresar, ateniéndose al más radical positivismo al referirse a la realidad: “yo no sé lo que es eso”. A los que, como su colega Roger Penrose, no sustentan ese criterio, Hawking los llama platonistas. Habrá que ver lo que piensa Penrose, de la realidad, de Platón y de la “mente de Dios”.


La realidad


En un interesante libro cuyo título, traducido al español sería La naturaleza del Espacio y el Tiempo, recientemente publicado en Estados Unidos, se reproduce una amistosa polémica, sostenida al más alto nivel  científico, entre Stephen Hawking y Roger Penrose sobre le evolución del universo a partir de su hasta ahora aceptado inicio en el big bang. En un momento dado, Hawking, refiriéndose a algo expresado por Penrose, dice: “Él piensa que eso no corresponde a la realidad. Pero eso no tiene significado para mí. Yo no demando que la teoría corresponda a la realidad porque yo no sé qué cosa es eso. La realidad no es una cualidad que se pueda comprobar. Todo a lo que a mí me concierne es que la teoría pueda predecir los resultados de las medidas”.

Con esto, Hawking deja constancia una vez más de su punto de vista sobre el concepto de realidad. Sin pretender realizar un análisis con las pautas que seguiría un filósofo, sino tratando de que sea a la manera que lo hacen los profesores de física, debemos recordar que el citado científico inglés y los que en forma parecida piensan como él, estiman que las teorías no tienen que reflejar la realidad pues solo pueden pretender ser hipótesis de trabajo que sean útiles y eficaces para continuar las investigaciones. Siguiendo con este criterio, una teoría es tomada en cuenta y provisionalmente aceptada por la comunidad científica, mientras no presente contradicciones lógicas internas y no presente hechos que no pueda explicar. Cuando se den esas situaciones de contradicción o incompetencia, la teoría tendrá que ser revisada para su reforma o definitivo rechazo.  La Historia nos presenta múltiples ejemplos de lo expuesto. A partir de su Teoría General de la Relatividad, Einstein llegó a la conclusión de que el universo era estático, sin embargo, un tiempo mas tarde el astrónomo norteamericano Hubble observó que se encontraba en expansión. ¿Cuál era la realidad?, ¿la que propuso Einstein o la que observó Hubble? Podría decirse que la de Hubble porque lo observó, pero hoy se discute, ante nuevos hallazgos, si el universo continuará su expansión o si por el contrario quizás avance hacia una gran contracción a la que ya sin saber si sí o no se le ha puesto el nombre de big crunch.

De las dos suposiciones se tomará la que mejor cumpla las condiciones antes citadas, para seguir adelante en las indagaciones. En tiempos más lejanos, Newton hablaba de la fuerza gravitatoria como una acción a distancia y por unos doscientos años tal cosa fue tomada como la realidad. Pero Einstein señaló luego que la acción de la gravedad se debía a que el espacio, o mejor el espacio-tiempo, era como una lámina de goma estirada que los cuerpos deformaban y así forzaban a otros cuerpos a acercarse. Así se tuvo otra visión de la realidad. Pero por fin, ¿cuál es la realidad? ¿La de Newton, la de Einstein, la de Hubble? ¿Sí o no big crunch? No lo sabemos y tal como piensa Hawking, no necesitamos (aunque íntimamente lo anhelamos) saberlo para que los científicos sigan perfeccionando sus teorías con el fin de que cada vez sean más aceptables y útiles a investigaciones que coadyuven al mejoramiento humano tanto material como espiritual.


Los paradigmas de la ciencia


La palabra paradigma existe en el idioma español y, aunque utilizado frecuentemente en el llamado lenguaje culto, no ocurre así en el lenguaje coloquial corriente. Aparece, claro está, en los diccionarios de la lengua castellana con el significado que comúnmente se utiliza. Sin embargo, en los tratados de ciencia y sobre todo en los de cienciología  y filosofía de la ciencia, se entiende por paradigma algo distinto y muy específico y es a este significado al que nos referiremos en el presente comentario.

El término paradigma con el significado que nos ocupa lo introdujo el historiador de la ciencia norteamericano Thomas Kuhn, en su libro La estructura de las revoluciones científicas, a mediados del pasado siglo XX.  En efecto paradigma,
según Kuhn, es el conjunto de conceptos, creencias, y tesis que acepta la comunidad científica, en una etapa dada de la Historia, y basado en él desarrolla la totalidad de su actividad investigativa y marca una ruptura con lo aceptado hasta ese momento. Esta ruptura con lo anterior, con el paradigma anterior, es uno de los elementos que definen una revolución científica. Así, tenemos que en el siglo XVII primaba el paradigma de la Mecánica Clásica Newtoniana, que se basaba en un concepto fundamental: la Atracción Gravitatoria. Imperó incólume durante dos siglos, no significando que reflejara la realidad, ya que como hemos expuesto las teorías solo son hipótesis que  mientras no presenten contradicción interna o no puedan explicar un hecho, son aceptadas como instrumento para las investigaciones tal como lo propone el positivismo y sus variantes. El paradigma newtoniano, caracterizado por el determinismo, cedió el paso a principios del siglo XX al paradigma cuántico y su indeterminismo en la predicción de los fenómenos microscópicos, como los atómicos. No obstante, el aporte de Thomas Kunh y su concepto de paradigma, a juicio de la comunidad científica o de una gran parte de ésta con la que coincidimos, el cienciólogo norteamericano exagera al proclamar que con la aparición de un nuevo paradigma, el anterior queda desechado por completo. Esto no es así. Si en las ecuaciones de la Mecánica Cuántica los valores que toman algunas variables resultan significativamente grandes  como para que la constante de Planck resulte despreciable, muchas de esas ecuaciones tomarán formas aplicables a problemas que pueden ser resueltos con los procedimientos del paradigma newtoniano. Se tiene así que el antiguo paradigma pasa a ser un caso particular del nuevo.

De esta manera, para los problemas que no son del mundo microscópico, o sea para la práctica habitual, cotidiana, la física de Newton es la que se utiliza; sería absurdo que un ingeniero para diseñar una maquinaria corriente tuviera que apelar a las intricadas fórmulas de la Mecánica Cuántica por el solo hecho de ser éste el nuevo paradigma. El hecho de la no desestimación de lo fundamental establecido en un paradigma al aparecer uno nuevo en el cual se generalizan sus bases, lo vemos también en la Historia de las matemáticas, ciencia peculiar que difiere de las ciencias naturales por su idealización de conceptos. Así
tenemos que al ampliarse el concepto de número con la aparición de los números negativos, las leyes formales de las operaciones  permanecieron como estableció Hankel. La ley conmutativa de la suma, por  ejemplo, se mantuvo con los números negativos, las expresiones como  a-b= -b+a, permanecieron válidas, lo cual se hace más evidente si la
igualdad la escribimos a+(-b)=(-b)+a.

En nuestros días se acepta que ha aparecido un nuevo paradigma: el de la  Teoría de la Complejidad con sus ramificaciones de la Teoría del Caos y de los Fractales y la Termodinámica del No Equilibrio. Se tienen como nuevos paradigmas a la Mecánica Cuántica y la Teoría de  la Complejidad, sin embargo, no se habla del Paradigma de la Relatividad, lo cual tiene su justificación. Tanto la Mecánica Cuántica como la Teoría de la Complejidad, modificaron sustancialmente el concepto de certeza científica como sinónimo de ajuste a la realidad. El mismo concepto de realidad comenzó a someterse a un más profundo escrutinio lingüístico y sobre todo filosófico. La indeterminación cuántica  introducida por Heisenberg, y la incertidumbre de la complejidad advertida por Lorenz y Prigogine, avivó la disquisición filosófica sobre lo que se entiende por realidad y sobre si existe o no. La filosofía positivista y  sus vertientes el instrumentalismo, el pragmatismo y el convencionalismo,  sostienen o bien la no existencia de la realidad o bien la imposibilidad de su conocimiento. Los adherentes a esta forma de pensar, consideran que las  teorías científicas solo constituyen hipótesis de trabajo que se utilizan  como herramientas para la investigación mientras no presenten contradicciones o se muestren inoperantes. Puede decirse que ambos  paradigmas cambiaron el pensamiento científico haciéndolo más cauteloso y, también, ¿por qué no?, menos arrogante.

No ocurrió en esa forma con las Teorías de la Relatividad. Einstein no introdujo un nuevo modo de razonar. Lo que hizo fue revelar nuevas  propiedades del espacio y del tiempo hasta ese momento ocultas y  mostrarlas mediante la misma manera de razonar, la misma matemática ya utilizada por la comunidad científica, No introdujo un nuevo paradigma  en el sentido que a este término le asigna Kuhn.  No todo advenimiento de nuevo paradigma puede calificarse de revolución científica. Revolución científica fue la que se produjo en la humanidad al advertir Nicolás Copérnico que la Tierra no era el centro de lo que  entonces se consideraba el Universo como afirmaba Ptolomeo. El  sistema ptolomeico no quedó como caso particular del copernicano. No solo se abolió un paradigma, el hombre tomó conciencia de que no era el centro, de que su existencia perdía gran parte de la importancia que el  antropocentrismo derivado del geocentrismo le concedía. Podemos pues decir que la ciencia de nuestros días se desarrolla signada  por los paradigmas que entraron a la Historia llevados por las manos de Copérnico, Newton, Heisenberg, Lorenz y Prigogine.


Las teorías de la relatividad


Las Teorías de la Relatividad, y su autor Albert Einstein, son
conocidas al menos por sus nombres por gran parte del
mundo civilizado. Tanto por especialistas como por el público
en general. Se da el caso de que hasta los no entendidos, algo saben de qué tratan, sobre todo una de ellas: la Teoría Especial de la Relatividad (TER). Trataremos de presentar los aspectos más asequibles de la TER y de la Teoría General de la Relatividad (TGR). La TER formulada por Einstein, en 1905, se basa en dos postulados,  primero: las leyes de la física se cumplen en un sistema de igual forma ya sea que el sistema esté en reposo o se encuentre moviéndose a uan velocidad constante.
Segundo: la velocidad de la luz es una constante que no depende del estado de movimiento de quien la mida.

El primero se refiere a que por los experimentos físicos que realicemos dentro de un vagón de ferrocarril herméticamente cerrado, no podremos  saber si nos encontramos en reposo o moviéndonos a velocidad constante. El segundo es mas difícil de asimilar. Sabido es que la velocidad de un vehículo con relación a un motociclista que lo persigue será igual a la diferencia de ambas velocidades. Si el vehículo mantiene la velocidad y la
moto la aumenta, la velocidad del vehículo respecto a la moto irá disminuyendo, y si la moto llega a aparearse al vehículo, la mencionada velocidad relativa será cero. En el caso que lo perseguido sea una señal  luminosa la velocidad relativa de la señal, respecto al perseguidor, será siempre la misma según afirma el segundo postulado.

Una consecuencia de los postulados de la TER es que si una varilla rígida tiene una velocidad l en reposo, al moverse a una velocidad v en la  dirección de la longitud de la varilla, ésta se contraerá adquiriendo una nueva longitud: l´=l(1-v2/c2)1/2 donde c es la velocidad de la luz. Un simple cálculo nos muestra por la fórmula anterior que ninguna velocidad  puede igualar y mucho menos superar la de la luz, pues en el primer caso la
longitud se haría cero y en el segundo se haría una cantidad imaginaria.  Otras consecuencias son que el tiempo en un sistema en movimiento se dilata y que en iguales circunstancias las masas se contraen. Por un proceso algo más complicado pero elemental, puede demostrarse la famosa fórmula E=mc2, que muestra que si se pierde masa, se gana energía. Por pequeña que sea la pérdida de masa la ganancia en energía es
enorme pues se multiplica por el cuadrado de c que es nada menos que  300.000 Km./seg.. Este es el fundamento de la obtención de energía  atómica.

La TGR resulta algo mas difícil de explicar, pero a grandes rasgos se refiere a que si estamos en un ascensor detenido herméticamente cerrado y  nos pesamos en una báscula, al ver que ésta marca más no podremos saber si es que un cuerpo muy pesado debajo del ascensor nos está atrayendo gravitatoriamente, o si es que el ascensor comenzó a subir
aceleradamente.

Las Teorías de la Relatividad, la Mecánica Cuántica y la Teoría de la  Complejidad, constituyen paradigmas de la ciencia del siglo XXI.


Bibliografía


Albert Einstein, A.1984.The Meaning of Relativity. MJF Books.New
York.


Landau, L. y E. Lifschitz. 1959.Teoría Clásica de los Campos. Reverté.  Barcelona.

(sigue)

 

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