Por Luis Paredes R. /  Doctor en Física Universidad de Berlín

 

Estética y física teórica

Las ciencias físicas en su particular intento de generar un modelo comprensible del mundo han desarrollado a través de su historia métodos de obtención de conocimiento científico con el cual ir contrastando las observaciones del mundo de tal manera de generar un texto y una imagen de este que se corresponda lógicamente con dichas observaciones. Hoy contamos con un método llamado método científico, un sistema que a través de sus instancias de objetividad, inteligibilidad y dialéctica nos dan una aproximación a esto que llamamos realidad física, entendiendo por ésta, en el decir de Albert Einstein, aquella realidad que es medible.

Pero lo que nos ocupa aquí es si en la búsqueda de estas realidades físicas, a través de los diferentes modelos, hay algo más que lógica e intuición matemática. En principio uno podría preguntarse si pueden esgrimirse razones estéticas para preferir un modelo sobre otro cuando ambos dan cuenta de igual manera de un conjunto de observaciones o si la emoción estética que provoca un conjunto de ecuaciones simétricas puede ser usada como un argumento de que se está en el “sendero correcto”.

La utilización de factores estéticos en la construcción de los senderos que llevan a los descubrimientos/invenciones de la ciencia ha sido de uso frecuente. A comienzos del siglo XX la introducción de estos factores fue clave en la aceptación de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, en consecuencia pareciera que el sentido de la belleza y el uso de la imaginación son elementos comunes, tanto al desarrollo de la ciencia, como del arte.

“Einstein va aún más lejos al afirmar que para realizar un descubrimiento científico se necesita un cierto estado de “enamoramiento” y en este sentido es ya clásico el ejemplo de Erwin Schrödinger, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, descubridor de la famosa ecuación que hoy lleva su nombre y cuya inspiración, según el mismo lo contara años más tarde, le fue dada cuando se encontraba en una aventura amorosa en los Alpes suizos con su amante”.

El caso Dirac

Para Paul Dirac, uno de los físicos importantes en el desarrollo de la mecánica cuántica, los conceptos de belleza, simplicidad y armonía debían jugar también un rol primordial llegado el momento en que al estar en la frontera del conocimiento uno buscaba, en medio de la oscuridad, un sendero que finalmente llevara a la luz de un descubrimiento. El propio Dirac pudo predecir, siguiendo este tipo de argumentos, la existencia de la antimateria confirmada años más tarde.

En este mismo sentido Paul Dirac, usando principios de simetría y simplicidad de un alto contenido estético descubrió las leyes de la mecánica cuántica relativista, la cual es una generalización de la mecánica cuántica que se hace absolutamente necesaria para comprender el comportamiento de las partículas que viajan con velocidades próximas a la de la luz, es decir, de 300 mil kilómetros por segundo. Siguiendo por este camino y a la luz de los éxitos obtenidos, Dirac posteriormente y también por razones estéticas modifica las ecuaciones de Maxwell (conjunto de cuatro ecuaciones que describen totalmente los fenómenos electromagnéticos) para hacerlas más simétricas. No obstante, este exceso de simetría impuesto sobre el conjunto de ecuaciones implicaba la existencia de una nueva partícula que se denominó monopolo magnético, el cual a pesar de la gran búsqueda experimental que se ha hecho de ella aún no se ha encontrado. Aquí, entonces, la bella teoría de Dirac no funciona.

Paul Dirac (1902-1984)   físico británico que contribuyó de forma fundamental al desarrollo de la mecánica cuántica y la electrodinámica cuántica. Ha sido considerado un genio de su tiempo, a la altura de Newton o el mismo Einstein. Compartió el premio Nobel de física de 1933 con Erwin Schrödinger, por el descubrimiento de nuevas formas productivas de la teoría atómica. De personalidad tímida y a momento controversial, su obra parece estar recientemente siendo considerada (Nota del Editor)

Si nos remontamos a comienzos del siglo XVII, Galileo había consignado que el sol tenía manchas sobre su superficie y Kepler había mostrado que las órbitas de los planetas en torno al sol eran elipses en vez de círculos perfectos y, en este sentido, se habían perdido las posiciones del disco solar sin mácula y el círculo como privilegiados tanto desde el punto de vista filosófico como estético. No obstante, el concepto de belleza se había desplazado desde las soluciones hasta los principios más generales de los cuales se deducen estas soluciones que pronto se encontrarían en las ecuaciones de movimiento de Isaac Newton. Tenemos así un caso de traslación de la belleza.

Pronto los científicos se dieron cuenta de que esto es necesariamente así. El valor estético de un conjunto de ecuaciones siempre será más alto que el de sus soluciones y esto debido al hecho de que se necesita de un conjunto de condiciones iniciales o de frontera para obtener dichas soluciones; en consecuencia, dichas soluciones tendrán un menor número de simetrías que el conjunto de ecuaciones originales y, de aquí, que su valor estético sea menor.

“Dirac, en el año 1963 declaraba que la belleza de las ecuaciones es más importante que su acuerdo experimental. Esta afirmación claramente opuesta al empirismo de la época reivindicaba la intuición física y los criterios estéticos como factores directores en la búsqueda de la comprensión del mundo. Quizás es en este sentido que puede afirmarse que el camino a la Verdad pasa por el reino de la Belleza”.

Dirac fue un gran defensor del valor estético como criterio confiable para buscar realidades más allá de lo aparente lo que le da a la realidad un cierto carácter de uniformidad y de accesibilidad a través de otras formas de acercamiento que también implican creatividad e imaginación. Este ha sido el camino que han seguido todos aquellos que ven posibilidades de que la ciencia, el arte y la literatura puedan generar espacios de acción convergentes que permitan una mejor comprensión del mundo en que vivimos.

El caso Einstein

Sabido es que el año 1905 Albert Einstein publica su trabajo Zur Elektrodynamik Bewegter Körper (Sobre la Electrodinámica de los Cuerpos en Movimiento), obra fundamental de su pensamiento en la cual exponía lo que hoy se conoce como relatividad especial. La electrodinámica trata de la evolución temporal de sistemas en los cuales interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento. Es interesante notar que Einstein comienza este trabajo haciendo mención a ciertas asimetrías que no parecen ser propias de los fenómenos descritos. Nuevamente aquí tenemos el argumento estético.

En este trabajo la audacia de Einstein adquiere un elevado vuelo debido a que, por una parte, desafía los conceptos tradicionales de espacio y tiempo y, por la otra, el concepto filosófico imperante en la época que es el empirismo. Hasta este momento cada vez que se tenían desacuerdos entre la teoría y las observaciones se abandonaba entonces la teoría, pero nunca se dudaba de los conceptos. Heisenberg, el creador del principio de incertidumbre que lleva su nombre, uno de los pilares de la mecánica cuántica, en una carta a Einstein decía que la naturaleza nos conducía a formas matemáticas de gran belleza y simplicidad que nos hablaban de una característica real de esta y, en consecuencia, la introducción de criterios estéticos adquiría plena validez en la búsqueda de la comprensión del mundo.

Volvamos al trabajo de Einstein del año 1905. Hablábamos de la constatación de ciertas asimetrías formales y no en algún problema que hubiese surgido por la no correspondencia entre la teoría y algún dato observacional. Es curioso esto debido a que en muchos textos de física se enseña que el célebre resultado negativo del experimento de Michelson y Morley que pretendía medir el desplazamiento relativo de la Tierra respecto del éter estuvo en la génesis de la teoría de la relatividad. Sin embargo, el trabajo de historiadores de la física del siglo XX y, en particular, de aquellos que tuvieron acceso a los documentos de Einstein al cumplirse en el año 2005 los cien años de la relatividad, muestran claramente que fueron argumentos estéticos los que siguió Einstein en la génesis de su primera obra cumbre y en absoluto la no correspondencia entre los resultados de la teoría y las observaciones del experimento citado. Adicionalmente a esto cabe notar el hecho de que la teoría del electrón de Lorentz incluía once hipótesis ad-hoc, en cambio la teoría de Einstein, aparte de dos hipótesis básicas incluía cuatro hipótesis auxiliares, ninguna de ellas ad-hoc.

Un aspecto interesante a considerar es la profunda convicción que Einstein mostraba respecto de los argumentos estéticos y de la profunda base en la cual sentía que estaba su teoría. Cuando en el año 1925 supo que se había hecho un nuevo experimento en el cual se mostraba ahora un resultado positivo para el experimento de Michelson, lo que sin duda era un problema para su teoría de la relatividad, sólo comentó que estaba seguro de que el resultado positivo se debía a un error de temperatura, hecho que fue corroborado muchos años después en 1955.

Cabe destacar que lo que nos muestra el desarrollo de la Teoría de la Relatividad es que cuando hay una revolución en ciencia, el compromiso adoptado por los científicos en ese momento revolucionario está en gran medida basado en la intuición física con respecto a los conceptos que pueden adscribirse a lo que se llama realidad. Finalmente es el tiempo y las investigaciones hechas las que van determinando el carácter de dicha realidad. Hay ejemplos exitosos en la ciencia y la relatividad es uno de ellos aún cuando cabe destacar que también existen ejemplos no exitosos como la Teoría del Estado Estacionario propuesta el año 1948 por Fred Hoyle, Thomas Gold y Hermann Bondi la cual pretendía dar una explicación alternativa al modelo del Big Bang diciendo que el universo se mantenía uniforme en el espacio y en el tiempo. Finalmente el Big Bang terminó imponiéndose como modelo de creación del universo. Durante el año 2001 en una conferencia dada por Hermann Bondi en Cardiff acerca de la evolución de su pensamiento tuve la oportunidad de preguntarle acerca de las motivaciones que habían llevado a la propuesta del estado estacionario como mecanismo alternativo al big bang, a lo cual Sir Hermann Bondi me respondió que una de las principales era el argumento estético ya que un universo perenne estaba asociado para sus autores a un concepto de eterna belleza.

 


Como argumento final en contra de la idea establecida de que el experimento de Michelson y Morley estuvo en la génesis de la Teoría de la Relatividad puede citarse la conversación sostenida por el físico Robert S. Shankland en el año 1950 y citada por Abraham Pais en su libro El señor es sutil, la vida y la ciencia de Albert Einstein, en el cual narra que fue el propio Einstein quien le comentara al físico Shankland que los resultados experimentales que más habían influido en el para la generación de la relatividad eran las observaciones sobre la aberración estelar (1727) y las mediciones de Fizeau (1851) de la velocidad de la luz en agua en movimiento y que esto había sido suficiente.

 

Einstein nunca desconoció el valor de la epistemología en su relación con la ciencia llegando a decir que el científico podría parecer a los ojos de un epistemólogo como un oportunista inescrupuloso ya que aparecía como realista cuando buscaba describir un mundo independiente de los actos de percepción, aparecía como idealista cuando concebía las teorías como invenciones libres del espíritu humano sin deducción lógica de los datos experimentales, aparecía como positivista cuando consideraba sus teorías como justificadas solamente en la medida en que proveen una representación lógica de las relaciones entre experiencias sensoriales. Aparece incluso el científico como platónico o pitagórico en tanto considera la simplicidad lógica como un punto de vista indispensable y efectivo como herramienta en su investigación.

 

“El propio Einstein declaró en más de una oportunidad que fueron sus conversaciones sobre física, filosofía y estética con su amigo de la juventud, Michel Besso, las que lo condujeron a la génesis y desarrollo de la Teoría de la Relatividad. En las cartas que se intercambiaron hasta el final de sus días hay continuas referencias a la música, en particular a Bach, Mozart y Beethoven. El platonismo estaba con frecuencia en las conversaciones que sostuvieron en el tiempo llevando a Einstein a considerar la belleza como una parte intrínsecamente necesaria para el desarrollo de las teorías científicas”.

 

 

Una aproximación final.

Desde el nacimiento del pensamiento, la natural inquietud humana lo ha llevado a preguntarse por el trasfondo final del mundo fenoménico en el cual vivimos. La búsqueda de este sentido trascendente de las cosas que habitan el mundo y del mundo que habita en las cosas, ha sido generado por la esperanza de que detrás de esta realidad exista un mundo menos efímero que facilite nuestra comprensión acerca del porqué de nuestro vivir, ligado indisolublemente a nuestro fin como seres para la muerte en el decir de Heidegger.

En la búsqueda antes señalada el camino indicado por Dirac y Einstein con sus intuiciones y fondos estéticos permiten que el pensamiento acceda directamente a las leyes de los fenómenos, leyes que evidentemente forman parte de esa realidad menos efímera. De este modo obtenemos respuestas parciales al tema de la estructura final de la naturaleza y su realidad asociada más allá de lo aparente y lo efímero.

En este caminar de las ciencias físicas hacia el pensamiento abstracto nos volvemos a encontrar nuevamente con aquellas problemáticas de la filosofía que nos acompañan desde la era presocrática y estas guardan relación, entre otras, con el nacimiento y futuro del universo. Y es a través de este mismo pensamiento abstracto, que al ser usado como una herramienta en el intento de acceder a las más profundas realidades de la naturaleza, que finalmente podremos encontrarnos con nuevas e imaginativas formas de acceder a la realidad, tal como ocurrió con el devenir de las ideas de pensadores como Einstein y Dirac.