El Universo no es lo que parece

  • Creadores de Matrix

    John Wheeler
    Si la Escuela de Copenhague defendía que la realidad se encontraba en una onda de probabilidad mientras no fuera observada o medida, el físico Jonh Archibald Wheeler dio un paso más allá al defender que el universo se encontraba en un estado intangible hasta que surgió el primer observador consciente capaz de colapsar la onda y darle realidad.
    ¿Qué significa esto?

    Evidentemente, como el universo es anterior al hombre, el colapso de onda tiene un efecto HACIA ATRÁS EN EL TIEMPO, es decir, desde el nacimiento del hombre hasta el Big Bang.
    En 1978 desarrolló en su artículo “Law without law” un experimento denominado “acción retardada”. Se trataba de una versión del experimento de la”doble rendija” de Young realizada con espejos y con una curiosa variación. La idea era la siguiente: una fuente de luz se proyectaba sobre un espejo semirreflector, es decir, que refleja la mitad de la luz y la otra mitad pasa a través de él. Por lo cual existían dos haces de luz: transmitido y reflejado.
    En el camino de cada rayo de luz se situaba un espejo normal, de esos que solo reflejan, pero colocados de tal forma que hacían que dichos haces se cruzaran. Aquí se colocaron dos detectores. Dependiendo del camino que hubiera seguido el fotón sería registrado por un detector u otro (el fotón se comportaba como una partícula).
    Sin interferencias
    Aquí se pregunta Wheeler:
    ¿Puede el experimentador determinar qué ruta sigue el fotón?

    Para reproducir el patrón de interferencia, se colocó un nuevo espejo semirreflector donde se cruzan los dos haces de luz, antes de los detectores. Cuando se producía un patrón de interferencia en el experimento de la “doble rendija” se observaban unas bandas luminosas correspondientes a los máximos de onda y bandas oscuras donde éstas se aniquilaban, pero en este experimento este patrón se manifiesta por el funcionamiento de un solo detector que recoge dicho máximo de onda, el otro no funciona ya que coincide con la destrucción de la misma (o sea como si fueran las bandas oscuras).
    Cuando se realiza el experimento con un solo fotón, estando colocado el segundo espejo semirreflectante, sólo funciona un detector, es decir, se obtiene una interferencia, lo que equivale a que el fotón había recorrido los dos caminos posibles, había sido reflejado y transmitido por el primer espejo semirreflectante, para luego interferir consigo mismo en el segundo (el fotón se comportaba como una onda).
    Con interferencias
     
    Lo verdaderamente curioso y extraordinario de este experimento no es la demostración de que el fotón se comporta como onda y partícula al mismo tiempo, algo que ya vimos en el artículo “Malditas Interferencias” sino que la observación de la ruta que ha seguido el fotón se realiza después de que éste haya emprendido el camino.
    Sólo por el hecho de colocar o no el segundo espejo semirreflector podemos determinar si el fotón ha venido por una ruta o por las dos, pero esta “decisión” del fotón es un hecho del pasado y la acción de colocar el segundo espejo es un hecho del presente… entonces,
    ¿Cómo puede el fotón comportarse como si supiera de antemano si va a ser o no colocado el segundo espejo reflectante?
     
    Para comprender la creación y la historia del universo, Wheeler traslada el experimento mental de la elección retardada del laboratorio a escala cósmica, utilizando como fuente de emisión de fotones un cuásar (objetos estelares muy distantes que emiten una luz equivalente a un billón de soles) y un telescopio. La luz llega a la Tierra directamente desde el cuásar, pero una porción de ella se dirige hacia el espacio en ángulos distantes. Sin embargo, esta luz encuentra en su camino una galaxia que la curvará, según la teoría de la relatividad, de tal forma que esos rayos también llegarán a la Tierra, pero utilizando otro sendero. Tenemos entonces dos rayos de luz procedentes del cuásar; uno directo y otro curvado hacia nosotros gracias al efecto provocado por la galaxia.
    Cuando Wheeler situó el detector en la intersección de ambos rayos se reprodujo el patrón de interferencia, lo que significaba que el fotón había recorrido los dos senderos al mismo tiempo, sin embargo, cuando situaba el detector en cada sendero antes de la intersección, el fotón había viajado por aquel en el que era detectado.
    Lo realmente curioso de este experimento es que el cuásar se encuentra a mil millones de años luz de distancia, es decir, que la decisión de colocar el detector en un lugar u otro afectó al recorrido del fotón hacia la Tierra, pero éste ya había emprendido el camino hacía mil millones de años, mucho antes de que existiera los seres humanos en el planeta. Es decir, las mediciones realizadas en el presente crean el pasado del fotón, pero en esta ocasión un pasado muy, muy remoto.
      
    La conclusión a la que se llega es que el observador podía influir hacia atrás en el tiempo permitiendo que los efectos precedan a las causas. Este fenómeno se denomina «retrocausalidad».
     
    Para Wheeler todo el universo es como el experimento de la elección retardada. Comienza con el Big Bang, crece y se hace más complejo, representándolo con un gran ojo con el que se observa a sí mismo creando la realidad desde su origen. El universo se convierte en un circuito de retroalimentación al que constantemente contribuimos creando el pasado y el futuro. Allí donde los observadores conscientes no han interactuado sólo existen nubes de incertidumbre.
    Wheeler lo define como “Universo participativo”.
     
    Para comprender la forma en que los observadores conscientes participan del universo lo asemeja a una anécdota vivida por él hace muchos años, cuando estando en una fiesta los invitados le gastaron una broma. Le pidieron que adivinara una palabra, en un máximo de 20 preguntas a las que sólo obtendría respuestas con un sí o un no. Cuando Wheeler adivinó la palabra los jugadores comenzaron a reírse porque en realidad no habían escogido ninguna, tan sólo contestaban sus preguntas al azar aunque de forma consecuente con lo ya respondido. Es decir, el resultado no existía con anterioridad, surgió en parte por el azar y en parte por las preguntas que eligió el físico.Wheeler comprendió que dependiendo del tipo de experimento la naturaleza se comporta como onda o partícula, el observador elige lo que quiere conocer de ella. “Dime que preguntas y te diré que ves” En un ensayo denominado “It from bit” explica que cada partícula en el universo existe como respuesta a preguntas afirmativas o negativas, es decir, opciones binarias, bits.

    Cuando se observa un fotón se está añadiendo un bit de información a lo que conocemos del mundo.
    Muchos físicos creen que el espacio puede dividirse en pequeñas celdas minúsculas, como un tablero de ajedrez tridimensional. En cada celda se almacenaría un bit de información. Las celdas pueden contener una partícula o no. De esta manera la información sobre la realidad se dispondría como si fuera un mensaje, pero el mensaje y la existencia física serían inseparables. Desde las partículas elementales hasta el espacio-tiempo procederían de la información en bits. Las leyes de la física se convertirían entonces en programas informáticos y el universo sería un gigantesco ordenador que almacena información que es en sí el propio universo.
    es.wikipedia.org/wiki/Ajedrez_tridimensional

    Pero Wheeler no era el único que concibió el universo como una colosal máquina de información, para David Bohm se asemejaba a un holograma, como veremos en la entrada «La Realidad Plegada«

    Referencias:
    – Entrelazamiento el mayor misterio de la física. Amir D. Aczel, J.Luis Sánchez Gómez 
    – El universo inteligente. James N. Gardner
    – Does the Universe exist if we´re not looking? Tim Folger. Revista Discover Junio 2002
    – El juego de las veinte preguntas. José Gordon. Revista UNAM. Nº 49
    – La guerra de los agujeros negros. Leonard Susskind.
    – Orden y Sorpresa. Martin Gardner
    – Nuevos espacios y nuevos entornos de educación. Peiró y Gregori

  • La Realidad Plegada

    David Bohm
    El físico David Bohm, antiguo discípulo de Einstein, tenía una visión de la realidad distinta a la de sus colegas. Una de las cuestiones con las que discrepaba, estaba relacionada con la comunicación que se establecía entre las partículas entrelazadas a una velocidad superior a la de la luz, ver «El fantasma de Einstein». Y es que para él, aunque las partículas se percibieran como muy alejadas las unas de las otras, en realidad no existía tal separación.
    Para explicar esta idea, propuso como ejemplo una pecera donde nada un pez. Frente a ésta sitúa dos cámaras, cada una de ellas graba un lado distinto de la pecera. Al mismo tiempo, dos pantallas de televisión proyectan la escena captada por cada cámara.
    Un observador, ajeno a la realidad, ve en los televisores dos peces diferentes. Con el tiempo, comienza a darse cuenta que existe cierto sincronismo entre los ambos peces, pero no puede explicar que sucede porque ignora que en realidad es una única pecera y que los dos peces son uno sólo. Las dos pantallas de televisión corresponden al mundo tal cual lo vemos cotidianamente, pero el pez que nada en la pecera corresponde a un nivel de realidad más profundo.
    Si las imágenes que ofrecen las televisiones son proyecciones bidimensionales de una realidad tridimensional, nuestro mundo tridimensional puede ser la proyección de una realidad multidimensional mayor.
    En su libro “La totalidad y el orden implicado” expone que tras la apariencia separada de las cosas existe una realidad profunda donde todo está conectado y cualquier elemento del universo contiene la totalidad del mismo. Bohm compara la realidad con un holograma, porque en ellos cualquier parte del mismo es capaz de reproducir la totalidad… Pero, 
     
    ¿Qué es y como funciona un holograma?
    Un holograma es una fotografía tridimensional realizada mediante un rayo láser. La luz de éste se hace llegar a un espejo semirreflectante. El haz que se refleja se envía hacía el objeto y luego es reflejada hacia una placa fotográfica. El otro haz de luz se envía directamente hacia la placa fotográfica donde provocará con el anterior un patrón de interferencia que será holograma. En él estará plegada toda la información del objeto. Cuando se ilumine la placa fotográfica con luz láser la información se desplegará y aparecerá la imagen tridimensional del objeto.
     
    Aunque partiéramos el holograma por su mitad, ambas partes seguirían poseyendo la información completa, aunque con menos detalles, y si éstas se volvieran a dividir seguirían manteniendo dicha información y así sucesivamente, por lo que cada fragmento no puede considerarse como separada del conjunto.

    ¿Por qué compara la realidad con un holograma?

    Bien, como se ha dicho, en el patrón de interferencia que forma el holograma se contenía toda la información del objeto de forma plegada. Bohm defiende que la realidad se encuentra igualmente plegada en lo que él denomina “orden implicado” donde todo está interconectado. El universo es un todo inseparable donde todo está contenido dentro de todo. Cuando la placa es iluminada con el láser, la información se despliega y se observa la imagen en tres dimensiones que equivalen, en esta analogía, al mundo tal y como nosotros lo percibimos y al que él denomina “orden explicado”.
    El orden implícito genera las formas explícitas en un constante despliegue y repliegue denominado holomovimiento. Estas formas parecen estables pero están sometidas al cambio. El mundo es un solo un momento dentro de un proceso de cambio.
    Además de la materia, Bohm propone que la conciencia se encuentra en el orden implicado y que no es algo distinto de ésta. Ambas envuelven proyecciones de una realidad superior que no es ni materia ni conciencia. Somos nosotros los que equivocadamente hemos hecho posible la idea separada de mente y cuerpo, pero en realidad no existe dicha separación. Esto implica, por ejemplo, que en un universo holográfico, cada cerebro humano puede penetrar en otro, por lo que en algún nivel superior la humanidad puede ser un solo organismo.
     
     
    Igualmente el tiempo y el espacio forman parte del orden implicado. En cualquier periodo de tiempo dado puede estar plegado todo el tiempo y contiene toda la información sobre él, al igual que en la memoria el pasado está contenido en el presente. Además contiene ciertas implicaciones para el futuro aunque no es una implicación completa porque no ofrece un detalle completo del todo. Así como un fragmento del holograma se refieren con menos detalles al todo.
    Para David Bohm la realidad debía existir independientemente de que fuera o no conocida, algo que iba en contra de la visión de Bohr, sin embargo creía que la comprensión del orden implicado haría posible una base común entre la teoría cuántica y la teoría de la relatividad.
    “…todas las personas no dependen sólo de todas las demás, sino que todas las personas son todas las personas en un sentido más profundo. Nosotros somos la Tierra porque toda nuestra sustancia procede de ella y vuelve a ella…”

    Arte, diálogo y orden implicado.
    David Bohm

    La concepción de Bohm sobre el universo holográfico es algo más que una teoría científico-filosófica. La ciencia busca continuamente indicios que prueben si la realidad, tal y como la percibimos, es una ilusión tras la que se esconde una realidad más profunda.





    Referencias:

    – Diálogos con científicos y sabios: la búsqueda de la unidad. Renee Weber
    – Arte, diálogo y orden implicado. David Bohm

  • El Alfabeto del Universo

    Todas las cosas de este mundo, desde las más pequeñas y cercanas a nosotros; como los átomos, las células, los árboles o los ríos, hasta las más grandes y lejanas; como las estrellas, las constelaciones o las galaxias, nos susurran información sobre sus características propias mediante un lenguaje que no tiene palabras, sino números: las matemáticas.

    Su existencia no es física, no se pueden tocar, pero tampoco son algo mental como los pensamientos o las emociones. Si el universo fuera un juego de ordenador, ellas serían su código. No las vemos, pero están ahí, formando el tejido más profundo de la realidad. Si desaparecieran sería como si el mundo dejara de existir, entonces… ¿han estado aquí desde siempre o surgieron cuando empezamos a interpretar aquel susurro? si no son algo material ni mental ¿habitan en un tercer mundo? ¿o se trata tan sólo de un invento humano?

    Pues, aunque parezca mentira, hasta el día de hoy no existen respuestas a estas preguntas y como sucede en estos casos, lo que sí tenemos es un amplio debate filosófico con posturas enfrentadas. Por un lado, se encuentran quienes creen que las matemáticas han existido siempre y, por tanto, la humanidad tan solo se limitó a descubrirlas; por otro lado, están quienes defienden que los seres humanos las crearon ante la necesidad de describir el mundo. Vamos a ver un poco por qué piensan así unos y otros.

    Para el realismo o platonismo las matemáticas son entes que existen independientemente de si pensamos en ellos o no, es decir, son reales. Los números, conjuntos, funciones o figuras geométricas son objetos abstractos que poseen existencia objetiva y autónoma, pero no tienen una ubicación espacio-temporal y, por ello, son eternos e inmutables. Por ejemplo, el “teorema de Pitágoras” siempre será verdadero, independientemente del tiempo, el lugar o de si se utilice o no. Poseen además, unas propiedades fijas sin las cuales no serían dichos objetos. El número 6 es un número perfecto y si no lo fuera no sería un 6. En cambio, nosotros podemos tener distintas características sin dejar de ser nosotros mismos.

    El origen de esta creencia procede de Platón y su “Teoría de las Ideas” según la cuál, existen dos mundos; en uno residen las ideas o las formas, es eterno e inmutable y representa la verdadera realidad; el otro es una representación del primero y es el que captan nuestros sentidos, siendo continuamente cambiante. Donde mejor explica Platón el lugar de las matemáticas es en la “metáfora de la línea” del libro VI de su obra “República”. En ella nos dice que tracemos una línea AB y la dividamos en partes desiguales por el punto C. Así obtenemos los segmentos AC y CB, siendo el primero más corto. Platón considera el segmento primero como una copia del segundo y más imperfecto que éste. Cada segmento representa distintos grados de realidad y caminos de conocimiento. A su vez, nos dice que dividamos cada segmento mediante los puntos D y E con la misma proporción de los anteriores, obteniendo una línea dividida en cuatro segmentos. El segmento CB representa el conocimiento verdadero, el AC representa la opinión. El segmento AC se subdivide en AD y DC, donde el primero representa la creencia y el segunda la imaginación. El segmento CB se subdivide en la misma proporción representando CE el pensamiento discursivo y el EB la razón intuitiva. Los entes matemáticos los sitúa en el segmento CE y se valen de los objetos físicos como si éstos fueran una imagen de aquellos, que son a su vez, imágenes de las auténticas ideas (EB) ocupando un lugar intermedio entre los objetos de la realidad física y el mundo de las ideas.

    Así pues, los matemáticos descubren, no inventan, las propiedades de los objetos que estudian, pero estas propiedades no son percibidas mediante los sentidos habituales (porque no se encuentran en el mundo sensible), sino mediante una especie de “intuición intelectual”.

    Una forma que tienen los platonistas de demostrar que las matemáticas ya estaban ahí antes de que llegara el ser humano es recurriendo a la propia naturaleza. Y es que el orden matemático se encuentra por todas partes, por ejemplo, en los patrones fractales. Un fractal es una estructura formada por un patrón básico que se repite de forma similar en una gran variedad de escalas. Esto lo podemos ver en las nubes, en los copos de nieve, los ríos y montañas, galaxias espirales, el sistema circulatorio y nervioso, las líneas costeras, el ADN, los anillos de Saturno, el ritmo cardíaco, los vasos sanguíneos y pulmonares, los terremotos, los árboles, la coliflor romanesco, las proteínas, los relámpagos, en las raíces, etc.

    Las abejas fabrican colmenas con panales hexagonales porque, según la “conjetura del panal” en matemáticas los hexágonos son la forma más eficiente de cubrir completamente la superficie de un plano. Así asegura Darwin, las abejas habían evolucionado usando esta forma hexagonal porque produce las celdas más grandes para almacenar miel con el menor aporte de energía. También podemos encontrar en la naturaleza múltiples ejemplos de la secuencia de Fibonacci y de la proporción áurea, como vimos en la entrada “La Historia Interminable III”,

    The bees store nectar in honeycomb cells made of wax. The honey is still a bit wet, so they fan it with their wings to make it dry out and become more sticky

    Entre los autores que se pueden clasificar como platonistas se encuentra Max Tegmark del que ya hablamos en esa misma entrada y que defiende que las matemáticas residen en un universo paralelo.

    El físico Eugene Wigner pensaba que no es casual que el mundo inanimado pudiera ser tan bien descrito por métodos matemáticos, por lo que su estructura también debía ser matemática. Consideraba que la relación entre las matemáticas y las leyes de la física era de una exclusividad inmerecida y que seria necesario extenderla a todas las ramas del conocimiento. A este comentario se le denomina “la irrazonable eficacia de las matemáticas”

    Para el físico Roger Penrose existen tres mundos entrelazados: el físico, el mental y el matemático-platónico. Pero no todo el mundo matemático condicional al físico, pues existen unas matemáticas que no se correlaciona con ninguna teoría física. No todo el mundo físico condiciona al mental, sino a una parte, así el funcionamiento neurológico del cerebro influye en una parte de la mentalidad humana. Y no todo el mundo mental condiciona al matemático, solo a una parte, porque solo una fracción de la humanidad está interesada en la verdad matemática absoluta.

    El filósofo y matemático Kurt Gödel también defendía que los objetos matemáticos como, por ejemplo, los números naturales y sus leyes, describen una realidad no sensible que es independiente de la actividad mental humana, pero que puede ser percibida por ella, aunque de forma incompleta. Esto implica que el trabajo humano solo pueden aproximarse a las verdaderas matemáticas objetivas, sin llegar a conocerlas en su totalidad. Estas verdades se corresponden con los objetos matemáticos del segmento inferior del «Mundo de las Ideas». Solo se puede llegar ahí mediante la inteligencia y se reproduce de forma imperfecta en el mundo sensible.

    Sin embargo, el platonismo tiene un problema y es que no explica adecuadamente cómo se produce la relación entre los seres humanos y los objetos matemáticos. Si éstos no pueden ser percibidos por la vista, ni el oído, tiene que haber otras facultades cognitivas que nos aproximen a ellas, pero no sabemos en qué consiste esa especie de “intuición intelectual”. A este problema se le conoce como “el reto epistemológico al platonismo” el reto a que demuestre la forma en la que se puede adquirir ese conocimiento matemático.

    En el lado opuesto a esta forma de entender las matemáticas se encuentra el idealismo subjetivo para el que el mundo físico no existe, tan solo existen las mentes y los contenidos de ésta. Por tanto, las matemáticas no son “reales” sino el resultado de la actividad mental humana y si éstos pensaran de otra forma, los objetos matemáticos serían también distintos.

    El constructivismo considera la realidad como una “construcción” creada por el observador. Los objetos matemáticos los han inventado los seres humanos para satisfacer sus propósitos, por eso no es sorprendente que sean tan adecuadas para describir el mundo que nos rodea. Si el universo desapareciera, las matemáticas también lo harían, al igual que el ajedrez, el fútbol, el tenis o cualquier conjunto de reglas que han sido inventadas. Además, todos los modelos matemáticos son aproximaciones de la realidad y pueden fallar, por lo que pasan por un proceso de revisión inventándose nuevas matemáticas a medida que sea necesario. El constructivismo parte de Kant, al que le siguen Descartes, Hume y el obispo Berkeley.

    Sin embargo, esta corriente tiene varios problemas y es que si las matemáticas fueran tan solo una hipótesis en la mente humana, cualquier verdad matemática podría ser formulada y demostrada, cosa que es imposible. Además, las matemáticas estarían reducidas a la psicología, por tanto, podrían variar de unas personas a otras, sin embargo, aunque cada persona pueda tener una imagen mental de lo que es un triángulo, mas grande o pequeño, de colores o en blanco y negro… lo cierto es que la definición del mismo es igual para todos, y no se puede reducir a la idea de nadie.

    El filósofo de la ciencia, Karl Popper, defiende un “realismo constructivista”, es decir, una teoría a medio camino entre el realismo platónico y el constructivismo ya que considera que las matemáticas son construidas por los seres humanos, pero luego se independizan, es decir, residen que un mundo distinto con sus propias leyes que tenemos que descubrir, e incluso no podemos entenderlo del todo. Veamos un ejemplo de esto último.

    El ser humano ha inventado el sistema numérico, sin embargo, sin avanzamos por éste hacia los números mayores, los números primos son cada vez menos frecuentes. Así, mientras que al comienzo del sistema numérico tenemos que el 5 y 7, el 11 y 13, 17 y 19, 29 y 31 están separados por un número par, el 73 y 79 lo están por 5 números pares y el 89 y 97 por seis. Entonces ¿significa esto que terminarán desapareciendo en algún momento conforme ascendemos o siempre habrán números nuevos aunque escasos?

    Otro ejemplo lo tenemos en la “conjetura de Goldbach” formulada por este matemático en 1742 y que afirma que todo número par mayor que dos puede ser obtenido mediante la suma de dos números primos. Por ejemplo, 4 = 2 +2, 8= 5+3, etc. el problema surge cuando se quiere descomponer números tremendamente grandes con cifras de un millón, por tanto, demostrar si esta propiedad es cierta o no, no resulta nada fácil. En matemáticas existen multitud problemas de este tipo.

    Para Popper, los objetos matemáticos tienen una existencia que no es física, ni psicológica, sino que es semejante a las obras de arte humanas. Así, una escultura o una composición musical no se reducen al artista sino que lo trasciende y, si éstos escuchan sus creaciones con humildad y autocrítica, recibirán sugerencias que van más allá de lo que pretendía originalmente, aprenderán de ellas y terminará por trascender sus propias facultades personales.

    Referencias:

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