Comenzó con una explosión
El universo está ahí fuera, esperando que lo descubras
Esta imagen ilustra un efecto de lente gravitacional debido a la distorsión del espacio por masa. Esta es una predicción en la que la teoría de la relatividad de Einstein dio la respuesta correcta donde la de Newton no. Pero incluso con esto, es imposible 'probar' bien a Einstein. Crédito de la imagen: NASA, ESA y Johan Richard (Caltech, EE. UU.); Agradecimientos: Davide de Martin y James Long (ESA / Hubble)
Por Ethan Siegel, para Forbes Noviembre 22 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.
Has oído hablar de nuestras mejores teorías científicas: la teoría de la evolución, la teoría del Big Bang, la teoría de la gravedad. También has oído hablar del concepto de prueba y de las afirmaciones de que ciertas evidencias prueban la validez de estas teorías. Los fósiles, la herencia genética y el ADN prueban la teoría de la evolución. La expansión del Universo de Hubble, la evolución de las estrellas, las galaxias y los elementos pesados, y la existencia del fondo cósmico de microondas prueban la teoría del Big Bang. Y los objetos que caen, los relojes GPS, el movimiento planetario y la deflexión de la luz de las estrellas demuestran la teoría de la gravedad.
Excepto que es una completa mentira. Si bien proporcionan pruebas muy sólidas de esas teorías, no son pruebas definitivas. De hecho, cuando se trata de ciencia, probar cualquier cosa es imposible.
En teoría, las diferentes propiedades de la gran mancha roja de Júpiter, distinta del resto de la atmósfera, podrían estar relacionadas con las diferencias térmicas que vienen de abajo. Incluso si la evidencia viene a apoyar esta idea, no constituirá prueba científica. Crédito de la imagen: Arte de Karen Teramura, UH IfA con James O'Donoghue y Luke Moore
La realidad es un lugar complicado. Todo lo que tenemos que guiarnos, desde un punto de vista empírico, son las cantidades que podemos medir y observar. Aun así, esas cantidades son tan buenas como las herramientas y el equipo que utilizamos para hacer esas observaciones y mediciones. Las distancias y los tamaños son tan buenos como las palancas de medición a las que tiene acceso; las mediciones de brillo son tan buenas como su capacidad para contar y cuantificar fotones; incluso el tiempo en sí mismo solo se conoce tan bien como el reloj que tiene que medir su paso. No importa cuán buenas sean nuestras mediciones y observaciones, existe un límite para lo buenas que son.
Un reloj de luz, formado por un fotón que rebota entre dos espejos, definirá el tiempo para un observador. Incluso la teoría de la relatividad especial, con toda la evidencia experimental para ello, nunca puede ser probada. Crédito de la imagen: John D. Norton
Tampoco podemos observar o medir todo. Incluso si el Universo no estuviera sujeto a las reglas cuánticas fundamentales que lo rigen, junto con toda su incertidumbre inherente, no sería posible medir cada estado de cada partícula bajo cualquier condición todo el tiempo. En algún momento, tenemos que extrapolar. Esto es increíblemente poderoso e increíblemente útil, pero también es increíblemente limitante.
La curvatura del espacio significa que los relojes que están más profundos en un pozo gravitacional y -- por lo tanto, en un espacio más severamente curvado-- corren a un ritmo diferente que los que se encuentran en una porción menos profunda y menos curva del espacio. Si bien nuestras predicciones para los satélites GPS funcionan extraordinariamente bien, incluso esto no puede "probar" que la Relatividad General es correcta. Crédito de la imagen: NASA
Para llegar a un modelo capaz de predecir lo que sucederá bajo una variedad de condiciones, debemos entender algunas cosas.
1. Lo que somos capaces de medir y con qué precisión.
2. Lo que se ha medido hasta ahora, bajo condiciones iniciales específicas.
3. Qué leyes contienen para estos fenómenos, es decir, qué relaciones observadas existen entre cantidades específicas.
4. Y cuáles son los límites para las cosas que conocemos actualmente.
Si comprende estas cosas, tiene los ingredientes adecuados para formular una teoría científica: un marco para explicar lo que ya sabemos que sucede y para predecir lo que sucederá en circunstancias nuevas y no probadas.
Si miras más lejos y más lejos, también miras más y más hacia el pasado. Lo más lejos que podemos ver en el tiempo es 13.8 mil millones de años: nuestra estimación para la edad del Universo. Es la extrapolación a los primeros tiempos lo que condujo a la idea del Big Bang. Si bien todo lo que observamos es consistente con el marco de Big Bang, no es algo que pueda probarse alguna vez. Crédito de la imagen: NASA / STScI / A. Felid
Nuestras mejores teorías, como la mencionada teoría de la evolución, la teoría del Big Bang y la Relatividad General de Einstein, cubren todas estas bases. Tienen un marco cuantitativo subyacente, que nos permite predecir lo que sucederá en una variedad de situaciones, y luego salir y probar esas predicciones empíricamente. Hasta ahora, estas teorías han demostrado ser eminentemente válidas. Cuando sus predicciones pueden describirse mediante expresiones matemáticas, podemos decir no solo lo que debería suceder, sino por cuánto. Para estas teorías en particular, entre muchas otras, las mediciones y observaciones que se han realizado para probar estas teorías han sido sumamente exitosas.
Pero por más valioso que eso sea, y tan poderoso como es para falsificar alternativas, es completamente imposible probar algo en la ciencia.
Una prueba matemática de que la derivada de (f (x) - g (x)) es igual a la derivada de f (x) menos la derivada de g (x). En ciencia, incluso las pruebas matemáticas son menos de 100% seguras, ya que no es 100% seguro que las reglas matemáticas se apliquen a su sistema físico. Crédito de la imagen: Paul Dawkins / Lamar University
En la ciencia, en el mejor de los casos, el proceso es muy similar, pero con una advertencia: nunca se sabe cuándo dejarán de describir repentinamente el Universo sus postulados, reglas o pasos lógicos. Nunca se sabe cuándo sus suposiciones se volverán inválidas de repente. Y nunca se sabe si las reglas que aplicó con éxito para las situaciones A, B y C se aplicarán con éxito para la situación D.
No es simplemente que las galaxias se están alejando de nosotros lo que causa un corrimiento al rojo, sino que el espacio entre nosotros y la galaxia redshift la luz en su viaje desde ese punto distante a nuestros ojos. Por supuesto, esto se basa en una suposición cuya validez no tenemos forma de evaluar. Si está mal, pueden ser todas las conclusiones que sacamos de esto. Crédito de la imagen: Larry McNish del RASC Calgary Centre
Es un acto de fe suponer que así será, y aunque a menudo estos son buenos pasos de fe, no se puede demostrar que estos saltos sean siempre válidos. Si las leyes de la naturaleza cambian con el tiempo, o se comportan de manera diferente bajo diferentes condiciones, o en diferentes direcciones o ubicaciones, o no son aplicables al sistema con el que se enfrenta, sus predicciones serán incorrectas. Y es por eso que todo lo que hacemos en la ciencia, sin importar qué tan bien se pruebe, siempre es preliminar.
El Modelo Estándar Lagrangiano es una ecuación única que encapsula las partículas e interacciones del Modelo Estándar. Tiene cinco partes independientes: los gluones (1), los bosones débiles (2), cómo la materia interactúa con la fuerza débil y el campo de Higgs (3), las partículas fantasmas que restan las redundancias del campo de Higgs (4) y el Fantasmas de Fadeev-Popov, que afectan las redundancias de interacción débiles (5). Las masas de neutrinos no están incluidas. Además, esto es solo lo que sabemos hasta ahora; puede que no sea el Lagrangiano completo que describa 3 de las 4 fuerzas fundamentales. Crédito de la imagen: Thomas Gutierrez, quien insiste en que hay un 'error de signo' en esta ecuación
Incluso en la física teórica, la más matemática de todas las ciencias, nuestras "pruebas" no están en un terreno totalmente sólido. Si las suposiciones que hacemos sobre la teoría física subyacente (o su estructura matemática) ya no se aplican, si salimos del rango de validez de la teoría, "probaremos" algo que resulte no ser cierto. Si alguien le dice que una teoría científica ha sido probada, debe preguntar qué quiere decir con eso. Normalmente, significan "se han convencido a sí mismos de que esto es cierto" o tienen una evidencia abrumadora de que una idea específica es válida en un rango específico. Pero nada en la ciencia puede ser verdaderamente probado. Siempre está sujeto a revisión.
En el modelo estándar, se predice que el momento dipolar eléctrico del neutrón es un factor de diez mil millones más grande de lo que muestran nuestros límites de observación. La única explicación es que de alguna manera, algo más allá del Modelo Estándar protege esta simetría de CP. Podemos demostrar muchas cosas en ciencia, pero nunca se puede demostrar que CP se conserva en las interacciones fuertes. Crédito de la imagen: obra de dominio público de Andreas Knecht
Esto no significa que sea imposible saber nada en absoluto. Por el contrario, en muchos sentidos, el conocimiento científico es el conocimiento más "real" que podemos obtener sobre el mundo. Pero en la ciencia, nada se ha probado más allá de una sombra de duda. Como el propio Einstein dijo una vez:
El teórico científico no debe ser envidiado. Porque la Naturaleza, o más precisamente la experimentación, es un juez inexorable y poco amigable de su trabajo. Nunca dice "Sí" a una teoría. En los casos más favorables dice "Tal vez", y en la gran mayoría de los casos simplemente "No". Si un experimento concuerda con una teoría, significa para este último "Quizás", y si no está de acuerdo, significa "No". Probablemente, cada teoría experimentará algún día su "No" -la mayoría de las teorías, poco después de la concepción.
La idea de unificación sostiene que las tres fuerzas del Modelo Estándar, y tal vez incluso la gravedad a energías más altas, están unificadas en un solo marco. Esta idea es poderosa, ha llevado a una gran cantidad de investigación, pero es una conjetura completamente no probada. Sin embargo, muchos físicos están convencidos de que este es un enfoque importante para entender la naturaleza. Crédito de la imagen: © ABCC Australia 2015 www.new-physics.com
Así que no trates de probar cosas; trata de convencerte a ti mismo. Y sé tu crítico más severo y tu mejor escéptico. Toda teoría científica algún día fracasará, y cuando lo haga, anunciará una nueva era de investigación y descubrimiento científico. Y de todas las teorías científicas que hemos propuesto, las mejores tienen éxito durante la mayor cantidad de tiempo posible y en los mayores rangos posibles. En cierto sentido, es mejor que una prueba: es la descripción más correcta del mundo físico que la humanidad jamás haya imaginado.
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.
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