domingo, 11 de octubre de 2009

Maxwell, sacúdete en tu cripta

Esto pasó hace algunas semanas y quiero escribirlo ahora que todavía lo tengo fresco. Pido disculpas por adelantado a los que lean este post y no sean físicos. Si hay partes que no traduzco es para poder transmitir mejor el sentido de lo que se dijo.


Una tarde del último Setiembre, durante mi estancia en Fermilab, estaba sentado frente a mi escritorio, haciendo quién sabe qué, cuando comencé a escuchar la siguiente conversación, que estaba teniendo lugar en alguna de las otras oficinas:

Bogdan: No, no encuentro nada incorrecto con tu argumento, pero habría que verlo con más cuidado...
Extraño: (respuesta ininteligible)
Bogdan: Bueno, tal vez podrías preguntarle a Chris Quigg, él fue alumno de Jackson. (Nota para físicos: sí, J.D. Jackson, el autor de "Classical Electrodynamics")
Extraño: (otra respuesta ininteligible)

Después de eso, escuché pasos por el pasadizo del departamento, desde la oficina de Bogdan en dirección a la mía. No pude resistir la tentación de voltear a ver quién había sido la otra persona en la conversación. Craso error: bastó un fugaz contacto visual para que el susodicho -un hombre alto de unos cincuenta años, vestido a la manera de controlador de vuelo de la NASA en los setentas- se detuviese en el pasillo, se acercara a la oficina que comparto con dos visitantes más (Jacobo y Roger, pero Jacobo ya se fue) y a manera de presentación preguntara:

"Do any one of you guys happen to know classical electrodynamics?"

Roger, Jacobo y yo nos miramos como diciendo "¿y éste de dónde salió?". Desafortunadamente (para mí), mi escritorio es el que está más cerca a la puerta, que es donde estaba apoyado el personaje, así que mientras que mis dos compañeros de oficina hábilmente regresaron sus miradas hacia lo que estaban haciendo antes de la interrupción, a mí no me quedó más opción que responder con un tentativo "sure...".

Ahora, la electrodinámica clásica es un tema que todos los físicos estudian durante la carrera y el posgrado, como parte de su formación, pero muy poca gente sigue investigando en el tema, así que mi respuesta completa fue algo como: "sí ... pero realmente no trabajo en eso...". Es como que a un médico le toquen la puerta del consultorio un extraño y le pregunten "doctor, ¿de casualidad sabe cómo funcionan los tendones?". Con el mismo entusiasmo de su primera pregunta, nuestro visitante exclamó:

"Ah, can I show you something then? I believe I have found an inconsistency in Maxwell's equations."

Un poco de contexto es necesario aquí. Las ecuaciones de Maxwell, conocidas desde 1861, son un grupo de cuatro ecuaciones que describen todos los fenómenos relacionados con la electricidad, la luz, el magnetismo y cualquier otro fenómeno relacionado con ondas electromagnéticas. Pero las ecuaciones de Maxwell sólo son válidas bajo ciertas circunstancias: el hecho de que estas circunstancias sean las que ocurren en la gran mayoría de fenómenos de la vida diaria y no tan diaria hace que las ecuaciones sean muy útiles. Estas ecuaciones han sido estudiadas a fondo por casi ciento cincuenta años: la tecnología actual es en gran medida fruto de ellas. Cuando nos salimos de la región de validez de esta teoría, tenemos otra, más fundamental, que explica lo que sucede en esos casos -la electrodinámica cuántica- y las predicciones de ésta son aún más precisas que las de la electrodinámica clásica (dentro de su rango de validez, claro). Mientras la electrodinámica clásica trata sobre "ondas", su versión cuántica trata sobre "fotones" ("partículas de luz").

Así que cuando un extraño se para frente a tu puerta y te dice que cree haber encontrado una inconsistencia en las ecuaciones de Maxwell, inmediatamente miras el calendario para revisar que no sea Día de los Inocentes. Por eso Bogdan le dijo "pregúntale a Chris Quigg, que fue alumno de Jackson". El libro de Jackson ha servido por generaciones para educar a físicos alrededor del mundo en electrodinámica clásica. Si Jackson te dice que tu cálculo en electrodinámica clásica esta incorrecto, entonces duda primero de tu cálculo, luego de tu conocimiento de electrodinámica clásica y por último de Jackson.

Volviendo a nuestro personaje -que resultó ser un profesor de Física (no dejó claro si de secundaria o de primeros años de pregrado)- éste procedió a mostrarme su prueba. A mitad de su explicación, se detuvo para preguntarme dónde había aprendido electrodinámica clásica y, pensando que me preguntaba de qué libro había estudiado, le respondí que del Jackson. Pero él no quería saber eso, sino en qué lugar había estudiado el curso. Curioso.

No recuerdo el detalle, pero su prueba consistía en que, asumiendo ciertas condiciones sobre las propiedades de una onda de luz que atraviesa un agujero de cierto tamaño (y se difracta), obtenía valores de ciertas variables que no tenían sentido: densidades de energía menores que las que tendría un fotón de la misma frecuencia de la onda que atravesó el agujero. A primera vista, no encontré un error de cálculo. Sin embargo, cuando comienzas a describir las cosas en términos de fotones y no de ondas, sabes que las ecuaciones de Maxwell pueden fallar, porque no están diseñadas para describir la luz en términos de fotones. En esos casos, uno debe utilizar otra descripción de la luz (le sugerí que revisara estados coherentes).

No pude decirle más. El hombre arregló sus papeles, me agradeció y siguió caminando por el pasillo. Unos minutos después lo vi buscando gente en el resto de las oficinas. Me parece que encontró a un postdoc disponible, porque se quedo por allá buen rato.

¿Qué habrá estado pensando esta persona? Era fácil ver que esperaba que alguien le dijera: "¡Pero cómo no nos hemos dado cuenta de ésto! ¡Todo lo que creíamos hasta ahora estaba equivocado!" Pero, por otro lado, también pudo suceder que realmente no tenía a quién más preguntarle y la idea no lo dejaba dormir hacía semanas, así que decidió pasar por el Depto. de Teoría de Fermilab porque quizá le quedaba cerca. Roger y Jacobo me contaron de casos similares en Cd. de México y Madrid, así que el fenómeno no es aislado. Roger me contó de alguien que se acercó al departamento de Física proponiendo la existencia de una nueva partícula que resolvía todos los problemas de la física contemporánea, algo así como una piedra filosofal. La curiosidad y el deseo por aprender siempre ranquean muy alto en mi libro, pero no sé hasta qué punto estas personas quieren satisfacer su curiosidad y cuándo comienza su deseo de escuchar a "una autoridad" (no, yo no me cuento ahí) agradecerle por habernos abierto los ojos.

La experiencia, sin embargo, no me disgustó y, hasta cierto punto, me divirtió. También me dejó pensando en la posibilidad de que, alguna vez, una persona de fuera de la academia realmente encuentre algo relevante e importante, y que se le deje de lado por carecer de las credenciales usuales: pregrado, doctorado, publicaciones en revistas indexadas, etc. No quiero despotricar contra el sistema con el que funciona la Física porque, a pesar de no ser perfecto, funciona: la ciencia avanza (o por lo menos se mueve) y los mecanismos están diseñados usualmente para que el trabajo duro sea recompensado. Pero la cantidad de conocimiento que un físico debe conocer antes de poder hacer algún aporte importante es cada vez mayor y es poco probable que, fuera de una universidad o un centro de investigación, un individuo estudie de manera sistemática todo lo que necesita aprender. La comunidad académica, además, provee a los investigadores la oportunidad de discutir ideas con sus pares. Fuera de ella, un autodidacta difícilmente podrá sostener esos diálogos por la falta de interlocutores. Experiencias como ésta me recuerdan, desde una perspectiva distinta a la cotidiana, cuánto de estructura social hay en la ciencia.

16 comentarios:

Luciano dijo...

Me hace acordar mucho al anécdota que cuenta Johan sobre esa exposición en la que Pancho fulminó a un profesor de la UNI y su protégé, por afirmar un disparate relacionado también, creo, con la electrodinámica.

Sin embargo, eso de creerle al Jackson porque es el Jackson... no sé, me suena muy escolástico. Es cierto que su extensivo uso ha hecho que cualquier mínimo error haya sido pulido y corregido durante generaciones, pero eso también permite la existencia de cosas aceptadas por puro dogmatismo. En este momento (qué conveniente) no recuerdo el término exacto (y creo que está incluso en el mismo Quigg) pero hay una serie que, matemáticamente, no converge y que, sin embargo, se asume como convergente para que el resto de la teoría funcione. Es en esto de la renormalización de la masa, ¿lo recuerdas?

Mauricio Bustamante dijo...

Sí, me acuerdo también de esa. Pero la diferencia ahí era que el profesor y su alumno presentaban sus resultados en calidad de físicos, así que se exponían a la crítica del resto. Y bueno, ya sabes como puede ser Pancho si le presentan algo que sea una pachotada... (Yo también me he ganado con un "aquí todos tenemos algo que hacer" dicho a un expositor alguna vez.)

Sobre el Jackson, totalmente de acuerdo contigo. Los libros y las personas no son infalibles. Lo que escribí -de manera exagerada- era simplemenente una progresión práctica de sobre quién o qué dudar cuando se encuentra una inconsistencia en electrodinámica.

Sobre la renormalización de la masa o la carga, admito que es raro sumar y restar series no convergentes, pero finalmente cualquier cantidad física (masa o carga) termina con una predicción finita (en teorías renormalizables). Tal vez sea posible utilizar teorías no renormalizables para calcular cantidades -secciones eficaces, tiempos de vida- que sean finitas (a cualquier orden de perturbación), pero, si se puede, no sabemos cómo. La justificación final de por qué seguimos usando renormalización es que funciona para describir y predecir. Pero también aquí estoy de acuerdo contigo: el uso extensivo de algunos supuestos o de resultados puede hacer que terminen convertidos en una especie de dogma. Supongo que, a gran escala, aquí es donde entran los cambios de paradigma, para corregir el asunto.

El Tunche dijo...

Pero así no es como funciona la ciencia?
Con estos loquitos con afanes de notoriedad que contradicen los ¨dogmas¨ científicos de la época.
El 99.99% son tan solo esto, loquitos con afán de reconocimiento, pero siempre hay que estar atentos a ese ¨hereje¨ que rompera esquemas, y no quedar como los dogmatizados creyentes que se rieron de él.

En este caso, no entendí ni pio del tema en cuestión, pero la esencia supongo es la misma.

Mauricio Bustamante dijo...

¡Bienvenido, Tunche! Claro, de hecho que deberíamos estar pendientes de si aparece algo realmente importante de parte de uno de estos outsiders (me duele usar lenguaje con tintes politiqueros). El problema es que normalmente no lo tomarán en cuenta si no presenta sus ideas por los canales establecidos (conferencias, artículos en el repositorio en línea, etc). Y creo que es así como debe funcionar: la ciencia debe ser ordenada, tener protocolos, sociales y científicos, para que la comunidad confíe en que un trabajo que se presenta es serio o no. Sin embargo, sí, posiblemente alguna buena idea se pierda porque existen estos protocolos; de ahí mi comentario de que la forma en que funciona la Física no es perfecta.

Joel Jones Pérez. dijo...

Eso de las series es espectacular. Recuerdo un cálculo que usan en cuerdas... era una sumatoria de 1/n, con n yendo de uno a infinito. Esta serie es divergente. No estoy 100% seguro exáctamente cómo iba la cosa, pero decían "Miren, esta serie es un caso particular de una funcion Gamma (por decir un nombre), le podemos sacar el límite a esta función para el caso que nos interesa."

El resultado era -1/12.

Sí, si uno suma 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + ... = -1/12. A partir de entonces los empecé a llamar "supercuerdos."

Joel Jones Pérez. dijo...

Por otro lado, claro, lo que uno siempre busca es romper el esquema, pero para romperlo, es crucial conocer el esquema actual.

Si viene alguien que no sabe nada de cuántica y me dice "¡He encontrado un error en las Ecuaciones de Maxwell!" le diría "Compadre, chequea primero que eso no lo arregle la electrodinámica cuántica." Aún así, la electrodinámica cuántica tampoco funciona al 100%, hay que añadir luego las contribuciones electrodébiles.

Y si aún así no funciona, genial, sería una evidencia de supersimetría, seguro. ;-)

luciano dijo...

¡¿Qué?! Ahora les creo menos, aún.

Y acaso no es 1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + 1/5 + ... = i

Mauricio Bustamante dijo...

Jajaja, evidencia de supersimetría... Joel, compré el Aitchison de SUSY: me pareció que ya era hora de aprender. Ya te lo muestro en Diciembre.

Krsnik dijo...

despotrica hombre despotrica...

PS: la piramide "social" en la comunidad cientifica no es muy difernete de la politica cotidianda a la que estamos acostumbrados... si tienes bara la haces linda no importa que tan pavo seas, sino tienes bara (seas autodidacta o hayas descubierto algo relevante para la ciencia) lo mas probable es que tengas que conseguir una.

PS2: Seguramente ese hombre, necesitaba que alguien aclarace sus dudas, si es una autoridad mejor ya que es posible (pero -muy- poco probable) que le den la razon.

salu2

Mauricio Bustamante dijo...

Krsnik, por lo que he visto me parece mas bien que en la investigación en ciencia (por lo menos en Física, que es la que conozco), la vara y las relaciones públicas sólo te pueden llevar hasta cierto punto, más allá del cuál te moverás sólo si eres productivo en tu investigación o si trabajas en cosas interesantes. Tal vez en cargos más políticos (director de un instituto, decano) también influya la habilidad para relaciones públicas, pero para puestos de investigadores, sólo importa que la persona sea capaz de dar una charla.

Kresnik dijo...

Para cerrar con la anectodota de Pancho, el profesor de la UNI y su protégé: Ellos afirmaban que los fotones no tenian momento y proponian una serie de ecuaciones salidas de la electrodinámica para demostrarlo etc etc, despues de el "fusilamiento" (que propiamente no fue tal pero no puedo restarle gracia) Pancho llevo al profesor y a su protégé con Kevin (creo que asi fue) para demostrale (a traves de las pinzas opticas en las que trabajaba Kevin en ese entonces) que los fotones SÍ poseen momento (aunque pequeño en el rango visible y por supuesto depende de que con que lo comparen) y que era a traves de el que las pinzas opticas tenian principio.

salu2 muchahos

Joel Jones Pérez. dijo...

¿Que los fotones no tienen momentum????

Uhhh...

Si hablamos del fotón estamos hablando en un contexto cuántico. Entonces... estos fotones de la UNI, al no tener momentum, no tendrían tampoco energía... y por ende tampoco frecuencia...

Pero... ¿no se pusieron a pensar un poco en lo que hacían? ¿Qué cazzo estaban haciendo estos paparulos?

Krsnik dijo...

Joel la idea de narrar un poco el contexto no es con el afán de fusilarlos. En el area de materiales por ejemplo para describir la absorpcion fundamental de cristales se hace la aproximación de momento de fotones cero (bien justificada claro). Lastima que este no era su caso.

PS: Joel tienes bara? xD

salu2

Joel Jones Pérez. dijo...

¿Bara?

Es muy distinto usar una aproximación donde se lleva el momentum a cero, (comparado al momentum, masa o energía de algun otro objeto en el problema), que afirmar que un fotón, como objeto fundamental, no tiene momentum.

Anónimo dijo...

Bueno, entonces vale la siguiente aclaración: no se que querian probar exactamente pero estaban convencidos de la ausencia de momento en los fotones y mas aun se soprendieron cuando Pancho se los llevo a ver el trabajo de pinzas ópticas.

salu2

Krs

Paola dijo...

A mí también me pasó en mi despacho del IFIC: un día se asoma a la puerta un tío preguntando: "Is there any professor here?" A pesar de mi negación, nos preguntó si éramos expertos de bremstrahlung (o cómo se escriba, nunca lo aprendí). Reconozco que no me sentí en fuerzas como para empezar a discutir y muy cobardemente lo envié al despacho del postdoc del fondo :-).