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Protegido: Conversando con un Protón

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Diez Malentendidos en Física

No solo aprender física es muy difícil.  Enseñarla lo es aún más.  Y es que 400 años de vida como una disciplina estructurada y dinámica, surcados por dos o tres revoluciones de grandes proporciones, han convertido a la física (desde el punto de vista conceptual) en una “colcha de retazos” en la que es difícil distinguir las ideas que están en la frontera de aquellas que definitivamente deberíamos jubilar.  Sin pretender ser exhaustivo (y ni siquiera objetivo) he aquí 10 cosas que considero son malentendidos bastante comunes en física.  Es posible que a nadie le cambie la vida si entiende un poco mejor algunos de estos conceptos, pero lo que es definitivo es que los maestros de física y en general los maestros de ciencias deberíamos evitar seguir repitiendo algunas de estas falacias en los salones de clase.

Esta entrada es particularmente extensa.  Sin embargo puede leerse como 10 entradas diferentes.  Para ir a cada malentendido use los siguientes enlaces: Malentendido 1: Teoría Cuántica, Malentendido 2: Energía y Masa, Malentendido 3: Entropía y Desorden, Malentendido 4: Fuerzas ficticias, Malentendido 5: Estados de la materia, Malentendido 6: Relatividad General, Malentendido 7: Masa y Velocidad, Malentendido 8: Leyes de Movimiento, Malentendido 9: Electricidad y Magnetismo, Malentendido 10: Masa y Higgs.

“#10MalentendidosFisica (1/10) La teoría cuántica solo funciona en el mundo microscópico. C/¿dónde está el límite entre lo micro y lo macro?
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-1

QuantumComo era de esperarse, la mayoría de los malentendidos en física tienen que ver con las ideas o conceptos de más reciente factura.  Bueno, si es que a una teoría de casi 100 años de antigüedad se le puede llamar reciente.

La teoría cuántica surgió a principios de los 1900s para resolver algunos problemas físicos “macroscópicos”: ¿por qué los cuerpos sólidos son del mismo color cuando están muy calientes mientras que los gases en las mismas condiciones son de colores tan diferentes? ¿por qué la luz puede producir chispas? ¿por qué existe la materia cuando las reglas de la electricidad y el magnetismo predicen que no debería?.  Es cierto que las respuestas a estas preguntas vinieron de describir los átomos y las partículas de luz (ambos microscópicos) pero no es cierto que las leyes que descubrieron los genios europeos mientras sus países estaban en guerra entre 1910 y 1950, son solo válidas o se manifiestan únicamente entre los átomos, los electrones o los fotones.

La teoría cuántica es una revolución completa acerca de nuestra manera de comprender y describir el mundo (microscópico y macroscópico).  Sobre lo que es importante y lo que no.  La teoría cuántica hizo del mecanismo de relojería que la ciencia clásica pensaba era el mundo, en un inmenso computador con reglas difusas en el que la relación entre las cosas va moldeando el curso de la historia.   Pero decir que las reglas de la teoría cuántica también aplican a escala macroscópica no significa que podamos usarlas igual para describir un electrón y una persona.  Esa otra confusión es el origen de algunas corrientes “filosóficas” oportunistas que buscan validar sus especulaciones en una teoría científica establecida y respetada.  La teoría cuántica funciona a todas las escalas pero las propiedades “emergentes” son diferentes.

Si todavía no esta convencido (no debería estarlo pues harían falta muchas entradas para explicar el profundo impacto de la teoría cuántica en el desarrollo de la física y la tecnología a todas las escalas) les ofrezco algunos ejemplos aquí de teoría cuántica en acción en niveles en los que creíamos que las ruedas dentadas del reloj newtoniano seguían siendo la regla.

¿Por qué el Oro es distinto del Mercurio?.  Los átomos de ambos elementos son casi idénticos.  Solo difieren en 1 electrón (que pesa menos de 1/100,000 que el átomo completo).  La respuesta esta en una propiedad cuántica de los electrones conocida como exclusión.  Según esta propiedad dos electrones en estados cuánticos completamente iguales se superpongan para producir ningún estado.  Es decir la situación esta prohibida.  El mismo fenómeno explica por qué respiramos oxígeno y nos envenena el Flúor o por qué el Cloro limpia y el Argón solo brilla.  En general toda la química es teoría cuántica en acción.

¿Han oído hablar de los diodos?.  Un pedazo de Silicio con dos mitades “contaminadas” de forma diferente.  Cuando se hace pasar electricidad por el bloque de silicio “bipolar”, la corriente solo va en una dirección. Pero ¿por qué? Pura teoría cuántica en acción. La cosa va aún más lejos.  El principio que hace funcionar a los diodos pone en funcionamiento los transistores de los que están hechos los chips de computadores, tabletas y celulares por igual.  En las piernas o en tu mano en este momento tienes un dispositivo cuántico.  No se trata solo de átomos y partículas de luz.

Para hacer las cosas más increíbles, especialmente para aquellos que todavía piensan que lo anterior no es teoría cuántica sino apenas unas propiedades emergentes lejanas a las extrañas reglas que caracterizan esta teoría, hay que recordar que el estado cuántico puro más grande fabricado por el hombre tiene ya unos 3 metros y en menos de lo que pensamos podría alcanzar un kilómetro (ver aquí una noticia relacionada).

“#10MalentendidosFisica (2/10) La energía y la masa son dos caras de la misma moneda. C/ Hay partículas sin masa que tienen energía ¿cuáles?
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-2

EnergiaMasa

Una representación simplificada del impulso en el espacio-tiempo. La proyección en el tiempo del impulso es la energía. La magnitud total del impulso es la masa. Masa y energía claramente no son lo mismo


No hay “fórmula” mas famosa e incomprendida en fisica como E=m c2
. De ella se dice de todo desde que explica las explosiones nucleares (o es causante de ellas) a que es la prueba que masa y energía son lo mismo. También se dice que se trata simplemente de una regla de cambio de unidades.  Lo cierto es que la bendita formulita esta llena de trampas. Empezando porque la E que aparece allí no es simplemente la energía.  Se trata en realidad de la denominada “energía propia” una propiedad fundamental de todas las partículas que puede ser cero o muy grande. En su lugar la energía en general nunca es cero, las partículas sin energía no existen.  Es por esto que la formula no parece aplicar a los fotones que tienen energía en general, pero cuya masa y por tanto energía propia es cero.

la energía no es masa, ni la masa energía.  Ambas propiedades en realidad son partes de una propiedad mas fundamental llamada el impulso.  Como su nombre lo indica el impulso mide que tan intenso es el movimiento de una partícula o un sistema. También esta relacionado con que tanta fuerza hay que hacer para cambiar ese movimiento.  En el mundo en el que vivimos las cosas se mueven en el espacio y en el tiempo y por lo tanto el impulso no puede medirse con un solo numero: en realidad necesita 4.   A esos cuatro números se los llama las componentes, partes o proyecciones del impulso.

Si usamos el mismo patrón para medir el tiempo y el espacio (segundos y segundos-luz) algo que es muy común por ejemplo en astronomía, la energía es la parte, la componente del impulso en la dirección del tiempo.  La energía es impulso en el tiempo.

Pero nada puede estar quieto en el tiempo: por eso nada puede existir sin energía.

¿Y la masa? en las mismas unidades mencionadas antes, la masa es una medida del impulso total en el espacio-tiempo, una medida que combina las partes espacial y temporal del impulso.  Es decir la masa es el impulso en todo el espacio-tiempo y la energía es solo el impulso en el tiempo.

¿Pero como puede ser cero el impulso en el espacio-tiempo (masa cero) mientras que no es cero el impulso en el tiempo? La clave es que en 4D las partes del impulso no se combinan de manera tan sencilla. Si un cuerpo tiene un impulso igual en el espacio que en el tiempo su impulso total es cero.  ¿Extraño? ¡claro! la educación nos ha mantenido, a punta de malentendidos, atrapados en el espacio mientras nos perdemos de la acción que ocurre en el espacio-tiempo.

“#10MalentendidosFisica (3/10) La entropía es una medida del desorden.C/¿Q’tiene más entropía un vaso de agua o una montaña d’cubos d’hielo?
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-3

EntropyMuchos de los malentendidos descritos aquí podrían resolverse tan solo definiendo mejor las palabras. ¿Pero puede ser un asunto de “semántica” tan importante para la física? ¡Pues sí! No hay que olvidar que quienes usan la fisica somos seres humanos para los que el lenguaje es muy importante.

¿Entonces? ¿qué les parece más desordenado? ¿Un vaso perfectamente cilíndrico con un litro de agua o 10 cubos de hielo que sumen el mismo litro, pero apilados al azar en el mismo vaso? La noticia es que el desordenada montón de cubos de hielo tienen una entropía menor. Ahora bien, ¿que tiene mas entropía? ¿un mazo de cartas ordenado o el mismo mazo con las cartas al azar? el resultado es otra vez contra intuitivo: los dos tienen exactamente la misma entropía.

El concepto de orden es complejo y pertenece mas al dominio del lenguaje cotidiano que al de la física. Usarlo para evaluar una cantidad física bien definida como la entropía (que compite en importancia con el de energía) es como usar la palabra “corpulencia” para referirse a una variable precisa como el “peso” o la “altura”.  Esto sin mencionar que el orden de un sistema es una propiedad “aparente” que difícilmente puede existir en todos los niveles de organización. Esa es precisamente la razón por la cuál el vaso de agua parece mas ordenado que los cubos de hielo. A nivel macroscópico el primero exhibe mas orden. Sin embargo a un nivel microscópico (imperceptible para nosotros) el agua líquida sería mas desordenada que el hielo porque allí las moléculas se disponen de forma organizada y predecible.

La entropía es en realidad una propiedad bastante mas compleja y muy difícil de evaluar “a ojo”. A nivel microscópico o fundamental una definición mas apropiada de entropía esta relacionada con el número de estados microscópicos posibles que son compatibles con un cierto estado macroscópico. A mayor número de estados microscópicos que pueden reproducir lo “que vemos” en un sistema, mayor es la entropía en él.  La entropía debería entonces considerarse una medida de la diversidad, de la multitud de posibilidades que un sistema encuentra en su evolución.

La segunda ley (que dice que la entropía de un sistema aislado a lo sumo debería ser constante pero en la mayoría de las ocasiones debería aumentar) es en realidad una forma sofisticada de un hecho intuitivo: los sistemas tienden espontáneamente a evolucionar hacia estados con mayores posibilidades, mas diversos. Al contrario, para reducir las posibilidades es necesario que alguien intervenga y “se la sude” (ganando para sí mismo la entropía que le quito al otro).

(Una discusión completa de este malentendido puede ser encontrada en este blog y en este artículo aún más completo)

“#10MalentendidosFisica (4/10) La fuerza centrífuga es ficticia. C/Defina “fuerza”, defina “ficticia”
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-4

Este malentendido nace en una subestimación de la realidad que perciben observadores diferentes.  En tiempos de Newton se reconocía la existencia de una espacio y un tiempo absoluto respecto al cuál las cosas se movían de forma imperfecta y relativa.  Einstein destronó esta idea y nos dejo en un Universo en el que cualquiera puede reclamar su derecho a ser el referente de los movimientos y a declarar que lo que observa es tan válido como lo que ven otros observadores.  Desde esta perspectiva no hay un observador privilegiado, uno que pueda declarar de forma definitiva como se mueven los demás.

Hablar de fuerzas ficticias es reconocer que existen observadores privilegiados que si detectan fuerzas verdaderas.  La fuerza centrífuga y la fuerza de coriolis (entre otras) son fuerzas tan verdaderas como las demás, aunque su origen no sean las interacciones.  Puede que esta aclaración tenga una naturaleza semántica más que física, pero cuando hablamos de conceptos las palabras pueden tener un profundo impacto en la comprensión.

Llamamos fuerza a cualquier cambio en el impulso de un cuerpo.  Esta es una definición y no una ley.  Ahora bien, las fuerzas (cambios en el impulso) pueden tener orígenes diferentes: pueden surgir de una interacción, pueden ser producto de la distorsión en el espacio-tiempo en el que se mueven (fuerza gravitacional) o ser producto de una definición inapropiada del sistema de referencia (poco cómoda).   A las fuerzas que resultan de este último efecto las llamamos “fuerzas inerciales” y no ficticias.

“#10MalentendidosFisica (5/10) Solo existen 3 estados de la materia. C/¿sabes en qué estado están las estrellas de neutrones?
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-5

Tabla periódica de los elementos superconductores

Tabla periódica de los elementos superconductores

El concepto de estado de la materia esta intimamente ligado con el de “cambio de fase”. El agua, líquida, incompresible y deformable, pasa espontáneamente a un estado no deformable (estado sólido) cuando la temperatura disminuye por debajo de un cierto umbral.

Los cambios de fase son “milagros” macroscópicos, fenómenos emergentes muy difíciles de explicar usando únicamente física fundamental ¿cómo saben por ejemplo las moléculas en un cristal de agua que sus débiles enlaces deben “romperse” cuando la temperatura (que es una propiedad macroscópica, estadística, con poca o ninguna relación con las propiedades microscópicas de cada enlace) sube por encima de un cierto nivel?.  Las formas de organización que emergen en esos “saltos” son lo que llamamos estados de la materia.

Hasta hace unas décadas solo se conocían tres de esos cambios: la ebullición/condensación (gas a líquido y viceversa), la congelación/fusión (solido a líquido y viceversa) y la sublimación (solido a gaseoso y viceversa). Estos cambios definen los 3 estados clásicos.

Pero desarrollos relativamente recientes han mostrado que en algunas formas materia pueden ocurrir otros cambios espontáneos, transiciones de fase, hacia estados de emergencia diferentes.

El mas popular es también el mas difuso. Se trata de aquel estado definido por el cambio que aparece cuando los átomos o moléculas de una sustancia pierden sus electrones. El sistema pasa de estar compuesto solo de átomos neutros a iones y electrones. Con la aparición de cargas libres hace su entrada gloriosa una fuerza nueva de largo alcance: la fuerza eléctrica. Con la llegada de la fuerza emergen comportamientos colectivos no presentes en gases o líquidos. La sustancia es ahora un plasma.

Cambios mas increíbles se producen en otras condiciones. Debajo de -266 grados, por ejemplo, los electrones del Plomo se unen en pares que se mueven por un “milagro” cuántico sin ningún impedimento entre átomos y otros electrones. Esta transición separa al Plomo conductor del Plomo superconductor, un nuevo estado de la materia.

En el interior de las estrellas otro milagro ocurre. Mientras el plasma domine la escena, un aumento en la temperatura produce también un aumento en la presión. Sin embargo cuando las partículas del plasma (iones, electrones o neutrones) están muy empaquetados el comportamiento cambia bruscamente: calentar el plasma en esta condición no produce un aumento en la presión. Este nuevo estado se le llama “degenerado” y es la clave que explica porque no todas las estrellas al morir colapsan hasta crear agujero negros.

Condensado de Bose-Einstein, Superfluido, etc. son otros estados condiciones que emergen en transiciones súbitas y que merecen llamarse con todo derecho, estados de la materia.  ¿Descubriremos otros en el futuro? No lo sabemos pero por ahora seguir hablando de solo 3 estados es imperdonable.

“#10MalentendidosFisica (6/10) La relatividad gral solo aplica a agujeros negros o al GPS. C/La caída libre es un fenómeno relativista
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-6

CurvedExiste la creencia, extendida entre educadores e incluso profesionales, de que una teoría física aproximada y conceptualmente incorrecta o incompleta (p.e. la teoría gravitacional de Newton) sigue siendo conceptualmente valida únicamente porque es capaz de predecir con precisión los fenómenos que describe. Con la teoría tolemaica también se podrían predecir los eclipses, pero hoy casi nadie cree que la Tierra este en el centro del Universo.

El poder descriptivo de una teoría no es razón para no darle “cristiana sepultura” cuando una teoría nueva con mayor poder explicativo emerge.

La teoría general de la relatividad ofrece la explicación mas completa y precisa sobre los fenómenos gravitacionales que conocemos en el momento. Aún así, casi exactamente 100 años después de su descubrimiento por Einstein, nadie habla de ella para referirse a fenómenos gravitacionales tan simples como la caída libre o el movimiento de los satélites. ¿Por qué?. La razón es el malentendido propagado por maestros e incluso profesionales de que cuando la intensidad de la gravedad es pequeña o la precisión con la que medimos el espacio y el tiempo no es muy grande, la teoría newtoniana es correcta. Lo correcto son los números de esa teoría pero no sus conceptos.

¿Por qué caen entonces las cosas? Según la “doctrina” newtoniana lo hacen porque son atraídos por una misteriosa fuerza hacia el centro de la Tierra. La razón en el marco de la relatividad es más fascinante: los objetos se mueven por inercia en el espacio-tiempo que cerca de la Tierra esta distorsionado haciendo que sus trayectorias no sean triviales.

Lejos de cualquier cuerpo astronómico, dos objetos en reposo relativo mantendrán su distancia (se verán quietos uno respecto de otro) aunque se muevan a toda velocidad en el tiempo. Cerca a la Tierra el espacio-tiempo se distorsiona y lo que era antes un camino recto en el espacio-tiempo (sin obstáculo hacia el futuro) pasa a ser un camino curvo (combinación de movimiento en el espacio y en el tiempo).  Si los cuerpos son la Tierra y una Manzana este efecto producirá con el pasar del tiempo que sus caminos en el espacio-tiempo terminan cruzándose por casualidad.

Esta explicación es cierta sea que la gravedad (distorsión del espacio-tiempo) tenga gran intensidad o no. El concepto de un espacio-tiempo curvo no desaparece en el límite de poca gravedad. La caída libre y el peso son fenómenos relativistas, en la superficie de la Tierra y cerca a un agujero negro.

“#10MalentendidosFisica (7/10) La masa aumenta con la velocidad. C/Eso sería como admitir que la masa es relativa ¡No lo es!
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-7

Al llegar a este punto hemos hablado tanto de relatividad que será mas fácil explicar por qué este es un malentendido.  Cuando aclarábamos antes la malentendida relación entre masa y energía explicábamos que la masa como la energía son parte de una propiedad mas fundamental: el impulso. La masa es, cuando se usan patrones iguales de tiempo y de distancia (segundos y segundos-luz), una medida del impulso total de una partícula o un cuerpo en el espacio-tiempo.

¿Qué diferencia hay en medir el impulso de una piedra en un camino cuando estas sentado al lado de ella o cuando la ves desde un automóvil?. Al estar al lado de ella su impulso estará dirigido unicamente en el tiempo. En el espacio, la piedra respecto de ti esta quieta y por lo tanto carece de impulso en esa dirección. Ahora bien, si miras a la piedra desde un vehículo en movimiento, su impulso tendrá ahora una componente temporal y una espacial. Pero ¿habrá cambiado su magnitud total? como la única operación que realizamos fue cambiar de punto de vista (de estar sentado al frente de ella a moverse en un vehículo) esperaríamos que su impulso total no cambiará en lo absoluto y tampoco lo hiciera por lo tanto su masa.

¿Hace alguna diferencia en la situación anterior que sea yo el que me haya pasado a un vehículo o que sea la piedra la que lo haya hecho? ¡No! Por lo tanto decir que la masa cambia con el movimiento sería como admitir que la altura de una iglesia o un edificio cambia al verla desde ángulos diferentes.

“#10MalentendidosFisica (8/10) Existen 3 leyes del movimiento (inercia,fuerza,acción-reacción). C/Solo hay una ley: conservación del impulso
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-8

Este es un malentendido cada vez menos común. Aún así, innumerables textos de física siguen recitando las consabidas 3 leyes de Newton, preservando el error.  La realidad es que todas ellas no son otra cosa que formas procesadas de una sola ley física: ante la ausencia de fuerzas (de interacción o inerciales – ver malentendido 4) el impulso que tiene un cuerpo es constante.

Esta ley es valida tanto en el espacio como en el tiempo. Inclusive, su validez en el tiempo explica otra conocida ley: la conservación de la energía. Como habíamos explicado antes la energía es el impulso en el tiempo. Si no hay fuerzas, el impulso no cambia y por ende tampoco la energía.

En el espacio la conservación del impulso conduce a las bien conocidas 3 leyes así:

– Si no hay fuerza, el impulso no cambia y por tanto los cuerpos seguirán su movimiento o se mantendrán quietos en el espacio (inercia)

– Si hay fuerza, cambia el impulso y con él la velocidad (aceleración) y la energía (trabajo) (“ley” de fuerza)

– Si el sistema esta hecho de dos partes que interactúan pero que no sienten fuerzas externas (p.e. dos bolas de billar en una mesa horizontal) los cambios en el impulso de una parte deberán estar compensados siempre por los cambios de la otra. De ese modo el cambio total es nulo. Pero el cambio de impulso es igual a la fuerza de modo que cuando choquen la fuerza que siente la una debe ser igual pero en sentido contrario a la que siente la otra (ley de acción y reacción).

“#10MalentendidosFisica (9/10) La electricidad y el magnetismo son 2 fenómenos muy relacionados.C/En 4D en realidad son el mismo fenómeno
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-9

La electricidad y el magnetismo están entre los fenómenos físicos más importantes y comunes en la vida cotidiana. Con la electricidad hacemos funcionar los dispositivos móviles, por ejemplo, cuando las cargas eléctricas en las baterías le aplican fuerza a los electrones en los dispositivos y los obligan a moverse en intrincados circuitos que interpretan los clicks de un mouse o que llevan la información de un lugar a otro. El magnetismo por su lado mantiene cerrada la puerta de la nevera y sostiene los souvenirs en su exterior. También le dice al celular hacia donde estas mirando poniendo en funcionamiento las aplicaciones de realidad aumentada mas increíbles.

Pero esos dos fenómenos, aparentemente diferentes, también funcionan juntos. Lo hacen cuando abres remotamente una puerta (con electroimanes) con solo presionar un botón (electricidad). O cuando enciendes las lámparas de tu bicicleta (electricidad) aprovechando el movimiento de un imán unido a las llantas (magnetismo).

Los físicos explican que la razón de este milagro es la relación que existe entre ambos fenómenos y que fue descubierta a través de ingeniosos experimentos en los 1700s y 1800s.  Lo que nunca no es explican y he aquí el malentendido, que mas bien debería considerarse una lamentable omisión, es que en realidad desde 1905 sabemos que la electricidad y el magnetismo son manifestaciones del mismo fenómeno en el espacio-tiempo.

Así que no es que estén relacionados, es que son el mismo fenómeno. Pero entonces ¿por qué los vemos tan diferentes? La razón es nuestra “miopía cuadridimensional”: percibimos el espacio-tiempo de 4 dimensiones parcializado.  Por eso precisamente no habíamos notado la relación entre la energía y la masa mediada por el impulso (ver malentendido 2).

Así mismo, la electricidad es la parte temporal del fenómeno en el espacio-tiempo y el magnetismo esta relacionado con la parte espacial de ese mismo fenómeno.

“#10MalentendidosFisica (10/10)  La masa en el Universo es producida por el Higgs  C/Menos de 0.02% de la masa es debida al Higgs
Junio 22 de 2014
http://bit.ly/trino-malentendidos-fisica-10

QuarksEste es el más reciente de los malentendidos pero también el más grande de todos en términos cuantitativos.  Después del descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, creería que no hay nadie hoy que no sepa de la relación que existe entre esa partícula y la masa de todas las demás partículas del Universo.  Según reza la explicación convencional, el campo de Higgs (la versión continua de la partícula con el mismo nombre) llena todo el espacio en el Universo.  Las partículas al moverse a través de ese campo experimentan una interacción con él que se manifiesta en la forma de su masa.   Si la interacción es intensa, la masa lo es también.  Si la interacción es muy tenue e incluso nula, la masa lo será en la misma proporción.

Pero la historia esta incompleta.  Existen partículas que aunque también interactúan con el campo de Higgs, lo hacen también intensamente con otras partículas.   Se trata de los quarks.  Contrario a la mayoría de las partículas, los quarks viven atrapados permanentemente en el interior de protones y neutrones, de los que están hechos.  Su mutua interacción supera en un factor de varios cientos, la interacción con el campo de Higgs.  Como resultado, la masa de protones y neutrones, en lugar de ser igual a la suma de la masa tradicional de los quarks, resulta ser cientos de veces superior.

El malentendido radica en que un protón o un neutrón pesan cerca de 1,800 veces más que un electrón.  Con esto la masa de un átomo de Hidrógeno es 99.94% masa producto de la interacción entre quarks y la masa de un átomo de Helio (el otro cuarto de la masa atómica del Universo) es 99.97% producto de esa misma interacción.

Así la mayor parte de la materia bariónica en el Universo, la que esta hecha de átomos y hace las cosas más interesantes y complejas del cosmos, tiene su origen en una inmensa proporción en la interacción de los quarks y no en la interacción con el campo de Higgs.


 

Si conocen otros malentendidos o creen que algunos de los malentendidos aquí, no lo son tanto, ¡no duden en escribirme!

La Ciencia de la Autopublicación

Mientras vemos como el fenómeno del peer-to-peer derrumba o lentamente transforma negocios que parecían inmutables (la industria musical y la del cine, el negocio de los taxis, los hoteles y hasta el sistema bancario) los científicos seguimos sometidos a un sistema relativamente anticuado de publicación, muy lento para el ritmo frenético al que avanza la ciencia y lo peor de todo, dominado por mafias académicas y económicas que publican a quienes pueden pagar o a los que tienen la afiliación correcta. ¿Podríamos los científicos seguir los pasos de esos movimientos revolucionarios y “autopublicarnos” sin morir (profesionalmente) en el intento?

Después de la peer-to-peer economy deberíamos empezar a pensar en la “peer-to-peer publication” en ciencias: libres del yugo de las revistas
Junio 17 de 2014
http://bit.ly/trino-autopublicacion

P2PEl ciclo de vida de un artículo científico es relativamente simple: tienes una idea que piensas podría probarse rigurosamente; haces experimentos en el laboratorio, preparas observaciones o corres simulaciones para probarla; la idea original posiblemente se modifica pero si el camino es prometedor descubres otras cosas que se pueden desarrollar y presentar; organizas tus resultados y les das una forma que puedan leer tus pares.

Si todo fuera ideal lo que sigue debería ser sencillo y sobre todo gratis: tus pares leen el artículo, te retroalimentan y obligan a modificarlo hasta que adopta una forma que lo convierte en un nodo más de la telaraña del conocimiento científico.

Pero no es así: al terminar tu artículo (y en realidad en la mayoría de los casos desde el principio) debes decidir cuál es el journal que más le conviene a tu idea.  Bien sea que busques el máximo impacto o exposición o simplemente porque no quieres o no puedes pagar por ver tus ideas publicadas, la elección del journal se convierte en una fase clave del proceso de “creación” científica.  ¿Tiene esto algún sentido?

Si tu trabajo ha sido construído con rigor y el resultado posiblemente podría cambiar el curso de la ciencia (o al menos eso es lo que creemos todos los autores) ¿por qué debería el medio de distribución de un tercero afectar el proceso del paper? ¿tu artículo no debería ser igualmente valido si lo distribuye una empresa multimillonaria a si lo haces tu mismo con la ayuda de colegas que te ayudan a depurarlo y perfeccionarlo?

Posiblemente las respuestas a estas preguntas son bastante sencillas.  El modelo de publicación imperante en la ciencia no es una invención reciente.  Tampoco fue una invención del mundo capitalista ni ha sido siempre el negocio que para muchos ahora es.  En realidad es un modelo que emergió y evoluciono lentamente a lo largo de más de 350 años en el mundo occidental.  Tiene grandes bondades.  Los artículos solo pueden ver la luz si han sido revisados rigurosamente por uno o varios pares anónimos (una característica que convierte hasta al más condescendiente colega en un implacable juez) manteniendo a la ciencia relativamente limpia de errores y engaños (bueno, no tanto) y obligando a los científicos a aplicarse rigurosamente en demostrar lo que quieren probar.  La presentación del producto es normalmente impecable.  Empresas complejas formadas por editores y diagramadores se aseguran que los artículos se vean como productos acabados muy bonitos.

Pero ¿hace falta todo eso? si los artículos no se vieran tan bonitos, ¿serían entonces incorrectos? ¿hace realmente falta el sistema de distribución de las editoriales, los títulos de las revistas, los afamados factores de impacto entre otros elementos del sistema? si las revistas no les pagan a los pares para revisar los artículos ¿no podrían ellos revisarlos igual si el que se los pide es un colega, aún si no lo conoce? ¿es necesario esconderse detrás de un anonimato o de la intermediación de un editor “objetivo” para ser realmente implacable e impedir que se filtren los errores o los engaños?

No sé la respuesta a las anteriores preguntas, pero de lo que si estoy seguro es que la ciencia continuaría, incluso si no existieran los editores y los journals, o mejor si los editores fueran los mismos autores y los journals se reemplazaran, tal vez, por sus propios blogs o páginas personales.  Un verdadero sistema de autopublicación como el que sabemos empieza a imponerse en el mundo editorial en general.  Un sistema a-la “peer-to-peer” para compartir y distribuir la ciencia que se hace en todos los rincones del planeta.  Porque todo hay que decirlo: el valor de un artículo esta en quiénes lo escriben, en las observaciones, resultados o simulaciones que presentan, en su contribución al crecimiento del conocimiento científico.  El Journal y el Editor deberían ser secundarios.

No sé si todos ustedes saben que ya existe algo cercano a esto.  Se trata nada más y nada menos que de los “arXiv”, un repositorio de manuscritos creado en el Laboratorio Nacional de los Alamos hace más de 20 años y que ha cambiado radicalmente las costumbres de publicación y en general de distribución de la ciencia al menos en el mundo de las ciencias física.  Sin embargo, los arXiv siguen estando supeditados al sistema de publicación tradicional.  Cuando se creo originalmente, se hizo con el propósito de que se pudieran leer los papers antes de que estos llegaran finalmente impresos en las revistas (preprints).  Hoy se utiliza para dar a conocer artículos antes de que termine el tortuoso proceso de edición pero normalmente después de que los manuscritos han sido ya revisados por los pares e incluso de que los autores hayan pagado por el proceso.  Los pocos que se atreven (o nos atrevemos) a enviar manuscritos a los arXiv que no han sido aceptados o revisados por pares son vistos como bichos raros y sus trabajos como curiosidades que naturalmente no pertenecen todavía a la telaraña de la ciencia (ningún Editor, ni Journal ha dado su visto bueno).   Peor aún.  Aunque muchos editores hoy aceptan que se citen artículos hechos públicos únicamente a través de los arXiv, otros lo prohíben, en un claro acto de veto editorial que los favorece.

En síntesis los arXiv son un buen intento pero todavía no llegan a propulsar una revolución analoga a la que desataron en sus propios nichos fenómenos como Napster, Cuevana, Uber e incluso los mismos iTunes y Netflix (la reacción conservadora a los fenómenos peer-to-peer).

¿Cómo imaginarse un sistema de autopublicación científica capaz de mantener los altos estándares que autores (y no editores) han mantenido en estos 350 años?  He aquí un par de ideas aisladas (y posiblemente no muy originales):

  • Todos científico o equipo científico en el mundo tendría derecho a tener un sitio público en internet para dar a conocer sus trabajos.  Yo llamaría a estos sitios “Yournals” (para no desentonar con la tradición).  De la misma manera que cualquiera puede instalar un cliente-servidor de torrent, no sería necesario pedir autorización a nadie para empezar a “compartir” la ciencia que cada uno produce.
  • El prestigio de los trabajos publicados por un científico vendría única y exclusivamente de las citas recibidas.  No del Journal en el que es publicado.
  • La revisión por pares se mantendría.  Todo paper público en la red debería declarar explícitamente cuáles colegas han revisado el manuscrito durante su existencia.  La información de contacto completa de esos colegas debería ser pública para que cualquiera verificara la veracidad de esa revisión.
  • Un manuscrito sin ninguna revisión no sería naturalmente de confiar y por la misma razón sería equivalente a un manuscrito no publicado.  Aún si todos los colegas se negaran a revisar tu artículo, alguien podría interesarse tanto en él como para ofrecer una revisión que le diera al artículo una existencia mínima.
  • Las citaciones serían más sencillas.  Bastaría el título, autor y la fecha del artículo.  Adicionalmente cada artículo tendría un identificador único, análogo a los URL de las páginas web o las direcciones torrent, que lo distinguiría de otros artículos en el planeta.
  • En un sistema así la información más importante sobre el artículo sería quién lo publico y no quién lo edito o quien hizo la diagramación y cobro la cuenta . Y es que hoy por hoy el nombre del journal aporta posiblemente el 50% del prestigio de un paper, lo que no tiene ningún sentido.
  • El acceso a todos los artículos sería completamente gratuito.  Naturalmente los manuscritos estarían sometidos a algún tipo de licencia (por ejemplo Creative Commons) pero desaparecerían los fastidiosos “paywalls”.
  • La ciencia podría incluso imitar los mecanismos que han hecho a las redes sociales tan poderosas.  Los lectores de los artículos podrían indicar que les gusta el paper aunque no sean revisores.  Los “likes” a un paper podrían ayudar a encontrar ideas atractivas, inspiradoras o ingeniosas, aunque no tuvieran tantas citas.  Es cierto que la ciencia no es de emociones y “likes”, pero lo que propulsa a otros a hacer ciencia son las emociones de modo que esta variable no debería sustraerse.

¿Podría esta utopía hacerse realidad? Difícilmente. Pero por algo se comienza.  Comiencen por ejemplo por dar “like” a esta entrada 😉

Lecturas recomendadas:

Actualizaciones:

  • 19/06/2014.  Edward Villegas me llama la atención en los comentarios que muchas de las ideas (poco originales) de esta entrada ya han sido implementadas en la reconocida “Research Gate”.  ¡Bien por eso!  No lo sabía.  Los invito a todos que empecemos entonces a usar esta herramienta para aprender como empezar a compartir nuestra ciencia sin intermediarios.
  • 20/06/2014.  He pensado en un nombre para este nuevo fenómeno (si es que algún día llega a emerger).  Yo llamaría a los sitios de científicos y grupos que comparten sus trabajos sin intermediarios (y sin abandonar la revisión por pares) los “Yournals”.
  • 20/06/2014.  Nicolás Guarín comenta abajo que los Journals tradicionales tienen ventajas reconocibles: permiten una indexación y preservación adecuada de los manuscritos científicos.  Tiene toda la razón.  En la entrada reconocía también que el modelo tradicional de publicación tiene muchas otras bondades.  Sin embargo es también importante reconocer que modelos de intercambio de información peer-to-peer han terminado por inventar sus propios sistemas (igualmente robustos y confiables) de indexación y preservación.  Nada más piénsese en la web (que es en últimas un sistema de publicación peer-to-peer) o en wikipedia.  Si queremos crear un sistema de “Yournals” deberíamos constituir organizaciones que realizarán esas tareas “sucias”, como acertadamente las llama Nicolás, siempre y cuando, como lo hacen las respectivas organizaciones en el caso de la web y wikipedia, no se conviertan en organizaciones mafiosas que definen que y cómo se publica.  Su función sería únicamente de curaduría de la “metainformación” sobre las publicaciones.

Los límites imaginarios de la vida

Si la física y la astronomía me dejarán algún tiempo no podría trabajar en otra cosa distinta que en biología.  Y es que no hemos conocido hasta ahora en el Universo un fenómeno físico más fantástico, rico y complejo que la vida.  Bueno, hasta ahora.  Entre más avanza nuestra comprensión del Universo, mayor dominio tenemos de sus leyes y mejor nos va manipulándolas de formas creativas, mas nos inclinamos también a pensar que entre la vida que conocemos en nuestro planeta y el orden, por ejemplo, de los átomos en un metal,  podría existir un continuo de complejidad, una infinidad de fenómenos sorprendentes que merecerían ser también celebrados.   De ser así, intentar encasillar a la vida en una categoría separada podría ser un despropósito que nos impediría gozar de ese vasto cosmos de complejidad desconocido.  He aquí un llamado para que dejemos de intentar definir lo indefinible y nos ocupemos, en su lugar, de celebrar la riqueza que esconde un Universo tan vasto en extensión como en posibilidades.

“Definir la vida es como definir la diversión: donde quiera que pongas un límite le estas arruinando la fiesta a alguien
Junio 4 de 2014
http://bit.ly/trino-vida

Captura de pantalla 2014-06-08 a la(s) 17.32.11¿Qué es la vida?  Cuántos sabios, académicos y aprendices se han perdido en esa pregunta.  Cuántas páginas se han escrito tratando de esclarecer las fronteras borrosas entre lo vivo y lo no vivo.  Cuántos libros, cuántos artículos especializados, cuántos seminarios, cursos…

Intentar definir la vida es como tratar de definir que es la diversión o la felicidad.  Las definiciones imponen límites, definen compartimentos (la mayoría de las veces ficticios).   Pero la vida, como la diversión o la felicidad, se resisten a ser encasilladas.  O por lo menos hacerlo es arruinar las posibilidades fantásticas que hay fuera de las fronteras ficticias de los idiomas o la ciencia.

En 2011 ofrecí la que ha sido posiblemente la más corta conferencia de divulgación que me han obligado a dictar.  Se trató de una conferencia en el marco del TEDxMedellín (abajo incluyo el video de la charla).  Cuando empece a pensar en qué podría contarse en esos miserables 12 minutos que la organización del evento me daría, la respuesta no demoró en llegar: tenía que hablar de la vida pero siendo un astrónomo debía hacerlo en un contexto universal.  Debía ser algo “sencillo”, un mensaje directo, fácil de entender.  Nada de explicaciones técnicas, ni de diagramas explicativos, ni historias o personajes.  Algo con el que otras mentes pudieran estar de acuerdo inmediatamente u oponerse vehementemente.

La tesis que presente como mejor pude en esa charla, se venía gestando desde hacía algunos meses en el seno de un grupo fantástico que comparto con unos amigos en Medellín (un grupo de “marihuaneros” como los llame cariñosamente en el video).  Estoy hablando de AMEBA (Asociación de Estudios en Biología y Astrobiología), un club de revistas que fundamos en Medellín en 2009 después de la Segunda Escuela de Posgrado de Astrobiología que tuvo lugar en Montevideo, Uruguay ese mismo año.

Después de leer muchos papers con mis amigos de AMEBA, de escuchar a biólogos y astrobiólogos discutir las ideas más extrañas de sus respectivas disciplinas, la conclusión a la que llegamos no podría ser otra: la vida no tiene fronteras.  En su lugar podría existir más bien un continuo de complejidad en el largo camino que separa a un átomo de la asamblea de las naciones unidas.  A ese paisaje fantástico de la complejidad en el Universo, que en algún rincón incluye a la vida en la Tierra, deberíamos llamarlo la “Complexife”.

A medida que pasan los años y conocemos mejor la vida en la Tierra, pero también a medida descubrimos otros fenómenos fantásticos o inventamos los nuestros propios, la tesis de AMEBA se reafirma en mi cabeza.  Todas las definiciones de vida que he leído son increíblemente razonables y aún así no parecen ser suficientes para dar cabida a la fascinante complejidad que observamos en la naturaleza.

¿Están los virus vivos? ¿llegaremos alguna vez a catalogar a un programa avanzado de computador, como un organismo vivo o inteligente? ¿es el planeta como un todo un organismo vivo? Todas estas preguntas que flotan por ahí cuando hablamos de poner límites a la vida son la mejor demostración que poner fronteras en este caso, contrario a ayudarnos evita que celebremos por anticipado lo que también es fantástico.

Ante este panorama se me ocurre proponer una definición operativa que podría acomodarse mejor al concepto más amplio de la “complexife” que conjeturamos aquí.  Imaginemos que alguien tiene en una caja algo que asegura esta “vivo” o por lo menos que cree no debería considerarse simplemente “muerto”.  Los biologos, sin embargo le han demostrado una y otra vez que lo que hay ahí no cumple ninguna de las definiciones existentes sobre aquello que mejor conocen.  Escéptico, nuestro personaje reúne en una sala a expertos de distintas disciplinas científicas y técnicas, físicos, químicos, matemáticos e ingenieros. La caja finalmente es “abierta” y ante ellos se presenta un fenómeno extraño, nunca antes visto por ninguno de ellos, ni descrito en sus disciplinas.  Estudian el fenómeno por horas, días, años.  Lo analizan desde sus áreas y no logran explicar o “reducir” las propiedades que observan a las propiedades fundamentales de la materia de la que esta hecho.  Todos están extasiados y los que no lo están son simplemente escépticos.  Pero ¿hay reproducción, evolución u homeostasis en la caja?  No necesariamente.  ¿Proteínas, RNA u otras formas complejas de química o materia? tal vez.  Lo que tienen ante sus ojos es un fenómeno complejo completamente nuevo e irreducible a las leyes simples de su disciplina.  No hay duda que lo que tienen delante suyo es una forma de “complexife”, o simplemente de “vida” si se quiere, en esta visión ampliada del concepto.

La Vida o la Complexife sería entonces, según esta definición operativa, cualquier fenómeno que al ser investigado por un grupo diverso de especialistas genera en ellos un sentimiento unánime de asombro.

¿Pero no es esto equivalente admitir que casi todo podría estar vivo o equivalentemente ser una forma de complexife?  Sí y no.  No, en el sentido que no todos lo que vemos en el Universo exhibe propiedades inesperadas o emergentes, propiedades capaces de sorprender a una comunidad suficientemente amplia de expertos.  Las estrellas, por ejemplo, eran un misterio hace 100 años, pero hoy sabemos que todas sus propiedades pueden ser predichas con física relativamente básica.  Ningún físico encontraría a las estrellas extrañas o impredecibles si las investiga lo suficiente.  Las estrellas no están vivas ni son una forma de complexife.  Por otro lado, los virus siguen siendo misteriosamente sorprendentes, aún para los mejores químicos.  Hoy nadie los considera rigurosamente, vivos.

Por otro lado, reconocer los límites borrosos de la vida nos permitiría disfrutar o celebrar fenómenos que de otra manera serían hallazgos simplemente “interesantes”, escalones adicionales en nuestra búsqueda del verdadero santo grial: la vida afuera de nuestro planeta.  Piensen por ejemplo lo que pasaría si penetráramos el oscuro interior de Europa y en lugar de descubrir ballenas jovianas o micro algas extraterrestres, encontráramos un oceano de una complejidad química jamás vista.  Ni una sola célula y en cambio complejos remolinos producidos por el flujo y reflujo del agua salada propulsada por las mareas y la actividad geológica del corazón de la luna.  Unos cuantos expertos lo disfrutarían, se escribirían una miríada de artículos de ciencia, pero las botellas de Champagne se quedarían en el refrigerador y las ganas de descubrir que no “estamos solos” deberían archivarse nuevamente.  ¡Una verdadera lástima!

Como dicen en mi tierra ¡dejémonos de pendejadas! Disfrutemos las sorpresas que el Universo nos da a todas las escalas.  No busquemos más lo que parece pertenecer a una categoría imaginaria cuyas fronteras son cada vez más borrosas.  Gocemos con la creación de máquinas capaces de sostener una conversación.  No temamos llamarlos “organismos vivos”.  Demos a los virus su merecido lugar en el continuo fantástico de la complexife.  No nos neguemos a la posibilidad incluso de descubrir emergencias “biológicas” incluso en escalas inesperadas, una nube de gas interestelar, un cúmulo de galaxias o el Universo en su totalidad.  Todas estas cosas son divertidas y nadie se ha atrevido a definir la diversión.

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