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El átomo y Demócrito


Podemos elegir ser libres, sean cuales sean las circunstancias de nuestra vida.
Edith Eger (Sobreviviente del Holocausto en Auschwitz)

"Podemos elegir ser libres, sean cuales sean las circunstancias de nuestra vida".

Fuente: Emol.com - http://www.emol.com/noticias/Espectaculos/2018/05/05/904980/Ranking-de-libros-Las-memorias-de-una-sobreviviente-del-Holocausto-conmueven-a-los-lectores-chilenos.html

Proemio

Considero que el destacado Filósofo Demócrito fue uno de los Grandes Iniciados que la Humanidad ha tenido. Nacido en Abdera, Tracia de la actual Grecia, hacia el año 460 Antes de Cristo. De noble familia fue Iniciado por tres Magos de Oriente, predecesores de los Tres Magos de Belén. Viajó a Egipto en donde traspuso los Portales de los Templos Iniciáticos para continuar su ciclo de Iniciaciones por Etiopía, India y Persia. Me surge una duda: ¿Ese saber iniciático recibido era solo humano o más bien Revelado desde un plano superior de Conciencia?

Síntesis de la Filosofía de Demócrito tomada de sus frases:

A quienes tienen un modo de ser bien ordenado, la vida les resulta asimismo ordenada.
Aunque estés solo, no debes decir ni hacer nada malo. Aprende a avergonzarte más ante ti que ante los demás.
Aunque será evidente que conocer lo que es cada cosa en realidad es imposible.
El deseo de algo más echa a perder lo que se tiene, con el mismo resultado que el perro de Esopo.
El hombre es un mundo en miniatura.
El hombre no es infeliz mientras no es injusto.
El que a nadie ama, me parece que por nadie es amado.
El que todo lo aplaza no dejará nada concluido ni perfecto.
En realidad, no sabemos nada, porque la verdad está en el interior.
Es arrogancia hablar de todo y no querer oír nada.
Hay hombres que trabajan como si fueran a vivir eternamente.

La experiencia por la cual la ontología, desde su disposición parmenídea, se convierte en el pórtico de un templo en ruinas, es la siguiente: aquello que se presenta es esencialmente múltiple, aquello que se presenta es esencialmente uno.
La medicina sana las enfermedades del cuerpo, más la sabiduría libera al alma de padecimientos.
La felicidad no está en las posesiones ni en el oro, ella vive en el alma.
La naturaleza se basta a sí misma; por esto vence con lo menos y con lo seguro.

La verdadera hermosura y la gala mas preciosa de la mujer es el hablar escaso.
Las riquezas no consisten tanto en la posesión de los bienes como en el uso que de ellos se hace.
La vida es un tránsito; el mundo es una sala de espectáculos; el hombre entra en ella, mira y sale.
Lo adecuado es ceder ante la ley, ante el gobernante y ante el más sabio.
Los jóvenes son como las plantas: por los primeros frutos se ve lo que podemos esperar para el porvenir.
Los miserables que acceden a los cargos, cuanto más indignos son al llegar a ellos tanto más ociosos se hacen y más se llenan de insensatez y de engreimiento.
Luchar contra el deseo es duro, pero vencerlo es propio de un hombre sensato.
Nada existe excepto átomos y espacio vacío; todo lo demás son opiniones.
Que no comprendemos cómo es o cómo no es en realidad cada cosa ha quedado demostrado de múltiples maneras.
Quien se halla enteramente dominado por la riqueza nunca podría ser justo.
Sabio no es quien se lamenta de lo que falta y es feliz con lo que tiene.
Salud piden los hombres a los dioses en sus oraciones, pero no se percatan de que tienen en sí mismos control sobre ella y en que, como hacen por su desenfreno lo contrario de lo debido, se convierten en traidores de su salud por sus propios apetitos.
Se debe ser veraz, no charlatán.
Si se sobrepasa la medida, lo más agradable se torna en lo más desagradable.
Toda la tierra está al alcance del sabio, ya que la patria de un alma elevada es el universo.
Todas las cosas suceden por necesidad, porque la causa del nacimiento de todo es el remolino de los átomos.
Todo está perdido cuando los malos sirven de ejemplo y los buenos de mofa.
Una foca inmóvil oculta un enjambre de corpúsculos incesantes.

Síntesis de la Física Atómica de Demócrito tomada de sus frases:

El átomo, parte indivisible y eterna, que se mantiene en constante movimiento, es el elemento primario, el principio de todas las cosas. Mientras tanto, todo el universo se compone de dos elementos básicos: el vacío (vacuidad o no ser) y átomos el resto es cuestión de opinión. Estos átomos, son eternos e indestructibles y se diferencian solamente por sus dimensiones, estructura y desplazamiento.
La existencia es en la realidad de la materia y el espacio. Este espacio no significa la nada sino que implica algo imprescindible para hacer posible el desplazamiento de los objetos.
El movimiento, el desplazamiento de estas unidades indivisibles es permanente como las mismas cosas y ese movimiento es natural.
Cuando un cuerpo muere se desintegra pero los átomos sobreviven y se reorganizan de otro modo.
Si tomas una piedra y la cortas por la mitad, cada mitad tiene las mismas propiedades que la piedra original. Si seguís cortando la piedra en trozos cada vez más pequeños, llegarás a un punto tan pequeño que ya no se podría dividir. Estos fragmentos infinitesimalmente pequeños de materia son átomos, que significa “indivisible”. Los átomos son eternos y no pueden ser destruidos. 
El universo entero está compuesto por un espacio ilimitado en el que existen innumerables átomos. El espacio no tiene límites, no tiene ni un arriba ni un abajo, no tiene un centro ni frontera. Los átomos no tienen cualidades, aparte de su forma. No tienen peso, ni color, ni gusto. El calor, el frío y el color son opiniones: en realidad sólo existen los átomos, y el vacío.
“El universo entero está compuesto por un espacio ilimitado en el que existen innumerables átomos. El espacio no tiene límites, no tiene ni un arriba ni un abajo, no tiene un centro ni frontera. Los átomos no tienen cualidades, aparte de su forma. No tienen peso, ni color, ni gusto. El calor, el frío y el color son opiniones: en realidad sólo existen los átomos, y el vacío”
“Los átomos son indivisibles, son los granos elementales de la vida, que no pueden subdividirse más, y todo se hace de ellos. Se mueven libremente en el espacio, chocando entre sí”.
El ser está formado por infinitos átomos que se mueven en el vacío. Los átomos son neutros, eternos e imperceptibles por los sentidos. Se distinguen por su posición, orden y forma cóncava o convexa.
El alma está formada también por átomos, y ésta recibe los estímulos del exterior, pero como los átomos son neutros, es el alma quien interpreta subjetivamente los colores, gustos, etc. Esto lo lleva a ser escéptico en cuanto al conocimiento, es decir, que no podemos conocer la realidad tal y como es.

Demócrito resumía su Cosmovisión en tres puntos:
- Los átomos son indivisibles, homogéneos y eternos.
- La diferencia entre los átomos estriba únicamente en forma y tamaño, pero no en sus cualidades internas.
- Las propiedades de la materia cambian según la agrupación de los átomos.

Desarrollo

7 aportes fundamentales de Demócrito a la filosofía y la ciencia
1- La escuela del atomismo
Uno de los aportes más relevantes de Demócrito fue la creación de la escuela filosófica del atomismo. Esta línea de pensamiento surgió en respuesta a lo planteado por Parménides, quien afirmó que la materia es inmutable y eterna y que los cambios que observan nuestros sentidos son errores de percepción.
En este sentido, Demócrito y Leucipo señalaron que existían, de hecho, ciertos materiales inmutables, los cuales se combinaban en distintas formas para dar lugar a los cambios que observamos en la materia. Estos “materiales inmutables” fueron denominados “átomos” (que quiere decir “indivisible” en griego).
De acuerdo con la escuela atomista, los átomos son partículas minúsculas, sólidas, que varían en tamaño, masa y forma y que se mueven en el vacío repeliéndose. Cuando chocan entre sí, forman conglomerados que dan origen a otros materiales más complejos.
Esto quiere decir que los objetos macroscópicos que observamos a diario son en realidad cúmulos de pequeños átomos.
La teoría de Demócrito sobre los átomos era correcta en muchos aspectos, pero fue rechazada por los filósofos. Sin embargo, influyó en el desarrollo de la teoría atómica de Dalton.
2- Teoría de la percepción
La teoría de la percepción de Demócrito está estrechamente relacionada con la escuela del atomismo. Este filósofo señalaba que las imágenes (eidôla) eran en realidad capas de átomos.
Estas películas de átomos se encogen y se expanden. Solo aquellas que se encojan lo suficiente son capaces de entrar en el ojo humano.
En este sentido, son los cambios producidos en las películas de átomos los que nos permiten percibir la realidad. Asimismo, las propiedades visibles de los objetos macroscópicos (como el tamaño y la forma) son producto de dichas películas.
La teoría de la percepción de Demócrito incluye también otros sentidos. Por ejemplo, con respecto al gusto, el filósofo señaló que los distintos sabores eran producidos por las formas de los átomos: algunos son suaves y generan sensaciones dulces, mientras que otros son ásperos y amargos.
De esto, se observa que este filósofo griego aseveraba que características como el sabor y el color no eran propiedades de los átomos, lo que luego se probó incorrecto. A pesar de esto, su teoría fue de provecho para la ciencia.
3- El conocimiento
En materia de epistemología, Demócrito distinguió dos tipos de conocimiento: el conocimiento bastardo y el conocimiento legítimo. El conocimiento bastardo es aquel subjetivo e insuficiente, que se obtiene a través de la percepción sensorial.  Por su parte, el conocimiento legítimo es el conocimiento genuino, el cual se obtiene a través del procesamiento del conocimiento bastardo, empleando un razonamiento inductivo.
4- La antropología
A pesar de que no existe evidencia contundente, algunos historiadores señalan que es posible que Demócrito haya sido el creador de la teoría sobre el desarrollo histórico de las comunidades humanas.
Esta suposición se hace tomando en cuenta la información obtenida a través de fuentes secundarias, según la cual Demócrito demostró interés por el estudio del origen de las sociedades humanas, sus instituciones y su cultura. Esto quiere decir que este estudioso griego pudo haber sido uno de los primeros antropólogos.
5- “El bien supremo”
En materia de ética, Demócrito siguió una filosofía semejante al hedonismo, tanto que podría ser considerada la predecesora de este.
Fue uno de los primeros filósofos en plantear la existencia de un “bien supremo” o meta, al que llamó “buen humor” o “alegría”.
Este buen humor se relacionaba directamente con la capacidad del ser humano de disfrutar la vida sin tener que preocuparse por los problemas que lo rodeen.
Asimismo, señaló que este estado de bienestar se lograba a través de la búsqueda moderada de placeres, distinguiendo dos tipos: los placeres útiles y los dañinos, siendo los útiles los que generaban alegría.
A Demócrito se le atribuye la frase “el hombre valiente es aquel que vence no solo a sus enemigos sino a sus placeres”.
6- Matemáticas y geometría
Demócrito fue uno de los pioneros en matemáticas y geometría. De hecho, escribió tratados sobre los números, las figuras, las tangentes, los números irracionales, entre otros. Sin embargo, en nuestros días no existen copias de estos tratados y se sabe de ellos solo gracias a fuentes secundarias.
De igual modo, se sabe que Demócrito fue el primero en observar que el volumen de un cono es igual al tercio del volumen de un cilindro que tenga la misma base y la misma altura del cono en cuestión.
7- Astronomía
Demócrito fue también el primer filósofo en darse cuenta de que el cuerpo celestial que conocemos como la Vía Láctea estaba formado por la luz de miles de estrellas distantes. Asimismo, fue uno de los primeros en plantear que el universo estaba lleno de planetas, alguno de los cuales estaban deshabitados. 
Obra de Demócrito
La obra de Demócrito fue desconocida en Atenas. Se cree que Aristóteles fue el primero en estudiarla y comentarla de manera extensa. Se cree que la razón por la que su obra no fue tan famosa como la de otros filósofos se debe a que a él mismo no le interesaba ser famoso.
Posterior a su muerte, el historiador griego Diógenes Laercio hablaría sobre la existencia de múltiples escritos dejados por Demócrito. Estos escritos incluirían más de 70 textos y tratados sobre matemática, ética, física, técnica y música.
Entre sus obras más famosas se destacan el “Gran Diacosmos”, y varias compilaciones de fragmentos de sus pensamientos, como lo son las de Leszl, Diels-Kranz y Luria.
Por el contenido de su obra, Demócrito es considerado uno de los primeros autores enciclopédicos de la historia.
También es importante agregar que, su obra influenció la obra tanto de pensadores griegos como Aristóteles y Teofrasto, y algunos autores renacentistas como Giordano Bruno.
Gracias al postulado de su teoría atómica, a Demócrito se le considera uno de los principales autores del iluminismo renacentista y el padre de la ciencia moderna.
https://www.lifeder.com/aportaciones-de-democrito/


-I-
¿Vivimos en un mundo (ir)real? Los misterios de la física cuántica
La física cuántica tiene su miga. Logra sorprendernos a los profanos en la materia con declaraciones tan sorprendentes como que, por el misterio de la “superposición cuántica” (tal y como se denomina técnicamente) una partícula puede estar y no estar al mismo tiempo, ser “y” no ser para dejar a Hamlet tiritando.
Pero ¿qué nos está queriendo decir la Naturaleza con la superposición de las partículas y su “colapso”?. Vayamos al principio: en el mundo micro, cualquier manifestación que ocurra es imprecisa, “indeterminista” (el famoso principio de Heisenberg) Es decir, una partícula es una posibilidad, una probabilidad de existir, puesto que únicamente cuando se la observa es cuando se materializa con unas propiedades definidas. Mientras tanto, esas partículas no están en ningún sitio, son “potencialidades” (¡que se lo digan al gato de Schrödinger!), no son reales. En resumen: una partícula puede estar y no estar a la vez y sólo cuando la observamos (técnicamente: cuando se produce el colapso de la medición, según Copenhague) existirá. Primera conclusión, no hay realidad física hasta la observación de las partículas.
Volvamos de nuevo a la pregunta: en la medida en que, al mirar las partículas, éstas adquieren unas propiedades concretas y específicas (de entre las infinitas hipótesis anteriores a esa observación) que les otorgan nacimiento físico, surgen los siguientes interrogantes: primero, ¿qué provoca o fuerza a la Naturaleza escoger una opción de entre todas las imaginables? Segundo, ¿qué nos está queriendo decir la Naturaleza al permitir estas leyes (y no otras)? Y tercero: si las leyes de la física cuántica funcionan con perfección casi milimétrica ¿esto significa que el mundo macro –el que nos rodea- no es real?
Si bien se ha dado una respuesta (que, por cierto, no a todos los científicos deja muy tranquilos), hay otras que, a día de hoy, ningún físico ha podido resolver, lo que no deja de ser interesante. De hecho, los científicos prefieren olvidarse de dar contestación porque les aboca a una espiral sobre la que nadie ha dado respuesta aún… Nos adentramos sin remisión al mundo de la metafísica o, más bien, de la filosofía.
A la tercera pregunta de las planteadas (que sí parece que tiene una réplica consistente, luego lo veremos), aflora la inmediatamente siguiente: si hay muchas posibilidades de manifestaciones de las partículas que conviven (sin existir) hasta que se miran, ¿no es probable que aquellas potencialidades descartadas por la Naturaleza tras la observación sobrevivan en otros mundos paralelos?. Pues de momento no está demostrado que esto no ocurra, por lo que el tema queda abierto a la especulación o investigación. Anaximandro y Demócrito ya lo apuntaban con su teoría de los universos sucesivos. Sugerente este escenario que nos aboca a otro planteamiento teórico: nuestra percepción del macro-mundo es, entonces, incorrecta ya que dejamos por el camino el resto de posibilidades de partículas de las que aquél se compone, siendo la realidad que advertimos a diario una de tantas otras posibles.
Como digo, la tercera pregunta tiene respuesta: la teoría de la “decoherencia” sobre los objetos grandes (recordemos que tal objeto no deja de ser un conjunto de millones de partículas que lo forman, por lo que en principio la superposición también sería aplicable). Resumidamente, viene a decir que cuando éstos entran en contacto con los agentes circundantes (aire, humedad, temperatura, la luz misma), dejan de perder las propiedades porque entran en observación. ¡Son tremendamente sensibles a estos elementos!
Sin embargo, para el primero y segundo interrogantes, el asunto no tiene una solución inequívoca. De hecho, pretender explicarlas ha llevado a los científicos a una espirar sin final aparente. Por eso, como digo, hoy por hoy evitan la pregunta, aceptando que no tiene solución. Y es que continúa siendo el nudo gordiano de la medición cuántica que les trae locos: discernir el motivo por el cual en un momento determinado se obtiene un resultado específico. Así, el debate filosófico está servido entre realismo (los objetos existen independientemente de nuestra observación) y antirrealismo (el puro acto de medición es el constitutivo del fenómeno u objeto). Personalmente, me inclino por la segunda hipótesis por su mayor atractivo: en ella el observador adquiere un rol relevante. Su relativismo deja abierto el campo de la dialéctica.
Cuarta y última: en la medida en que “aparte de átomos y espacio vacío, nada existe; lo demás es opinión” (Demócrito) ¿cuáles fueron, entonces, las razones y causas de la creación? ¿Cuál el propósito del Big Bang (el suceso)? Me temo que nos queda fundamentarlo recurriendo a la Razón Pura, al Artífice (de Russell) o al Creador. Tanto los atomistas griegos, como los matemáticos del S.VII o los científicos y nobeles actuales llegan a la misma respuesta cuando aterrizan en este punto en sus discusiones. Eso sí, al Artífice se le deja sin razón (¿quién creó al creador?)… hasta aquí hemos podido llegar!
Se me antoja algo descabellado: quizá lo que ocurre es inasequible para el hombre corriente del s. XXI. Con nuestros cinco sentidos intentamos desvelar las claves de un mundo que nos desborda porque, con nuestra naturaleza y fisonomía actuales, no estamos preparados para descifrarlos. Necesitamos un ser humano evolucionado (o robots, transhumanos, ¿?) y, quizás en ese momento, sí estemos acondicionados para abordar estos mensajes y descubrir los misterios del origen del Universo. De hecho, recordemos que antes del Big Bang no había tiempo, ni espacio, ni luz, ni sonido, sólo calor, mucho calor, y densidad, mucha densidad, tampoco átomos, ni estrellas, ni vida…. Somos el producto complejo de la evolución paulatina del universo. Por ello, es de esperar que en un porvenir la naturaleza del hombre haya progresado de tal manera que sí pueda despejar las dudas (“conocer el pensamiento de Dios”, según Lederman) que ahora somos incapaces de saldar.
En cualquier caso, no deja de ser paradójico que necesitemos aparatos enrevesadísimos y mentes clarividentes para explicar la sencillez primigenia existente en el Big Bang. Y dos, que sigamos con la disyuntiva (absolutamente atrayente) sobre el mejor método para la interpretación de la realidad: un pluralismo o un monismo cognoscitivo, es decir, si elegimos que a priori sólo hay un irrefutable tipo de conocimiento válido (el científico), o bien, si optamos por considerar (pluralismo cognoscitivo) que además del conocimiento científico también es admisible otro tipo de conocimiento: el metafísico (más amplio y no condicionado por la objetivación científica).
Para finalizar, no me resisto a recoger aquí las bellas palabras de L. Lederman y D. Teresi (“La partícula divina”, ed. Booket), pues hablar del origen de todo “es un cuento acerca del universo, y por desgracia no hay datos del Principio Mismo. Ninguno, cero. Nada sabemos del universo antes de que llegase a la madura edad de una mil millonésima de una billonésima de segundo, es decir, nada hasta que hubo pasado cierto tiempo cortísimo tras la creación en el big bang. (…) Estamos en el reino de la filosofía. Sólo Dios sabe qué pasó en el Principio Mismo (y hasta ahora no se le ha escapado nada).”
http://replicantelegal.com/vivimos-en-un-mundo-irreal-los-misterios-de-la-fisica-cuantica/


-II-
Max Planck y las bases filosóficas de la Atomística
Uno de los científicos más reconocimos del siglo XX es sin duda Max Planck. Nace en Kiel, Alemania en el año de 1858. Sus estudios los llevó a cabo en la ciudad de Munich. A los 17 años dio inició a sus estudios de Física, y en 1879, con tan sólo 21 años presentó su tesis doctoral sobre El segundo principio de la Termodinámica. Con este trabajo es nombrado profesor de la Universidad de Munich, y diez años después es nombrado catedrático de ésta. Su mayor aportación se da en el año de 1900 cuando postula la Teoría de la Física Cuántica, la cual le da renombre a nivel mundial y el premio Nobel de Física en el año de 1918. Max Planck muere en Gotinga, Alemania en 1947. Este trabajo se basa en una conferencia que se impartió el 25 de abril de 1958 en la Institución de la Sociedad de Físicos Alemanes con el motivo del primer centenario del nacimiento de Planck, la cual lleva por título Max Planck y las bases filosóficas de la atomística.
Dicha conferencia inicia hablando sobre las consecuencias filosóficas a raíz del descubrimiento de Planck, y se pregunta ¿puede tener relación un descubrimiento dentro de las ciencias naturales con los problemas filosóficos? La respuesta es que sólo será posible si la relación de dicho descubrimiento puede plantearse o puede resolver problemas de tipo general, donde el alcance no se limite exclusivamente a una rama de las ciencias naturales, sino a métodos científicos en general. El deber de las ciencias naturales “es sacar el mayor partido de los hechos nuevos, así como de las preguntas nuevas o antiguas” con el fin de ser útil para la humanidad.

La pregunta con la cual inicia dice así: ¿Qué significado puede tener la fórmula de Planck para la filosofía? La respuesta gira alrededor del descubrimiento de Planck, es decir, la Teoría de la Física Cuántica. Planck se volvió a plantear la misma pregunta que hace más de dos mil años los filósofos griegos habían discutido sobre ¿cuál es la partícula más pequeña de materia? Parménides sitúa la polaridad ser-no ser; Demócrito habla de lleno-vacío, es decir, los átomos y el espacio vacío. Para Demócrito “lo existente es lo que siempre existe y es eterno por ser la parte más pequeña de la materia, y por tanto inmutable e infraccionable”. A partir de aquí no se volvieron a hacer preguntas en cuanto a los átomos, porque no había nada más que decir.

Otro filósofo que habló de los átomos fue Platón, el cual tomó los cuatro elementos de la naturaleza: tierra, agua, aire y fuego, y les atribuyó cuatro clases de partículas, las cuales son imágenes fundamentales, es decir, matemáticas. La parte más pequeña del elemento tierra es un hexaedro; del agua un icosaedro; del aire un octaedro y del fuego un tetraedro, las cuales no son indivisibles porque se pueden descomponer en triángulos y ser reconstruidas mediante triángulos, es decir, que los triángulos no son materia sino formas matemáticas. Para Platón, la partícula elemental no es lo existente, inmutable e infraccionable, es decir, la materia como lo pensaba Demócrito, sino más bien “la forma matemática, la idea, la imagen”. A partir de esto, la lucha entre el materialismo y el idealismo ha estado presente a lo largo de la historia de la filosofía.

Esta forma de ver al átomo perduró por muchos siglos, hasta que el descubrimiento de Planck le dio un giro radicalmente, porque miró que “el rasgo de inconstancia en el suceder natural que se manifiesta independientemente en la existencia del átomo y en la radiación del calor, es consecuencia de una ley natural, es decir, universal”. Con esto, el pensamiento de Platón regresa a las ciencias naturales, el cual atribuye a la estructura del átomo una ley matemática, con la cual la filosofía nuevamente se hace presente en relación con las ciencias naturales.

Tanto la Teoría Cuántica como la de la Relatividad han modificado nuestra imagen del mundo, “porque han demostrado que las representaciones intuitivas con las que aceptamos las cosas de la experiencia cotidiana tienen validez para un campo muy limitado de la experiencia, porque no pertenecen a los conceptos inmutables de las ciencias de la naturaleza”. El descubrimiento de Planck ha demostrado que la estructura atómica de la materia se puede concebir como imágenes matemáticas insertas en las leyes naturales.

Con el paso del tiempo se ha demostrado que un átomo está compuesto de protones, neutrones y electrones, y la pregunta que surge es ¿si éstos son indivisibles o están formados por otras partículas más pequeñas? La respuesta es que son divisibles, se rompen en trozos, pero tales pedazos no son ni más pequeños ni más ligeros que los originarios, o sea, que mantienen su misma forma que al principio, por lo tanto, éstos sí son las partículas más pequeñas que existen. Desde luego, éstas partículas se pueden considerar como las consideraba Platón, “no tienen materia, sino que son las únicas formas posibles de la materia”, es decir, formas matemáticas.

La teoría de la materia es similar a la de Platón, en cuanto a que ésta postula la simetría matemática como la partícula más pequeña de la cual están constituidas todas las cosas, pero ya no puede ser expresada a través de figuras o imágenes como era en la época de Platón, sino a través de ecuaciones. Todo indica que ya se vislumbra la meta a la cual quería llegar Planck, a “comprender la estructura atómica de la materia gracias a las sencillas propiedades de la simetría matemática”, es decir, que no sólo se enfoque a una rama de la física, sino al mundo en su totalidad.
http://textosfil.blogspot.cl/2011/01/max-planck-y-las-bases-filosoficas-de.html


-III-
De la Teoría Atómica a la Física Cuántica
Profesor Ihosvany Seguí Coto Física, Anglo American High School
La teoría atomista de Demócrito vino a fundamentar una realidad compuesta por átomos, pero pasaron muchos siglos para que la comunidad científica la aceptara como válida. A finales del siglo XVIII, Joseph Proust (1754-1826), estableció la ley de las proporciones constantes que vino a confirmar la existencia de los átomos a partir de la idea de que, en muestras distintas de una misma sustancia, existen proporciones iguales de los elementos que la componen. La teoría atomista evolucionó con William Prout (1785-1850) al desarrollar una hipótesis sobre la existencia de partículas subatómicas. La teoría de los isótopos vino a consolidar la función del núcleo atómico en el aporte de neutrones y protones, y la carencia de neutrones en dicho núcleo, el tipo de isótopo. El descubrimiento del electrón, en 1897, por J.J. Thomson (1856-1940), vino a consolidar el papel del átomo en la explicación de la realidad. Este descubrimiento se produjo como consecuencia de otros descubrimientos como los rayos X o rayos Roentgen, en honor a su descubridor Wilhem Roentgen en 1895, y la radiactividad por Henri Becquerel en 1896. “El mecanismo de mutación y selección opera también sobre teorías”. La teoría de los cuatro humores combinada con la de los cuatro elementos fue la base de los estudios de medicina en México y España hasta el siglo XIX, pero ambas sucumbieron ante la avalancha de teorías y descubrimientos científicos que se sucedieron en la Edad Moderna y que tuvieron su base en el Renacimiento. El estudio de las rocas, los fósiles, el suelo, los metales y los minerales sustituyeron poco a poco la teoría de los cuatro elementos. El desarrollo de la Química y la Geología, los estudios realizados por Newton en el campo de la Gravitación universal, Maxwell en el electromagnetismo y Wallace y Darwin en la evolución orgánica, contribuyeron decisivamente a la sustitución de esta teoría. Rudolf Ludwig Carl Virchow (1821-1902) contribuyó a la sustitución de la teoría de los humores desarrollada por Hipócrates, con el principio de “que no existe generación de seres vivos a partir de materia inerte”. En 1864, Louis Pasteur (1822-1895) demostró experimentalmente las afirmaciones de Virchow. La naturaleza de la luz es un debate que llega hasta nuestros días.
Con el experimento de Michelson y Morley en 1887, se comienza a “enterrar” otro de los términos, el éter. Lo que parecía un fracaso en un principio, porque estos dos científicos nunca pudieron medir la velocidad del éter, el experimento contribuyó más tarde a esclarecer la naturaleza de la luz, al entenderse que esta no necesita de un medio material para propagarse, como sí lo necesita el sonido. Los experimentos de Young en la interferencia de la luz y el de Fresnel en la difracción, son los aportes más importantes en la consolidación de la teoría ondulatoria de la luz. Fue James Clerk Maxwell (1831-1879), quien unificó la electricidad y el magnetismo en una sola teoría: el electromagnetismo. Principalmente, a partir de los aportes de Faraday en electricidad y Oersted en magnetismo, Maxwell, que había recibido una sólida formación en matemáticas, pudo unificar estas teorías y asumió que la luz es una onda electromagnética, por lo tanto, no era necesaria la presencia del éter para su propagación, idea que ya Faraday había desarrollado con anterioridad y que Maxwell confirmó. Maxwell pronosticó la existencia de otros tipos de ondas electromagnéticas lo que condujo a Roentgen en 1895 a descubrir los rayos X y a Becquerel la radiactividad como tipos de ondas electromagnéticas. Con el electromagnetismo como piedra angular de la Física, era muy poco probable que se profundizara en el estudio de esta ciencia. Sin embargo, Max Planck en 1900 y Albert Einstein en 1905, realizaron los descubrimientos teóricos más importantes de la Física Moderna: La teoría cuántica y el Principio de la relatividad especial, respectivamente. Estos aportes significaron un modo distinto de ver las cosas, para la Mecánica Clásica defendida por Newton tanto el espacio como el tiempo son absolutos, Einstein defiende la idea de que estos conceptos son una unidad armónica, pero son relativos, porque la velocidad con que viaja la luz es constante. Con Planck se resuelve teóricamente el problema de la radiación del cuerpo negro, que era imposible de analizar desde las ecuaciones de Maxwell y llegó a la conclusión de que la materia radiaba energía en pequeñas porciones, a las que llamó cuantos y la cantidad numérica que expresa esta proporción se le ha llamado constante de Planck.
Algunos años después Einstein completaría su teoría Especial con la teoría General de la relatividad, que explica el comportamiento de la gravedad a escala universal. Los aportes de Planck y Einstein hicieron posible una conexión más eficiente entre ciencia y tecnología, cada una con su propia historia. La invención de la escritura, la imprenta, el telescopio, el microscopio y más recientemente, el acelerador de partículas, han hecho posible el desarrollo de la ciencia y han dado lugar a nuevas tecnologías para bienestar del hombre, aunque en ocasiones, y sobre todo si media lo económico, ese bienestar se ve eclipsado. Leibniz concibió esta relación a través de un pensamiento matemático, una simbología que ha resultado en nuestras computadoras y un principio de pensamiento donde “razonar es calcular”. Para Leibniz era importante discutir sin apasionamientos, su proyecto consiste en imitar a las matemáticas en la manera de argumentar las cosas. Creó un sistema de símbolos para entender el lenguaje desambiguado, procedimiento este que ha servido para la construcción de programas computacionales hoy en día. Las nuevas tecnologías y los avances en radiactividad hicieron posible para principios del siglo XX, específicamente en 1913, que Arthur Holmes presentara la primera escala de tiempo geológico. Sin los aportes de Becquerel a la radiactividad y la explicación que más tarde le dieron los esposos Curie, no habría sido posible este avance en el afán por medir la edad de la Tierra. Holmes apoyaba la idea de la deriva continental desarrollada, entre otros, por el alemán Alfred Lothar Wegener (1880-1930) y finalmente, en 1930 logró completar esta idea con la teoría de la convección que consiste en la influencia que tienen las corrientes de calor en el manto terráqueo y que influyen en el acercamiento o alejamiento de los continentes entre sí.
Aportes más importantes en el siglo XX Entre los aportes más importantes del siglo XX se encuentra el descubrimiento del neutrón. Es significativo el hecho que este descubrimiento se logra a partir de los aportes de varios científicos. A principios del siglo XX, en 1920, Ernest Rutherford propuso la existencia de una partícula que tuviera una masa parecida a los protones y que contrarrestara el efecto de la repulsión de estos en el núcleo atómico. Un alumno suyo, James Chadwick, participó en experimentos de la desintegración del flúor, el aluminio y el nitrógeno. Después de varios años y de muchos experimentos, en 1932, Chadwick llegó a la conclusión de que la partícula que tanto él como su maestro estaban buscando era el neutrón. La importancia de este descubrimiento radica en que, como partícula elemental, resolvía el problema de la estadística cuántica del nitrógeno, un problema insoluble hasta ese momento. En la actualidad se construyen prototipos de generadores de neutrones portátiles que serviría en la detección de artefactos en aduanas de aeropuertos. Otro aporte importante en el siglo XX es el Principio de indeterminación de Heisenberg que plantea la imposibilidad de determinar la posición y la cantidad de movimiento de un electrón al mismo tiempo. Este principio formuló las bases de la teoría del observador de la mecánica cuántica. El descubrimiento de la estructura electrónica de los átomos, y la formulación de una nueva ley periódica para las propiedades de los elementos químicos basada en la carga nuclear de los átomos constituyeron aportes muy importantes en la Química del siglo XX. En 1916 se publican los trabajos de Albrecht Kossel y del químico Gilbert Newton Lewis, que aportaron una solución en el tratamiento posterior de este problema. Kossel, desde la Universidad de Munich, fue el primero en postular la posible transferencia electrónica como mecanismo de formación del llamado enlace iónico. La idea de compuestos con enlaces polares y apolares expuesta inicialmente por Lewis en 1916, fue complementada en los años siguientes cuando formula la tesis de que el enlace en las sustancias moleculares es el resultado del compartimiento de un par de electrones por parte de los átomos unidos. Estos modelos son una primera visión acerca del enlace químico.
Ciencia vs Sociedad Los cambios climáticos, las nuevas enfermedades y las guerras, hacen que la ciencia no tenga tiempo de recuperarse de un fenómeno para entrar en otro. El conocimiento se ha hecho tan extenso y específico, que es muy probable que esta sea la razón por la que la población que no es especialista, no tenga acceso a la información respectiva y sea poco rentable manejar publicaciones que solo las personas con instrucción científica avanzada pueden entender, ¿está la sociedad en deuda con la ciencia, o es la ciencia la que está en deuda con la sociedad? Es recomendable en la enseñanza diversificada abrir cursos de Historia de la Ciencia o implementar proyectos o trabajos de investigación donde se incluyan aspectos de la ciencia en su historia. En algún momento de la vida estudiantil hemos sentido la necesidad de explorar de dónde viene el conocimiento, cuál es su historia, cómo conocemos, cuál es la línea de pensamiento que seguimos como seres individualmente pensantes, y las respuestas a estas y a otras preguntas las podemos encontrar en la Historia del pensamiento científico. En una entrevista al Físico teórico Carl Friedrich von Weizsäcker, expresó: “Los conceptos fundamentales de la Física (materia, espacio, tiempo, energía, etc.) provienen en realidad de la tradición filosófica. Muy temprano me di cuenta de que los físicos a menudo no saben de qué hablan y me puse a investigar el origen de estos conceptos. Esto me llevó primero a Kant. Pero para comprender a Kant es necesario haber leído a Descartes, el cual a su vez elabora las tradiciones platónicas y aristotélicas medievales... Recién Platón y Aristóteles se pueden considerar como los orígenes de dichos conceptos”.
https://fisikanglo.files.wordpress.com/2010/09/de-la-teoria-atomista-a-la-fisica-cuantica.pdf


-IV-
Átomos y vacío: donde Demócrito conoce a Higgs
Publicado el 2013/08/31 por Mariano Santander

Por convención es dulce y amargo, caliente y frío, por convención es el color; realmente son átomos y el vacío.
Demócrito (aprox. 460–370  A.C.)

La vida no es más que una sombra que pasa, un pobre cómico que se pavonea y agita una hora sobre la escena y después no se le oye más; es un cuento contado por un idiota, lleno de ruido y de furia, que no significa nada.
Shakespeare, Macbeth, Acto V, Escena V

El vacío es un mar borboteante de nadidad, lleno de ruido y furia, y que significa mucho.
Anónimo moderno

La idea contenida en la cita literal que encabeza el post y que se suele enunciar en la forma “
Sólo existen los átomos y el vacío, y todo lo demás es opinión” se debe a Demócrito, quien la desarrolló hace unos 2400 años. Y aunque las interpretaciones anacrónicas tienden a ser más engañosas que iluminadoras, podemos ahora, a comienzos del S. XXI, atribuir a esta idea un indudable carácter visionario. Cierto, los átomos de de Demócrito y de su maestro Leucipo eran (solamente) construcciones mentales, alcanzadas mediante puro razonamiento y no mediante preguntas a la Naturaleza. Lo que no resta ningún mérito a la idea. Ni disminuye un ápice nuestra sorpresa ante el misterioso hecho de que se pueda, mediante un puro razonamiento, —hoy transmutado en nuestra confianza en las matemáticas— descubrir algo que parece existir en la realidad externa, independientemente de nosotros.
Y la cuestión es aún más intrigante pues Demócrito no se limita a los átomos, sino que añade un segundo elemento, el vacío, una idea que en otras doctrinas —como la aristotélica— se declaraba aborrecida por la Naturaleza. Cumplimos ahora dos siglos de familiaridad con la idea atómica moderna y un siglo tras su verificación y conocimiento bastante detallado, por lo que no tenemos mucha dificultad en dar una respuesta ‘de emergencia’ a la pregunta ¿qué son los átomos?
Pero responder a la pregunta ¿qué es el vacío? no es ni mucho menos tan inmediato. Por un lado el vacío se asemeja a la “nada”, y por otro se opone al “lleno” y al “todo”, en un múltiple contrapunto que da pábulo a una variedad de posibles interpretaciones. Y que el vacío sea un mar borboteante de nadidad, lleno de ruido y furia, y que significa mucho, es una idea mucho más moderna, cuya prehistoria cumple ahora poco más 66 años, y que todavía no ha calado en nuestro acervo colectivo.
Cuando hablamos de “hacer el vacío en un recinto” la idea ingenua es, más o menos, “el resultado de haber extraído todo lo que hay en dicho recinto”; esto es lo que pretenden las bombas de vacío industriales, como en el famoso experimento del barón Otto von Guericke: tras extraer —con las bombas existentes el S. XVII— una buena parte del aire del interior de un recinto esférico delimitado por dos semiesferas de latón simplemente adosadas, ni con la fuerza de ocho caballos de tiro fue posible separarlas. La explicación es que en el interior del recinto la presión remanente era muy baja y la presión atmosférica, actuando sobre el exterior de las semiesferas, empujaba una contra la otra con una fuerza descomunal.
Desde el S. XVII las técnicas de vacío han mejorado y hoy por ejemplo, en la zona concreta del anillo en la que ocurren las colisiones de los experimentos del Large Hadron Collider, el LHC del CERN, se consigue una presión del orden de  10^{-14} atmósferas, de la que se dice que es el mejor vacío de todo el sistema solar. Pero ninguna máquina real, ni las bombas de vacío del S. XVII ni las actuales, conseguirá llegar al límite ideal de reducir la presión hasta un valor exactamente nulo, aunque parezca posible aproximarse a ello mediante avances técnicos.
Hoy sabemos el espacio está ocupado no sólo por materia ordinaria. En el espacio hay también luz y campos electromagnéticos, que lo llenan de manera ubicua. Son ellos quienes nos hacen llegar la imagen que nuestros ojos perciben del mundo, las conversaciones a través de los teléfonos móviles y las emisiones de radio y televisión. De manera que ahora la pretensión de extraer todo lo que hay en un recinto se complica: una bomba de vacío resulta totalmente inútil para extraer un campo electromagnético. Deberemos intentarlo de otra manera, eliminando en el interior todas las posibles cargas y corrientes eléctricas e impidiendo que un campo externo pueda colarse en el recinto. Para campos puramente eléctricos, o para ondas electromagnéticas, esto es (idealmente) posible: se puede apantallar un recinto de tales campos, simplemente circundándolo por una superficie conductora (una jaula de Faraday).
El mero reconocimiento de que un recinto puede estar ocupado no sólo por materia ordinaria, sino también por campos, nos obliga a replantear la pregunta: ¿acaso estamos seguros en principio de que pueda eliminarse todo lo que hay en ese recinto?
No estoy hablando de limitaciones técnicas, que presumiblemente podrían irse solventando mejor, sino con la temible existencia de una imposibilidad fundamental de principio. Acabamos de ver que un gas puede extraerse con una bomba de vacío, que en el límite nos llevaría a una presión y a una densidad de materia nulas. “Extraer” de un recinto el campo eléctrico es posible si no hay cargas ni corrientes y si “apantallamos” el recinto del exterior encerrándolo en una jaula de Faraday. No son tan fáciles de apantallar los campos magnéticos, aunque hay técnicas para aproximarse.
Sin embargo, una vez que se ha entendido que una bomba de vacío no va a bastar a nuestro propósito y se ha visto que la eliminación de los campos que pueda haber en esa región no es tan inmediata (de hecho creemos que el campo gravitatorio que pueda haber en el interior del recinto no puede apantallarse de ninguna manera), aparece la inquietante posibilidad de que el mejor “vacío” operacionalmente accesible aún tenga cierto contenido físico, diríamos irreducible.
Hace un siglo creíamos que el apantallamiento eléctrico creado por una jaula de Faraday podría llegar a ser perfecto, …. y lo sería si la Naturaleza se atuviera a los dictámenes de la Física Clásica. Pero la Naturaleza no lo hace; sabemos que la descripción más correcta requiere de manera ineluctable la Mecánica Cuántica. Y la llegada de este reconocimiento acaba de dar la puntilla a la idea ingenua de vacío: en cualquier situación existen inevitablemente fluctuaciones del campo electromagnético cuántico, que siguen ocurriendo aunque hayamos apantallado perfectamente de los campos externos.
Uno de los descubrimientos más sorprendentes y hasta cierto punto antiintuitivos de la física del S. XX es precisamente esto: que el vacío es drásticamente diferente de la nada y que es sede de burbujeantes fluctuaciones cuánticas. Una imagen de estas fluctuaciones —que debe tomarse siempre con el proverbial grano de sal— es que se trata de parejas partícula-antipartícula, a veces denominadas virtuales, que permanentemente están surgiendo y desapareciendo tras una efímera aparición en escena que dura el tiempo durante el cual la relación de indeterminación de Heisenberg permite su existencia. De manera que incluso “en el vacío” permanece irreducible un “residuo” de todos los campos cuánticos.
Para quienes conozcan la Mecánica Cuántica básica, éste residuo es el análogo para los campos cuánticos del estado fundamental de mínima energía del oscilador. En este estado la posición no tiene un valor definido ni tampoco el momento —en contraste, ambas  variables lo tienen, nulo, en el estado fundamental del oscilador clásico—, sino que deben tener dispersiones, ambas diferentes de 0, que satisfagan las relaciones de Heisenberg.
Como consecuencia, el vacío está en el origen de una física previamente inesperada y extremadamente interesante, ligada a toda una panoplia de fenómenos sorprendentes. Los ejemplos más sencillos de estos fenómenos tienen que ver con los campos electromagnéticos cuánticos cuyas fluctuaciones (cuánticas) no pueden eliminarse de ningún modo: incluso imaginando un mecanismo ideal que apantalle perfectamente de los campos externos, y suponiendo que en el interior no haya cargas ni corrientes, las fluctuaciones continúan surgiendo y desapareciendo en el interior del recinto.
Así nos topamos con una imposibilidad fundamental: en la naturaleza, es simplemente imposible en principio eliminar todo lo que hay en un recinto. Así las cosas, se conviene en seguir llamando “vacío” a la situación que permanece cuando se ha extraído todo lo que se puede extraer [Técnicamente, la definición no es tan vaga como la descripción anterior:  se define el vacío como el estado fundamental, de mínima energía, de los campos cuánticos] Claro está, en tal “vacío” quedan, al menos, las fluctuaciones cuánticas. La idea de que estas fluctuaciones pudieran conducir a efectos observables parecía inicialmente descabellada. Pero es inevitable que lo hagan. La consecuencia más directa y sorprendente es el efecto Casimir, que de alguna manera va al corazón del asunto al mostrar que las fluctuaciones del campo en el vacío no son una pesadilla de los teóricos sino que existen realmente. Dedicaré al efecto Casimir un post en esta serie.
De modo que la imagen del vacío como una arena en la que la acción ha terminado —por seguir con la cita de Macbeth—, como lo que queda en el escenario cuando al pobre cómico ya no se le oye más, cuando los actores se han ido, se han apagado las luces y se ha echado el cierre al teatro— es incorrecta por principio.
Quedan en él las fluctuaciones de todos los campos cuánticos responsables de las interacciones electromagnéticas, nucleares débiles y fuertes, fluctuaciones que son irreductibles y que no pueden eliminarse. Esto es ya, de por sí, notable. Pero más notable es que no solamente es eso: el vacío es aún más complicado.
En 1965 Peter Higgs y otros enunciaron la idea de que existe un nuevo campo, diferente del electromagnético, del gravitatorio y de todos los demás que antes conocíamos.
El vacío, además de ser sede incesante de fluctuaciones de todos los demás campos cuánticos, es a su vez sede de este nuevo campo cuántico, el campo de Higgs, que a diferencia de lo que ocurre con otros  tiene, en su estado de mínima energía, un valor constante a través del espacio y a lo largo del tiempo. Y que tiene sus propias fluctuaciones. Este misterioso campo juega un papel importante en nuestro entendimiento del mundo subatómico. En cierto sentido, y con todas las puntualizaciones que se quieran hacer a esta analogía, el campo de Higgs es una reencarnación versión S. XXI, del antiguo éter de finales del S. XIX. Pero, quede claro, muy diferente y con todas las credenciales de la cuántica y de la relatividad.
La idea de Higgs se incorporó desde 1968 a la teoría que describe de manera unificada las interacciones electromagnéticas y las interacciones nucleares débiles —la llamada teoría electrodébil—. Desde mediados de los 1970s el llamado modelo estandar de las partículas elementales agrupa las anteriores con las interacciones entre quarks, que dan lugar a las interacciones nucleares fuertes. Desde entonces, el campo de Higgs había permanecido como el único ingrediente del modelo estandar sin verificación experimental directa, hasta que en Julio de 2012 hubo evidencias de detección del bosón de Higgs, la partícula asociada al campo de Higgs. En el año transcurrido desde entonces, la identificación de la nueva partícula con el bosón de Higgs se ha confirmado.
Lo que antes ingenuamente llamábamos vacío dista pues de ser la nada. Están allí, ya que  no pueden eliminarse, las fluctuaciones cuánticas de todos los campos que conocemos. Y allí está un nuevo campo que permea todo el espacio, el campo de Higgs, que tampoco se puede eliminar.
La anónima cita que encabeza el post no equivoca el tiro ni mucho menos. Y a la luz de esta comparación, podemos (quizás debemos) contemplar la frase de Demócrito desde una nueva perspectiva.
https://unavistacircular.wordpress.com/2013/08/31/atomos-y-vacio-donde-democrito-conoce-a-higgs/


-V-
Partículas y espacio vacío
"Nada existe, excepto átomos y espacio vacío, lo demás es opinión". Así resumía y sentenciaba Demócrito de Abdera sus ideas, y la de su maestro Leucipo, sobre la estructura de la materia hace unos 2.500 años. Demócrito daba así respuesta a una de las grandes preguntas que se han planteado muchas civilizaciones desde el origen de la humanidad: ¿qué es la materia?
Que la materia está constituida por pequeñas unidades indivisibles (los átomos griegos) ha sido una idea generalizada a lo largo de la historia. La ciencia y la filosofía se han ocupado de esta cuestión durante siglos y los estudios continúan hoy día bajo la etiqueta de física de partículas. Esta rama de la física, que sigue tratando de describir los constituyentes últimos de la materia y las fuerzas con las que tales partículas elementales interaccionan entre sí, ha logrado un éxito maravilloso al construir una teoría que, junto a la de la relatividad de Einstein, puede considerarse uno de los mayores logros de la mente humana. Es una bellísima teoría que se esconde tras el modesto nombre de modelo estándar de las partículas, el resultado de un incansable esfuerzo llevado a cabo por muchas generaciones de físicos durante casi siglo y medio para unificar y simplificar ideas.
Naturalmente, los átomos de Demócrito, las entidades residuales del proceso de división de la materia que no puede continuar indefinidamente, no se corresponden con los átomos de la física actual. Imaginemos que un átomo tuviese el tamaño del punto de esta i. Habría que ampliar el punto hasta un tamaño de 5.000 kilómetros para que nuestro ojo pudiese apreciar el núcleo del átomo como otro punto, y constataríamos así que los átomos de la materia ordinaria, aunque están prácticamente vacíos, son entidades complejas. Y sería necesario agrandar el punto hasta un tamaño de unos 10 millones de kilómetros para poder apreciar que los núcleos están constituidos por unas unidades menores denominadas quarks. No se ha podido dividir un quark hasta la fecha, ni siquiera aislarlo de los otros quarks con los que se agrupan para formar partículas compuestas como el protón o el neutrón. Además, todas las otras partículas conocidas pueden explicarse como la combinación de algunos de los seis quarks de diferentes tipos. Electrón, muón, tau y tres ligerísimos neutrinos diferentes completan la docena de partículas básicas que son consideradas hoy como indivisibles y elementales. Las 12 partículas básicas pueden ser agrupadas por parejas o por tríos, según consideremos algunas de sus propiedades, forman así un conjunto que encierra muy bellas simetrías.
Aunque la materia esté esencialmente vacía, la experiencia nos dice que no podemos atravesar fácilmente un muro. Ello se debe a que el espacio vacío de los átomos está impregnado de campos electromagnéticos que impiden que nuestros propios átomos se interpenetren fácilmente con los del muro. Una idea básica de la física actual es que el vacío no es lo mismo que la nada. Al asegurar que "nada existe, excepto átomos y espacio vacío", un moderno Demócrito reemplazaría quizás el término átomos por partículas elementales, pero con esta enigmática frase el sabio griego nos adelantaba un concepto fundamental de la ciencia moderna: el concepto de campo de energía. Hemos visto, por ejemplo, cómo en el vacío de los átomos reside un campo tan importante como el electromagnético, resultado de las fuerzas de interacción entre los electrones y los protones nucleares.
La electromagnética es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y cada una de estas fuerzas está representada en la física por un intercambio de otras partículas denominadas mediadoras. Así, la fuerza electromagnética está mediada por fotones (los cuantos de la luz). La fuerza nuclear débil, responsable de algunas de las desintegraciones más importantes de los núcleos, está mediada por los tres bosones W+, W- y Z. La fuerza nuclear fuerte, la que mantiene a los quarks pegados entre sí dentro de los núcleos, está mediada por los gluones. Finalmente, la fuerza gravitatoria, que hace que todos los cuerpos masivos se atraigan, está mediada por una partícula hipotética denominada gravitón.
El famoso bosón de Higgs es una partícula que representa otro de los campos fundamentales que impregnan el vació: el campo de Higgs. Cuando las partículas se mueven por el vacío, su rozamiento con ese campo hace que el movimiento lo realicen con mayor o menor dificultad. Esta interacción con el campo de Higgs representa por tanto la inercia frente al movimiento o, en otras palabras, la masa de las partículas.
El vacío, que no es la nada, es por tanto un ingrediente esencial de la física de las partículas. Aunque observásemos un vacío-vacío (sin ningún átomo), al hacerlo con suficiente detalle distinguiríamos allí un intenso palpitar de partículas que se crean y se destruyen continuamente. El vacío está realmente lleno e impregnado de campos de energía, confirmándose así la idea de horror vacui de Roger Bacon: la naturaleza -como algunas tendencias artísticas- parece tener horror al vacío. Quizá sea la energía que reside en este vacío la que origina una repulsión entre las galaxias a muy gran escala, lo que se conoce en la astrofísica como energía oscura.
La posible relación del vacío microscópico de la física de partículas con el vacío cosmológico no es más que uno de los campos abiertos de estudio en la física contemporánea. Por otro lado, la gravedad no se integra de manera natural con el resto de las interacciones, obedece a otra teoría (la relatividad general de Einstein) que parece tener poco que ver con la teoría de partículas. Por eso los físicos han inventado la teoría de la supersimetría, en la que a cada partícula le debería corresponder otra supersimétrica, y la teoría de cuerdas en la que cada partícula se representa por un estado de vibración. Se buscan hoy intensamente fenómenos experimentales que confirmen o refuten tales teorías.
La física de partículas nos lleva pues a un mundo fascinante en el que la materia ya no está constituida por pequeños corpúsculos. Según vamos descendiendo de escala, las partículas parecen desvanecerse en entidades ondulatorias o vibraciones en el seno de un vacío repleto de fenómenos muy sutiles. Pero no se trata de entelequias: partiendo de la ciencia básica, estos estudios de la materia han tenido un impacto enorme en la construcción del mundo moderno. Todos los métodos de obtención de energía, todos los desarrollos de nuevos materiales y de los compuestos químicos, tienen su raíz en el estudio de la materia y de las partículas elementales.
Cuando el gran físico alemán Max Planck llegó a la Universidad de Múnich en 1875, le aconsejaron que no estudiase física pues "ya no quedaba nada por descubrir". Hoy, tras casi siglo y medio de descubrimientos sobre la naturaleza de la materia, deberíamos haber aprendido a ser más humildes y mantenernos receptivos a todos los fenómenos que, más allá del modelo estándar, seguirán cambiando nuestra manera de comprender el mundo.
http://www.elmundo.es/opinion/2017/01/25/58879c6f22601d843e8b4599.html


-VI-
El átomo cuántico cumple 100 años
La revolución de la física de hace un siglo se ha convertido en recurso para las nuevas tecnologías
Niels Bohr escribió sus tres artículos transgresores en 1913
El conocimiento verdadero y profundo es el de los átomos y el vacío, pues son ellos los que generan las apariencias, lo que percibimos, lo superficial”, decía Demócrito hace 2.400 años. Sin embargo, el átomo se empezó a entender solo hace 100 años, cuando fue protagonista de una de las mayores revoluciones científicas: la física cuántica. Toda la materia que nos envuelve está hecha de átomos; nuestro cuerpo contiene tantos átomos como estrellas se cree que hay en el universo. Hace un siglo, los físicos se enfrentaron al reto de descifrar la pieza fundamental que constituye la materia del universo.
A finales del siglo XIX, los átomos empezaron a dar algunas pistas sobre su naturaleza. Se observó que cuando un átomo acumula un exceso de energía emite luz de solo ciertos colores (frecuencias). En analogía con la música, el átomo sería como un piano que solo puede emitir los sonidos permitidos por sus teclas, pero no sonidos de una frecuencia intermedia, como lo puede hacer un violín. En 1897, J. J. Thomson demostró experimentalmente que el átomo no era indivisible, como dice su etimología, sino que contenía partículas ligerísimas de carga negativa, los electrones. Thomson modeló el átomo como una masa de carga positiva que tiene incrustados los electrones, como si de un bizcocho de pasas se tratara. Junto a su equipo calculó si la vibración de las pasas podía explicar la luz emitida por los átomos. No tuvo éxito, muy a su pesar.
Poco después, en 1911, Ernest Rutherford demostró que la masa de carga positiva del átomo está concentrada en su centro, descubriendo así su núcleo. Él modeló el átomo a imagen de un sistema planetario en el que los electrones son los planetas, y el núcleo el Sol. Pero ese modelo estaba en conflicto con un fenómeno básico en física: cuando la trayectoria de una partícula cargada, como el electrón, se curva, esta pierde energía mediante la emisión de radiación. Es como si la partícula derrapara al girar y perdiera velocidad. Un cálculo sencillo demuestra que los electrones pierden toda su energía, y en consecuencia el átomo debería colapsarse, en 0,00000001 segundos. Realmente no es así; de hecho los átomos que conforman nuestro cuerpo son los mismos que se crearon en el interior de estrellas hace miles de millones de años.
En 1900, el físico alemán Max Planck se enfrentaba a un fenómeno que estaba en total desacuerdo con la física clásica: el perfil de la gráfica de la radiación emitida por objetos a cierta temperatura. Planck propuso una solución desesperada, pero increíblemente acertada: la radiación no se emitía de forma continua, sino a través de pequeños paquetes de energía, los famosos cuantos de Planck. Y en 1905, Albert Einstein utilizó este hallazgo para explicar el efecto fotoeléctrico; fue su annus mirabilis en que conmocionó al mundo de la física con su teoría de la relatividad especial.
Eran tiempos en que el mar de la ciencia estaba muy revuelto; parecía que los pilares fundamentales de la física se derrumbaban. Frente a estas situaciones hay dos tipos de físicos, los conservadores, que se sienten angustiados, y los transgresores que se miden contra las olas y quieren que el mar no se calme. El físico danés Niels Bohr era de los valientes. En 1911 y con solo 26 años, Bohr fue a Inglaterra a trabajar, primero con el grupo de Thomson y después con Rutherford, que acababa de descubrir el núcleo del átomo. Bohr se preguntó: ¿cómo podemos explicar con la física clásica que un átomo emita luz en pequeños paquetes de energía?
En 1913, Bohr respondió a esta pregunta en tres artículos que describían su modelo del átomo, del que este año se celebra su centenario. El primero de ellos contenía la idea más transgresora: la energía de los electrones que orbitan alrededor del núcleo también viene dada en paquetes, es decir, está cuantizada. Con este supuesto y, dado que la energía del electrón depende de la distancia a la que orbita del núcleo, concluyó que el electrón solo puede orbitar a determinadas distancias, o niveles, del núcleo. Cuando un átomo gana energía, el electrón se desplaza hacia las órbitas más alejadas, y al perderla, salta de órbita en órbita, como si bajara los peldaños de una escalera. Estos saltos, que pueden ser de uno o varios escalones, emiten luz, fotones, cuya frecuencia es proporcional a la diferencia de energía que existe entre los dos niveles orbitales.
De esta manera, tan sencilla, Bohr consiguió explicar muchos de los experimentos sobre la emisión de luz de los átomos. No le importaba que los electrones derraparan al girar y perdieran energía, simplemente postuló que eso no sucedía en estas órbitas, ya que estas eran estables por alguna razón desconocida. El modelo, pese a sus limitaciones, explicaba muchos resultados de las líneas espectrales de los gases y del orden de los elementos en la tabla periódica. Hoy sabemos que el átomo de Bohr es demasiado simple, pero introduce rasgos importantes de la física atómica. Aunque al visualizar el mundo cuántico hay que ser siempre precavido, en el caso del átomo es más correcto imaginar los electrones, no como partículas, sino como nubes difusas alrededor del núcleo, cuya densidad en cada punto representa la probabilidad de encontrar el electrón en ese sitio.
Bohr fue un científico emblemático que aglutinó en su instituto a los mejores físicos cuánticos. Famosas fueron sus discusiones con Einstein sobre la interpretación de la física cuántica. En desacuerdo con él, Bohr creía que la naturaleza, en su expresión más íntima, está indeterminada, o sea, que sí juega a los dados. Y acertó.
Hoy, en numerosos laboratorios de todo el mundo, miles de físicos y físicas investigan y experimentan acerca de esos fenómenos cuánticos. Los átomos que Bohr imaginó hace 100 años se manipulan como si fueran marionetas: se atrapan individualmente con pinzas ópticas, se enfrían hasta casi el cero absoluto y se manejan sus estados internos con enorme precisión. Hace un siglo, la física cuántica estableció un nuevo paradigma y el conocimiento del átomo supuso un cambio revolucionario en la historia científica y tecnológica del mundo. Ahora, la física cuántica es un recurso sin precedentes para avanzar aún más en la nueva tecnología: desde construir relojes atómicos ultraprecisos o encriptar información muy sensible de manera absolutamente segura, hasta el desarrollo lejano, pero alcanzable, del ordenador cuántico capaz de cálculos hoy día difíciles de imaginar.
https://elpais.com/sociedad/2013/06/25/actualidad/1372175851_963110.html



Amiga, Amigo:

Iniciados dirán que Demócrito hace casi 2.500 años lo que manifestó en cuanto Filosofía y el ignoto átomo lo fue por Revelación e inspiración, si fuera así lo debiera ser desde el plano más sutil de la mente humana. Cabe la pregunta: ¿Podrá ese plano prever un futuro de más de 2.000 años, futuro que tan solo la moderna física cuántica está develando? ¿O existe una zona que a algunos conecta con una región de mentes más sutiles que la nuestra? Por todo ello orgulloso he presentado en la Galería de los Grandes Iniciados de la Humanidad a Demócrito de Abdera.

En cuanto al Bosón de Higgs que llevó a sabios a recordar a Demócrito, es tema para pensar quizá en otro título...


Dr. Iván Seperiza Pasquali
Quilpué, Chile
Mayo de 2018
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isp2002@vtr.net