Más allá de la Relatividad

«Un físico es el medio que tienen los átomo de pensar en los átomos», Anónimo.

Vídeo de divulgación donde se explican dos de los descubrimientos que Albert Einstein publicó en el mismo año que su teoría de la relatividad: el movimiento browniano, que proporcionó pruebas de la existencia de los átomos; y el efecto fotoeléctrico, que supuso la explicación más exacta de la naturaleza de la luz, así como el premio Nobel de física para su autor. Realizado por Iván Jiménez

El siglo XX vio como se transformaba súbitamente la visión de la realidad. La física que nos había guiado desde los tiempos de Galileo a Newton dejó de tener sentido. Uno de los principales causantes de esta revolución fue Albert Einstein. Gracias a él se desarrollaron las dos piedras angulares en las que hemos reconstruido nuestra comprensión del Universo y la materia.

Por un lado, la Relatividad supuso un cambio radical en nuestro modo de ver el mundo cuando los objetos se mueven a gran rapidez o tienen una gran masa. Gracias a ella descubrimos que el espacio y el tiempo son curvos e inseparables, que el Universo había tenido un comienzo y que aún se está expandiendo. Pero, por otro lado, Einstein también proyectó el primer rayo de luz sobre una nueva rama de la física: la mecánica cuántica. Un nuevo marco para comprender el comportamiento de los átomos, el mundo de la luz, la electricidad y de todo lo que opera a las escalas más diminutas.

A cambio hemos tenido que pagar un precio muy alto: renunciar a las certezas y dejar la ciencia en manos de la probabilidad. El mundo de lo infinitamente pequeño representa una realidad ajena a nuestra experiencia cotidiana y sentido común. Simplemente no se puede comprender a base de símiles derivados de la experiencia humana. Sin embargo, sin ella no podemos comprender muchas cosas que de otro modo no habríamos podido conocer.

La mecánica cuántica no sólo es fascinante por sus insólitos planteamientos y sus extravagantes leyes, además ha servido para realizar las predicciones más precisas y eficaces de toda la historia de la ciencia. Predijo la posibilidad del láser, que hoy tiene múltiples aplicaciones, desde en ingeniería hasta los lectores de CD; ha ayudado a la optimización de nuevos medicamentos y materiales; o se ha utilizado como base para nuevos microscopios capaces de ver la forma de las propias moléculas.

Paradójicamente, Albert Einstein se negó a aceptar la teoría que él mismo había ayudado a crear y sostuvo, hasta su muerte, que la realidad debía estar acorde con ideas más intuitivas. Aunque siempre se cita su frase “Dios no juega a los dados”, sus palabras auténticas fueron: “parece difícil echarle un vistazo furtivo a las cartas de Dios. Pero que juegue a los dados y utilice métodos telepáticos… es algo que yo no puedo creer ni por un momento”.

Cuántica: la chistera de mago

Este vídeo nace de la necesidad urgente de divulgación hacia la sociedad de este campo del conocimiento ya que, recientemente, ha crecido la popularidad de la física cuántica entre muchas pseudociencias que han encontrado en la complejidad de esta disciplina la jerga y verborrea adecuada para dotar de base científica a sus absurdas pretensiones con el innegable intento de obtener credibilidad.

Nuestra imagen del mundo y de nosotros mismos se ha visto afectada por los descubrimientos científicos. Para algunos seguidores de la Nueva Era, creyentes en ovnis, astrólogos, homeópatas y amantes de las pulseras milagrosas la ciencia les ha arrebatado el misterio esencial de la vida. Pero, en realidad, la ciencia sólo ha ayudado a eliminar algunos mitos producto de la ignorancia. Por suerte, ya han pasado los tiempos en el que las enfermedades eran resultado de maldiciones, o cuando la Tierra era el centro del Universo y los rayos, instrumentos de los dioses.

La ciencia no tiene respuestas a todos las preguntas, pero su realidad está abrumadoramente respaldada por las pruebas experimentales, lo que supone una evidencia muy importante de la existencia de unas leyes que, aún fuera de nuestra experiencia directa, nos sirven para comprender y prever el funcionamiento de la Naturaleza. Esto no significa que las respuestas sean ciertas y que el científico tenga la verdad.  Sea como sea, la ciencia, en su intento de dar solución a las grandes preguntas de la humanidad, nos ha proporcionado un conjunto de nuevos misterios igual de profundos e interesantes. Y eso es lo verdaderamente estimulante del conocimiento científico.

Cuando existen preguntas que la ciencia no puede responder pasan a formar parte del dominio de las creencias y las religiones. Estas son perfectamente respetables y forman parte de la propia naturaleza humana, pero todavía ninguna forma de fe ha sido suficiente para demostrar algún milagro, al menos que, como decía David Hume “el testimonio sea de tal categoría que su falsedad sea más milagrosa que los hechos que se propone establecer”. O lo que es lo miso, como simplificó el excelente divulgador Carl Sagan, “las afirmaciones extraordinarias precisan pruebas extraordinarias”.

Para finalizar, no está de más compartir el legítimo consejo de Bertrand Russell: “No es conveniente creer una proposición cuando no hay base alguna que sugiera que es cierta”. Espero que el vídeo trasmita al espectador algún ejemplo de lo fascinante y sorprendente que puede ser la ciencia.

Ver también:

«Viaje a la Relatividad» (Vídeo sobre la teoría especial y general de la Relatividad)

Matemáticas en el pentagrama

El astrónomo Johannes Kepler formuló las leyes del movimiento planetario basándose en la idea de una armonía musical del Cosmos

No se puede ver ni palpar, sin embargo, se siente. La música es una de las manifestaciones artísticas más universales y, a la vez, una de los rasgos más singulares, junto con el habla, del ser humano. Pero el lenguaje musical tiene, también, mucho en común con otro lenguaje que la inteligencia ha inventado para describir la realidad: la ciencia. La música es racionalidad y es una actividad poética y creadora, la unión entre el sonido organizado y la transmisión de emociones. La metáfora perfecta del pensamiento humano.

La ciencia habla de espectros, frecuencias, resonancias, vibraciones y análisis armónico. No es una simple coincidencia, no hay música sin física. El sonido es un fenómeno físico originado por la vibración de los cuerpos y que se trasmite por ondas. A diferencia del ruido, el efecto estético de un sonido depende de la relación lógica y pautada de sus vibraciones. Es decir, que en el fenómeno musical existe una esencia matemática. Y si consideramos la música como una sensación auditiva cuyo propósito es invocar emociones, disciplinas como la fisiología, la psicología, la bioquímica y las neurociencias tienen mucho que decir.

A los griegos da gusto oírles
La correspondencia entre la música y la ciencia se conoce desde hace mucho tiempo.  Probablemente, hacia el siglo VI a.C., en Mesopotamia ya advirtieran las relaciones numéricas entre longitudes de cuerdas. Pero fue en la Grecia antigua cuando se trazaron las diferentes escaleras armónicas basadas en las proporciones numéricas. Para los pitagóricos el Universo era armonía y número. Las notas musicales se correspondían con los cuerpos celestes. Los planetas emitían tonos según las proporciones aritméticas de sus órbitas alrededor de la Tierra. Y los sonidos de cada esfera se combinaban produciendo una sincronía sonora: la “música de las esferas”.

Esta armonía celestial fue descrita por muchos pensadores como Platón, que en La República, relata el mito de Er, un guerrero que en su muerte temporal ve el Universo y describe las órbitas de los planetas. “Encima de cada uno de los círculos iba una Sirena que daba también vueltas y lanzaba una voz siempre del mismo tono; y de todas las voces, que eran ocho, se formaba un acorde”. También Cicerón, en El Sueño de Escipión, explica el fenómeno: “Es el sonido que se produce por el impulso y movimiento de las órbitas, compuesto de intervalos desiguales, pero armonizados (…) Porque tan grandes movimientos no podrían causarse con silencio, y hace la naturaleza que los extremos suenen, unos, graves, y otros, agudos”.

Un Sistema Solar polifónico
La tradición que consideraba al Universo como un gran instrumento musical se prolongará durante la Edad Media y hasta el siglo XVII, cuando aparece la figura de Johannes Kepler. El astrónomo alemán intentó comprender las leyes del movimiento planetario y consideró que éstas debían cumplir las leyes pitagóricas de la armonía. En su libro Harmonices Mundi (1619) ilustra el orden del Universo según los sonidos producidos por las velocidades angulares de cada planeta. Cuanto más rápido era el movimiento, más agudo era el sonido que emitía.

Asumida esta creencia, Kepler escribió seis melodías, cada una correspondiente a un planeta diferente, e instó a los músicos de su época a asimilar su descubrimiento. Escribió: “el movimiento celeste no es otra cosa que una continua canción para varias voces, para ser percibida por el intelecto, no por el oído; una música que, a través de sus discordantes tensiones, a través de sus síncopas y cadencias, progresa hacia cierta predesignada cadencia para seis voces y, mientras tanto, deja sus marcas en el inmensurable flujo del tiempo”.

El Sol lleva la batuta
Las primeras evidencias de música originada en un cuerpo celeste, tal como habían imaginado los pitagóricos primero y Kepler más tarde, no se encontraron hasta hace varias décadas. Las estrellas no emiten melodías armoniosas, pero sí que están sometidas a perturbaciones que provocan una respuesta en forma de ondas. No podemos escuchar el sonido emitido por una estrella, ya que las ondas de sonido necesitan un medio por el que propagarse y el Universo está prácticamente vacío, pero sí podemos observar cómo vibra. Y éste es el ámbito de estudio de la sismología solar, un campo de la astrofísica que desde 1979 investiga en detalle la estructura interna invisible del Sol.

Como un complejo instrumento musical, nuestro astro oscila creando tipos de ondas (modos propios de oscilación) que se propagan por su interior y se reflejan en la superficie deformándola ligeramente, del mismo modo que las olas del mar. Observando esta alteración se pueden descubrir las frecuencias de las ondas que irradian desde su núcleo y deducir, al igual que en una ecografía, las características físicas y los movimientos que se prolongan en el interior. Que nuestro astro tenga ritmo no es una cualidad única, sino que cada estrella, como cada instrumento musical, posee su propio sonido.

El Sol es, también, la repuesta a uno los misterios que la ciencia llevaba años persiguiendo: el excelso sonido del violín Stradivarius. La última teoría sostiene que el secreto está en el “Mínimo de Maunder”, un periodo de escasa actividad solar que entre los siglos XVII y XVIII, cuando se elaboraron los citados violines, provocó un acusado cambio climático. La temperatura en Europa descendió, en lo que se llamó la “Pequeña Edad de Hielo”, causando un lento crecimiento en los árboles y dotando a la madera de unas singulares cualidades sonoras.

Los números dan la nota
Para Leibniz, «la música es un ejercicio de aritmética secreta y el que se entrega a ella ignora que maneja números». Y Bertrand Russell consideraba que «el matemático puro, como el músico, es creador libre de su mundo de belleza ordenada”. Descartes (Compendio musical), Galileo (Discurso), Mersenne (Armonía Universal), D’Alembert (la solución de la ecuación de ondas) y Euler (Nueva teoría musical), son algunos de los matemáticos que se han preocupado por la elaboración de teorías musicales. Si bien, también se conocen muchos compositores que han aplicado a sus creaciones principios de lógica y probabilidad matemática, como Debussy, Boulez, Messiaen, Varese, Stockhausen o Xenakis, precursores de la música electrónica actual.

Pero la música no solamente ha seducido a los matemáticos. Científicos de muchas disciplinas han recogido sus teorías en composiciones musicales. Como Clark Maxwell, descubridor de la existencia de las ondas electromagnéticas, que compuso una canción titulada “Rigid Body Sings” para explicar de forma cómica la ley de colisión entre los cuerpos rígidos, o el físico Georges Gamow, que en uno de sus libros sobre su simpático personaje de ficción Mr. Tompkins incluyó tres arias para ser cantadas por tres eminentes cosmólogos, Abbé George Lemaître, Fred Hoyle y él mismo, que explicaban diferentes teorías de la creación del Universo.

Con la música a otra parte
Pocos estímulos despiertan una reacción tan emotiva como la música. Esto se debe a que, como cualquier creación del ser humano, es fruto del cerebro. En contra de la creencia popular, emoción y razón están relacionadas. Por ello, han prosperado nuevos campos de estudio, en especial, desde las neurociencias, que analizan la conexión entre el sonido, la emoción y el pensamiento. Y aunque hace 20 años pocos creían que pudiera aportar nada, actualmente es un ámbito de gran interés académico y múltiples aplicaciones, sobre todo, terapéuticas.

Hoy sabemos, que la música y el lenguaje tienen un origen común, ya que a nivel neurológico han evolucionado juntas en los últimos dos millones de años. También conocemos que la música estimula la zona del cerebro que registra el placer, un mecanismo básico para la supervivencia. Y que no todos escuchamos del mismo modo: gracias a imágenes obtenidas por Resonancia Magnética Funcional, se ha observado que la actividad cerebral en un músico es diferente de la de una persona sin formación musical.

Resumiendo, la música es el arte de combinar sonidos armónicamente con el propósito de producir sensaciones. Pero la armonía no es sólo un elemento esencial de la música, sino que ha sido invocada frecuentemente por la ciencia para describir y comprender el mundo. Muchos científicos han confiado en la armonía del Universo y algunos músicos han utilizado la lógica y el cálculo en sus creaciones. La música integra con la ciencia un campo general del pensamiento que nos distingue como humanos. Preguntarnos por ella, es preguntarnos por nosotros mismos.

Artículo publicado en el diario «La Opinión de Tenerife». (Versión pdf.)

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