Posts Tagged ‘John Archibald Wheeler’

La Teoría de Kozuch de Greg Egan

mayo 17, 2017

Un estudio sobre la física presente en la obra de ciencia ficción de Greg Egan necesariamente habría de concluir en una obra de varios tomos, tan voluminosa y densa como el curso de física teórica de Landau y Lifshitz. Por la profusión de conceptos de matemáticas y física avanzados que emplea el autor australiano, pero sobre todo porque en algunos relatos y novelas desarrolla toda una física alternativa. Aunque en una primera aproximación pueden considerarse algunos invariantes en la confección de sus mundos posibles. Como, por ejemplo, su preferencia por las filosofías del espaciotiempo relacionales. Planteando una auténtica monadología computacional en Ciudad Permutación o una visión sobre la gravedad cuántica en un agujero negro que se inspira en las ideas sobre redes de espín de la gravedad cuántica y la teoría de twistores en el relato La inmersión de Planck. Otra constante es su querencia por las especulaciones del gran físico teórico John Wheeler, muy presentes en las obras de su primera etapa. Sobre otras de ellas hablaré en su momento, ahora me centraré en ciertas especulaciones de Wheeler que están tras la Teoría de Kozuch descrita en la apabullante novela Diáspora.

WheelerLos sueños de Wheeler y Egan conectan con los desarrollos de la física teórica en los últimos años. Se trata de las propuestas del tipo ER = EPR que pretenden establecer la conexión entre el entrelazamiento cuántico de parejas de quarks y las propiedades de agujeros de gusano, soluciones de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general sobre las que trataré en los párrafos siguientes. Cuando hace algunos años aparecieron los primeros artículos sobre esta materia lo primero que pensé es que algo así ya se sugería en una novela de Egan, la citada Diáspora en donde se menciona una teoría en la cual las partículas elementales se asocian con las bocas de agujeros de gusano. Pero en realidad Egan no tuvo una visión profética sobre el desarrollo futuro de la física teórica y en realidad utilizó una idea antigua en contexto de la construcción de un mundo posible de ciencia ficción. Una propuesta que apareció en la literatura científica en la década de los cincuenta del siglo pasado, por parte de uno de mis inspiradores de la ciencia ficción favoritos: John Archibald Wheeler.

Wheeler fue el primero en proponer la idea de que podría explicarse la masa de las partículas elementales considerándolas como las bocas de un agujero de gusano. Lo hizo en un artículo titulado Geons donde describía unas soluciones particulares de las ecuaciones del campo electromagnético. Lo que Wheeler pretendía era encontrar un encaje para el concepto de objeto en el marco de la relatividad general. Tras un desarrollo de las propiedades del tipo de las ecuaciones de campo propuestas, Wheeler introduce en el apartado séptimo de su artículo la cuestión de los agujeros de gusano. La presencia de un agujero de gusano en un espaciotiempo sobre el que existe un campo electromagnético implica una distorsión de las líneas de campo eléctrico en torno a la zona del agujero, de modo el efecto que éste tiene sobre aquellas es que correspondan con las que se tendrían en el caso de una carga eléctrica puntual. Cada una de las bocas se correspondería con una carga de signo contrario, de modo que la carga total en el espacio ocupado por un campo eléctrico sin fuentes y el agujero de gusano sería cero. Más adelante el propio Wheeler, junto con Charles Misner,desarrollaría más su idea en un trabajo posterior, incluyendo también la explicación del origen de la masa de las partículas en base a agujeros de gusano. Su objetivo era plantear una descripción puramente geométrica de los campos clásicos (electromagnético y gravitatorio) de modo que todo pudiese expresarse en términos de la curvatura del espaciotiempo. Como una geometrización de la física siguiendo el espíritu de las propuestas de Einstein o de Hermann Weyl.

La idea de tratar de explicar propiedades de las partículas en base a parámetros geométricos o soluciones no singulares de los campos tuvo bastantes seguidores durante algunos años. Feynman introdujo la idea de Wheeler de la carga asociada a los agujeros de gusano en sus clases sobre gravitación. Pero todo ese programa de geometrización de la física fue dejado de lado con los avances en la física de las partículas, y con la aparición de nuevos marcos teóricos. Además, la formulación original de Wheeler se puede aplicar únicamente en el caso clásico, no el cuántico. Pero lo que hace Egan en su novela es postular la existencia de una hipotética teoría cuántica inspirada en el mismo concepto. Y muy inteligentemente no aporta detalles concretos sobre la Teoría de Kozuch, limitándose a considerar el concepto básico como punto de partida para la construcción del mundo posible. Esto implica que el contexto especulativo de la novela es más inmune al avance científico que la que se suele encontrar habitualmente en las obras de ciencia ficción que exasperan al lector con la profusión de detalles técnicos nimios e innecesarios.

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Inspiradores de la ciencia ficción: John Archibald Wheeler

mayo 31, 2013

WheelerEn la serie sobre inspiradores de la ciencia ficción no podría faltar John Archibald Wheeler, que ya ha aparecido no hace mucho en esta bitácora. En un principio había pensado dedicar una entrada al montón de ideas y conceptos de Wheeler que son utilizados por Greg Egan en algunas de sus más famosas novelas, pero su huella en la ciencia ficción es mayor como para dedicarle una entrada de este tipo.

No es exagerado decir que fue uno de los físicos teóricos más importantes del siglo, aunque lamentablemente para él el dedicarse a ámbitos que no eran el mainstream en la época de su madurez y mejor creatividad como físico y plantear ideas originales y atrevida, no contribuyó a que desarrollase una carrera de lo que podríamos denominar ahora como éxito científico. Y a pesar de todo fue muy elogiado y respetado, y seguramente en buena parte a su importante labor en la enseñanza y divulgación de la disciplina.

Aunque comenzó su carrera colaborando con Bohr en el desarrollo de modelos nucleares, la mayor parte del trabajo de Wheeler se centró en el estudio de la relatividad general, en unos tiempos en los que ésta no estaba de moda como tema candente de la física teórica. Y en buena medida que lo terminase siendo debe mucho a la labor de Wheeler, que además es coautor de uno de los textos de referencia sobre el tema, un auténtico tocho. Pero también fue un gran director de tesis, y bajo su dirección la realizaron, entre otros, Richard Feynman, Hugh Everet III, Kip Thorne, Charles Misner y Robert Wald.

A él y a Feynman se debe una de las pocas electrodinámicas de acción a distancia consistentes y su teoría de los absorbentes que es una herramienta muy útil en el estudio de la flecha del tiempo electromagnética. Además, y aunque no siempre estuvo de acuerdo con dicha interpretación de la mecánica cuántica, contribuyó de manera muy significativa a propagar las ideas de Everett sobre los universos múltiples, lo que en sí mismo ya es una contribución indirecta al desarrollo de algunas ideas muy populares entre los autores y lectores de ciencia ficción.

Por tanto Wheeler es una figura importante tanto por sus propias contribuciones al estudio de la gravitación como por su labor docente y divulgadora en ese campo. Estas abarcan desde diferentes formulaciones geométricas de la exposición de la teoría, la idea de que el espacio-tiempo es una especie de espuma en la escala de Planck, la pregeometría, etc. Y aquí es donde nos encontramos con el inspirador de la ciencia ficción. Pues Wheeler es el creador del término agujero negro.

Es muy posible que el gran interés por estos objetos extremos astrofísicos proceda del empleo de una denominación sugerente y misteriosa, por lo que si bien hay poca ciencia ficción centrada en ellos (salvo excepciones como la Saga de los Heeches de Frederick Pohl) son un elemento constante en el paisaje de la obras del género. Pero también se debe a Wheeler el término agujero de gusano, si bien lo introdujo en el contexto de sus investigaciones sobre la geometrización de los campos y no pensando en atajos para los viajes interestelares. Aunque eso sí lo hizo su discípulo y amigo Thorne junto con Michael Morris, instigado por los tientos de Carl Sagan en la ciencia ficción.

Y al hablar de agujeros de gusano es cuando nos encontramos con la influencia de las ideas de Wheeler en la ficción de Greg Egan. Wheeler introducía los agujeros de gusano como una propiedad topológica del espacio que permitiría explicar la existencia de cargas eléctricas o la masa, desarrollando de forma más elaborada una idea original de Einstein y Rosen. Cuando en un espacio ocupado por un campo electromagnético se incluye un agujero de gusano en las bocas se induce una carga, con signos opuestos en cada una de ellas, y que parecen corresponderse con un par partícula-antipartícula. Esta es la idea que está detrás de la teoría de Kozuch que Egan se inventa para Diáspora.

Pero también Wheeler reflexionó sobre el papel de la información en la física, llegando a la tesis del it from bit, que afirma que la información tiene una primacía sobre los objetos físicos. Y relacionado con esta concepción del mundo físico se encuentra el Principio Antrópico Participativo, versión del argumento antrópico que afirma que un universo como el nuestro sólo alcanzará un estado de plena existencia cuando surjan observadores inteligentes en su seno. Son precisamente estas dos ideas la clave para comprender la especulación metafísica de El instante Aleph.

No sólo en esto influyó a Egan, pues la idea de preogeometría de Wheeler, la idea de que el espacio-tiempo mismo podría estar constituido por algún tipo de elementos discretos subyacentes y en que base a sus relaciones se podría construir, tanto desde un punto de vista físico como matemático, es muy próxima a la Teoría del Polvo que escritor australiano desarrolla en Ciudad Permutación. De hecho las ideas de Wheeler sustentan buena parte de las especulaciones metafísicas de la Trilogía de la Cosmología Subjetiva de Egan, e incluso la concepción del proceso de medida cuántico desarrollada en Cuarentena debe mucho a las ideas del genial físico.

No termina aquí la estela de Wheeler tanto en Egan como en otros autores de ciencia ficción, pero tratar esta cuestión en más detalle requeriría de un espacio mucho mayor, para poder explicar en detalle los conceptos que aquí he enumerado y algunos más relacionados. En cualquier caso, está claro que estamos ante otro de los grandes inspiradores de la ciencia ficción.

Los tres principios morales de la física computacional

abril 8, 2013

WheelerSiguiendo la estela de los principios fundamentales metodológicos que estableció John Wheeler, como reglas heurísticas válidas para la física teórica, aquí planteo yo mis tres propios principios morales, pero en este caso de la física computacional. Yo creo que ésta puede considerarse como un caso particular dentro de la física teórica, y que hay que considerar los tres siguientes principios morales (siguiendo la terminología de Wheeler) o metodológicos:

  • Primer principio: nunca se debe de realizar una simulación sin conocer antes el resultado.
  • Segundo principio: siempre es mejor una buena simulación que un mal experimento.
  • Tercer principio: toda simulación está cargada de teoría.

El primero no es más que la particularización del general de Wheeler, mientras que el segundo es el que es más específico. Se suele creer que el experimento tiene un estatus superior al de la simulación, pero esto es un error, y si bien hay ámbitos donde es cierto, en algunos como el de los fluidos, sucede todo lo contrario. Las fuentes de error incontrolable, así como el aumento de la complejidad, y la aparición de fenómenos de los que el experimentador podría ni siquiera conocer su existencia, hacen que realmente sea más fiable una buena simulación.

En cuanto al tercero, es una malévola adaptación de una afirmación de muchos filósofos e historiadores de la ciencia, y que para mí es la clave para entender por qué se debe de considerar una parte de la física computacional como un apartado de la física teórica. Evidentemente, otra cuestión es la resolución de las ecuaciones de la física en el ámbito de las aplicaciones o la tecnología (que sería la otra parte), pero el análisis para la distinción entre los dos ámbitos metodológicos que pueden establecerse dentro de la física computacional lo dejo para otro momento.