Divulgación Sobre el origen de las Teorías físicas vigentes en la actualidad

[Emilio Rey]

Me gustaría poder distinguir aquellas Teorías que provienen de la experiencia, intuición física, demostración experimental de la misma de aquellas otras que son deducidas a partir del uso matemático e interpretadas en sentido matemático. También me gustaría distinguir aquellas que tienen un carácter explicativo en si mismas de aquellas aquellas que otras que solo predicen el resultado

[Jaime Rudas]

Re: Sobre el origen de las Teorías físicas vigentes en la actualidad

Me gustaría poder distinguir aquellas Teorías que provienen de la experiencia, intuición física, demostración experimental de la misma de aquellas otras que son deducidas a partir del uso matemático e interpretadas en sentido matemático. También me gustaría distinguir aquellas que tienen un carácter explicativo en si mismas de aquellas aquellas que otras que solo predicen el resultado

Si hablamos de teorías científicas, mi opinión es que no hay tal diferenciación; o sea, en todas ellas se conjugan la experiencia, la intuición, la experimentación y el aparato matemático con el carácter explicativo y predictivo.

[Emilio Rey]

Re: Sobre el origen de las Teorías físicas vigentes en la actualidad

De acuerdo en que de alguna manera en que intervienen todas (la experiencia, la intuición, la experimentación y el aparato matemático ) Pero para mi el orden en que interviene no es irrelevante pues condiciona la visualización de los conceptos y el próximo paso a seguir en la investigación.
Por ejemplo: (desconozco como fue el proceso realmente) Einstein tiene en un día bueno la intuicion de que la masa tiene un valor en energía igual a su producto por la velocidad de la luz al cuadrado. A continuación somete la intuición a la experimentación y le dice que es correcta. A partir de introduce mc2 en toda la formulación y la examina contemplando la realidad de una manera nueva que le abre a un mundo nuevo y lleno de sugerencias.
Supongamos que el descubrimiento se produce ahora de la siguiente manera: Einsten un día observa que las partículas más veloces pierden masa, experimenta y determina que la perdida de masa es proporcional a la masa y a una constante. (Supongamos que en ese momento se desconoce la velocidad de la luz) y lo relaciona con la energia. La formula funciona pero no es completamente explicativa ya que desconoce el origen de la cte y ademas que esa constante es el resultado de otra constante al cuadrado. Las siguientes investigaciones irán dirigidas a determinar el valor de dicha constante
En el primer caso entiendo que la información explicativa que proporciona la formula es bastante completa mientras en el segundo es parcial

[arivasm]

Re: Sobre el origen de las Teorías físicas vigentes en la actualidad

Einstein tiene en un día bueno la intuicion de que la masa tiene un valor en energía igual a su producto por la velocidad de la luz al cuadrado. A continuación somete la intuición a la experimentación y le dice que es correcta. A partir de introduce mc2 en toda la formulación y la examina contemplando la realidad de una manera nueva que le abre a un mundo nuevo y lleno de sugerencias.

La ciencia nunca funciona de esa manera.

Por aquello de tratar este caso particular, el origen del famoso $E=mc^2$ no es una intuición, casi en la línea de este famoso chiste:

Tampoco es la experimentación realizada directamente por el descubridor, en el sentido de que Einstein no era un físico experimental, sino teórico.

El proceso es bastante más sutil y complejo. Por simplificarlo, digamos que las leyes del electromagnetismo, que proceden de leyes experimentales de las que seguramente conoces la de Coulomb, tenían un problema serio de compatibilidad con las leyes de Newton. Digamos que si estas últimas eran absolutamente válidas entonces fracasaban las primeras y viceversa. Einstein, optó por explorar el camino de otorgar plena validez a las leyes del electromagnetismo e investigar cómo afectaba eso a la mecánica. La consecuencia fue descubrir que entre las implicaciones estaba que las transformaciones de coordenadas entre sistemas en movimiento relativo uniforme deberían ser diferentes, jugando la velocidad de la luz (es decir, la de las ondas electromagnéticas, cuya física viene descrita por la leyes del electromagnetismo) un papel esencial.

El siguiente paso de esa exploración (que tampoco era por una idea feliz, sino deducción pura) llevó a que el momento lineal, que en la física newtoniana era un simple $\vec p=m\vec v$ tomaba una forma "parecida": $\vec p=\dfrac{m\vec v}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ (el "parecida" hace referencia a que para las velocidades ordinarias, en las que $v\ll c$ entonces la raíz del denominador es prácticamente 1 y regresamos al caso newtoniano). Al trasladar esa expresión a la demostración de la energía cinética de una partícula, $\Delta K=\int_0^v\vec v\cdot\dd\vec p$, resulta que en vez del famoso $K=\frac{1}{2}mv^2$ se obtiene $K=\dfrac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}-mc^2$.

Como ves, ahí está el famoso $E=mc^2$, que surge de interpretar la expresión anterior como que al ganar velocidad la partícula aumenta su energía desde $E_0=mc^2$ hasta $E=\dfrac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$. Einstein, además de la genialidad que implica todo el proceso anterior (y no me refiero a la demostración, pues no deja de ser pura matemática, sino de tener la osadía de apostar por las leyes del electromagnetismo como fundamentales y encontrar qué implicaciones supone) tuvo la genialidad de comprender que eso significa que la masa es una forma de energía.

Por supuesto, para sentir la maravilla del camino seguido por Einstein es necesario tener un mínimo de conocimientos de Física. En realidad sucede lo mismo con cualquier otra forma de satisfacción intelectual. A menudo las películas o la mala divulgación dibujan la imagen del científico como un tipo "inspirado", sin más, ignorando que eso simplemente no tendría cabida en la ciencia. Recuerdo una carta escrita en un periódico donde una persona claramente poco formada decía con amargura que no entendía cómo se le daba tanto reconocimiento a Stephen Hawking cuando un vecino de su pueblo decía prácticamente las mismas cosas. Dejando aparte que es francamente dudoso que esto último fuese así, ignoraba una diferencia fundamental: Hawking no publicaba inspiraciones ni ideas felices, sino sesudas deducciones o inducciones y ajustándose a una regla de juego fundamental: que cualquier otro científico que posea los conocimientos adecuados las puede contrastar. Es decir, no por un simple argumento de autoridad ("Lo dijo el Profesor Fulanito y con eso basta").

Por cierto, el mundo de la ciencia experimental también tiene reglas de juego igualmente duras: los descubrimientos deben ser replicables por cualquier otro. Tampoco son "eurekas".

[Jaime Rudas]

Re: Sobre el origen de las Teorías físicas vigentes en la actualidad

De acuerdo en que de alguna manera en que intervienen todas (la experiencia, la intuición, la experimentación y el aparato matemático ) Pero para mi el orden en que interviene no es irrelevante pues condiciona la visualización de los conceptos y el próximo paso a seguir en la investigación.
Por ejemplo: (desconozco como fue el proceso realmente) Einstein tiene en un día bueno la intuicion de que la masa tiene un valor en energía igual a su producto por la velocidad de la luz al cuadrado. A continuación somete la intuición a la experimentación y le dice que es correcta. A partir de introduce mc2 en toda la formulación y la examina contemplando la realidad de una manera nueva que le abre a un mundo nuevo y lleno de sugerencias.
Supongamos que el descubrimiento se produce ahora de la siguiente manera: Einsten un día observa que las partículas más veloces pierden masa, experimenta y determina que la perdida de masa es proporcional a la masa y a una constante. (Supongamos que en ese momento se desconoce la velocidad de la luz) y lo relaciona con la energia. La formula funciona pero no es completamente explicativa ya que desconoce el origen de la cte y ademas que esa constante es el resultado de otra constante al cuadrado. Las siguientes investigaciones irán dirigidas a determinar el valor de dicha constante
En el primer caso entiendo que la información explicativa que proporciona la formula es bastante completa mientras en el segundo es parcial

Como bien lo explica Arivasm, la ciencia no funciona así, sin embargo, a gracia de discusión, trataré de mostrar por qué opino que, en realidad, no hay condicionamiento. Fíjate que la situación bien pudo ser la contraria:
Einstein tiene en un día bueno la intuición de que la masa tiene un valor en energía igual a su producto por una constante. A continuación somete la intuición a la experimentación y le dice que es correcta. (Supongamos que en ese momento se desconoce la velocidad de la luz) y lo relaciona con la energía. La formula funciona pero no es completamente explicativa ya que desconoce el origen de la constante y, además, que esa constante es el resultado de otra constante al cuadrado. Las siguientes investigaciones irán dirigidas a determinar el valor de dicha constante

Supongamos que el descubrimiento se produce ahora de la siguiente manera: Einstein un día observa que las partículas más veloces pierden masa, experimenta y determina que la pérdida de masa es proporcional a la masa y a la velocidad de la luz al cuadrado. A partir de esto, introduce mc2 en toda la formulación y la examina contemplando la realidad de una manera nueva que le abre a un mundo nuevo y lleno de sugerencias.

[JoseEnrique]

Leí la biografía de Einstein de walter isaacs, libro muy entretenido, y el autor lo deja muy claro, Einsten tenía intuiciones a las que luego trataba de dar respetabilidad matemática.