lunes, 1 de octubre de 2018

¿QUÉ ES LA REALIDAD?


En el tercer capítulo del libro El Gran Diseño, Stephen Hawking explica el significado que tienen para él realidad y existencia. Esta entrada es un resumen de dicho capítulo.


Modelos del Universo y naturaleza de la realidad



Ptolomeo (165ac-85ac) afirmaba en su obra Almagesto que la Tierra era el centro del universo, que estaba en reposo y que seguía unos movimientos llamados epiciclos. Este modelo geocéntrico fue adoptado por la Iglesia católica. Siglos después Copérnico propuso el modelo heliocéntrico. ¿Qué visión es la correcta? En el fondo podemos usar ambas visiones como modelo del universo (ambas pueden explicar observaciones del firmamento), pero la copernicana es más sencilla y, además, es correcta.

También estaría la visión Matrix en que nuestro universo sería una simulación y viviríamos en una realidad virtual o universo simulado. Si el conjunto de leyes impuestas por esta simulación son coherentes, ¿cómo podemos darnos cuenta de esta simulación desde dentro? Para nosotros, la realidad virtual sería nuestro mundo real.



Multiverso Simulado

El avance tecnológico de la computación podría llevar a la posibilidad de simular Universos enteros e incluso la propia realidad



Los filósofos (como Platón que distinguía el mundo de las ideas y el de las copias) han discutido desde la antigüedad sobre la naturaleza de la realidad. La física clásica se basa en la creencia de la existencia de un mundo real externo objetivo e independiente del observador con propiedades definidas. En física moderna eso es discutible, sobre todo con el desarrollo de la mecánica cuántica. En esta las partículas no tienen propiedades definidas hasta que se miden por el observador.

Incluso si se demostrara el principio holográfico, el mundo cuadridimensional podría ser una sombra de la frontera de un espacio-tiempo mayor, de 5 dimensiones.

Diferentes teorías clásicas o modernas pueden describir satisfactoriamente un mismo fenómeno a través de marcos conceptuales diferentes, como sucede con la Teoría de Newton de la gravitación y la Relatividad General, aunque ambas tengan ámbitos de aplicación diferentes.





Curvatura del espacio-tiempo

Según la relatividad general la masa de una estrella como el Sol curva el espacio-tiempo tiempo haciendo que los planetas orbiten a su alrededor al seguir el camino más corto posible (geodésica) en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones


Realismo y antirrealismo

Según los filósofos realistas, los éxitos de las teorías demuestran que las teorías científicas representan la realidad. Los antirrealistas como George Berkeley (1685-1753) o David Hume (1711-1776) opinan lo contrario. Berkeley afirma que solo exista la mente y sus ideas. Por su lado, Hume piensa que aunque no tenemos garantías racionales para creer en una realidad objetiva, no nos queda otra opción que actuar como sí esta realidad fuera verdadera.

La conclusión del libro El Gran Diseño de Stephen Hawking es que no hay ningún concepto de realidad que sea independiente de la imagen o teoría. Se trata del realismo dependiente del modelo: la teoría es un modelo más un conjunto de reglas que relacionan elementos del modelo con las observaciones.
 
 
Realismo Dependiente del Modelo
El Realismo Dependiente del Modelo cierra el debate entre realistas y antirrealistas. No tiene sentido preguntar si un modelo es real o no. Solo si concuerda con las observaciones. Si dos modelos concuerdan, entonces son igual de reales y su uso es a conveniencia.

Nuestra imagen de la realidad también es una imagen creada por el cerebro que no tiene por qué ser exactamente como la realidad. Es bueno porque nos permite sobrevivir y lo crea a partir de nuestra percepción incompleta.


¿Qué significa existencia?



Por ejemplo, el electrón no tiene por qué existir. Es simplemente un modelo útil que explica muchas observaciones. Igual sucede con los quarks. ¿Si no pueden aislarse, existen? El modelo que los explica dice que sí, entonces podemos suponer que sí. Otra pregunta sería: si el mundo fue creado hace un tiempo finito,¿qué pasó antes? El mejor modelo del universo que tenemos es el del Big Bang, que afirma que el tiempo empezó hace 13.700 millones de años en el Big Bang.





Expansion del universo tras el Big Bang

Expansión del universo tras el Big Bang



Un modelo es satisfactorio si:

1) Es elegante. Suele asociarse elegancia a sencillez, unicidad, simetría, coherencia matemática.
2) Contiene pocos elementos arbitrarios o ajustables.
3) Concuerda con las observaciones existentes y proporciona una explicación para ellas.
4) Hace predicciones detalladas sobre observaciones futuras que permitirán refutar o falsar el modelo.

Ejemplos de teorías (satisfactorias o no) serían:

  • La teoría de Aristóteles de los 4 elementos en que los objetos actúan para cumplir su finalidad. Es elegante y sin elementos ajustables pero no hace predicciones concretas. Y cuando las hace no concuerdan con las observaciones. Afirma que los objetos más pesados caen más deprisa porque su finalidad es caer, lo que fue refutado por Galileo.
  •  La teoría de Ptolomeo es demasiado compleja y arbitraria debido a los epiciclos.
  • El Modelo Estándar de la física de partículas hace predicciones precisas pero tiene muchos elementos ajustables, con lo que su elegancia es cuestionable.



Lagrangiana del modelo estandar
Lagrangiana del modelo estándar a partir de la cual pueden explicarse todos los fenómenos salvo los relacionados con la gravedad

Formulacion de la integral de camino
Formulación de la integral de camino o de suma de historias de la mecánica cuántica propuesta por Richard Feynman. En la exponencial compleja está incluida la lagrangiana del modelo estándar y la de la relatividad general (para campos gravitatorios débiles)


Si las predicciones fallan, se puede modificar el modelo. Si
con las modificaciones se vuelven demasiado engorrosas, entonces existe la necesidad de un modelo nuevo.

Nuestros conceptos de la realidad y de los constituyentes fundamentales del universo han cambiado con cada teoría o modelo. Como ejemplo, la teoría de la luz. Primero se afirmó que eran corpúsculos y luego ondas para finalmente confirmarse la dualidad onda-partícula.





Patron de interferencia en el experimento de la doble rendija


Patrón de interferencia en el experimento de la doble rendija que confirmó la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica



Suma de historias de la mecanica cuantica

Formulación de la integral de camino o de suma de historias de la mecánica cuántica propuesta por Richard Feynman y que permite explicar el experimento de la doble rendija. En la exponencial compleja está incluida el giro o fase de la flecha y la función de onda es la amplitud de la flecha. La integral es la suma de flechas


Dualidades como esta (dos teorías diferentes que describen con precisión el mismo fenómeno) son consistentes con el Realismo dependiente del modelo. Cada teoría describe algunas propiedades. Ninguna es mejor o es más real que la otra. Con las leyes del universo puede pasar algo parecido. Igual no hay una teoría única, sino una red de teorías, la llamada Teoría M. Cada teoría de esta red describe adecuadamente los fenómenos dentro de un cierto intervalo o ámbito de aplicación. Cuando estos intervalos se solapan, las teorías concuerdan.





Conexiones entre las Teorias de Cuerdas


Las dualidades debil-fuerte y radio grande-pequeño crean una red de conexiones que interrelacionan y fusionan las cinco teorías de cuerdas, la supergravedad en once dimensiones y la Teoría M en un marco unificado



Dualidades de las Teorias de Cuerdas
La dualidad grande/pequeño del radio completa la red de conexiones resultando que las cinco teorías de cuerdas, junto con la Teoría M, son duales entre sí.




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