¿La física explica algo?

Acabo de terminar de estudiar a fondo el temario sobre el electromagnetismo de los libros recomendados por la UNED: Física Universitaria Vol.2 SEARS • ZEMANSKY, y Física para la ciencia y la tecnología de Tipler Mosca Vol.2

Para finalizar este estudio, como no puede ser de otro modo, se introducen las ecuaciones de Maxwell; y con ello, junto con la introducción de las ondas electromagnéticas, se pretende dar por finalizado el estudio.

Sin embargo, a mi me ha dejado un amargo sabor de boca: ¿realmente me han dado alguna respuesta sobre el porqué del electromagnetismo? Me explico:

A la derecha están las famosas ecuaciones de Maxwell. Aunque no sea obvio, todas las relaciones básicas entre campos y sus fuentes

están contenidas en las ecuaciones de Maxwell. La ley de Coulomb se deduce de la ley de Gauss, la de Biot y Savart se deduce de la de Ampère, y así sucesivamente. Y cuando se agrega la ecuación que define los campos en términos de las fuerzas que se ejercen sobre una carga puntual q:

¡se tienen todas las relaciones fundamentales del electromagnetismo!

Mediante estas expresiones matemáticas se consigue el soporte necesario para dar cuenta descriptiva de todos los fenómenos electromagnéticos. Sin embargo, a mí todo esto no me explica nada. Sólo me describe el modo regular en que los fenómenos electromagnéticos aparecen en el mundo. Y soy consciente de que todo este trabajo también conforma una base teórica importante sobre la que descansan otras importantes teorías (como la relatividad). Y que es sin duda también una herramienta muy útil con la que poder prever el comportamiento futuro de todos estos fenómenos concretos...¡pero es que no me da ni un solo porqué del fenómeno en sí!

Cargas, fuerzas, y conservación.

Según se comprueba experimentalmente, hay exactamente dos tipos de carga eléctrica. Benjamín Franklin (1706-1790) sugirió denominar a estos dos tipos de carga: carga positiva y carga negativa.

También se observa la ocurrencia de fuerzas eléctricas entre dos cargas puntuales, las cuales son directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

( Ley de Coulomb)

Y, además, tenemos una ley de conservación de la carga eléctrica: La suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.

Pero: ¿por qué es todo esto así y no de otro modo? ¿cual es el origen de estos fenómenos observados? ¿cómo explicar por qué todo esto ocurre de la manera que ocurre?

Es decir:

Se observan inicialmente fenómenos de repulsión y atracción entre cuerpos, y simplemente se propone un modelo donde existen dos, y sólo dos, tipos de "cargas". Lo podrían haber llamado dos tipos de "colores" (como se hizo luego para explicar la interacción entre los quarks), y en lugar de carga negativa y positiva, lo podrían haber llamado color amarillo y rojo.

Esto, que parece una tontería, nos indica, sin embargo, la enorme arbitrariedad tras la teoría electromagnética. ¿Qué es la carga (color)? Ni idea, no se da ninguna explicación al respecto. Simplemente se propone que esa carga existe, que son sólo de dos tipos, y que las partículas poseen dicha carga (color).

Pero realmente podría haber sido de otra forma. Realmente podría no haber existido esta propiedad de la materia: ¿por qué entonces existe, y por qué se comporta tal y como la observamos comportarse?

Luego, se propone que la responsable de las fuerzas de repulsión o atracción experimentadas, se deben a la diferente proporción de cargas de los cuerpos implicados. Y se establece que esa fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa: ¿por qué? ¿por qué no inversamente proporcional al cubo de la distancia? ¿cual es el origen de esa fuerza? ¿por qué la diferencia de carga produce diferencia en el modo de interacción? No lo explican. No explican nada.

Modelo estándar de física de partículas.

Sin duda existe un gran esfuerzo científico por dar respuesta a estas preguntas, y la propuesta que más fruto (parcial) ha conseguido es el llamado Modelo estándar.

Este modelo pretende explicarlo todo exclusivamente en base a interacciones entre partículas. En el caso del electromagnetismo, el campo de fuerza generado sería causado por el intercambio de ciertas partículas llamadas fotones. Y me parece bien pero, ¿qué son los fotones en sí? ¿por qué causan que esa fuerza que generan sea proporcional al cuadrado (y no al cubo, o a la cuarta) de la distancia que separa a los cuerpos que emiten y captan dichos fotones?

Teoría de cuerdas.

Para responder a las deficiencias explicativas del modelo estándar (que son muchísimas) existen varias líneas de investigación abiertas hoy día. La más importante (o al menos la más famosa) es la Teoría de cuerdas. Existen muchas variantes de la teoría de cuerdas, y aún no hay evidencia empírica de la validez de ninguna de ellas pero, aún suponiendo que alguna de estas variantes de la teoría de cuerdas fuese la verdadera y ansiada Teoría del Todo, ¡aún seguiría sin explicar nada!

A grosso modo, podemos decir que la teoría de cuerdas se basa en el postulado de que todas las partículas del modelo estándar no son entes puntuales y básicos, sino que son sólo la expresión de un tipo más básico de estructura llamado cuerda o filamento. Y las diferencias observadas en las partículas no serían más que diferencias en el modo en el cual se encontrarían vibrando estas cuerdas. Diferentes vibraciones en las cuerdas, darían lugar a partículas con propiedades distintas. Este sería el caso, por ejemplo, del fotón, que no sería más que un modo determinado en que las cuerdas pueden vibrar en un universo de 11 dimensiones.

Muy bien pero, ¿por qué? ¿por qué existen estos filamentos básicos y por qué son como son y no de otro modo? ¿por qué cuando vibran de cierto modo dan lugar a ese fenómeno que relacionamos con el fotón y no a otra cosa? ¿qué son esas cuerdas en sí?

El problema podría no ser temporal.

Aunque hay muchas esperanzas de que todo se logre comprender con el paso del tiempo, yo personalmente creo que el día que se logre (si se logra) alcanzar la deseada Teoría del Todo, se alcanzará al mismo tiempo la comprensión de que es inútil pretender que podemos explicar (y no sólo describir y prever) los fenómenos del mundo. Y es que, aunque nadie duda de que se da en la ciencia física una regresión explicativa basada en la reducción de fenómenos, no se entiende, o no se quiere entender, que esta regresión es lógicamente infinita. Que no hay modo de detenerse y decir: "y esto es todo".

La carga es representación del intercambio de ciertas partículas, que son representación de ciertas cuerdas vibrando de un modo determinado, que serán luego representación de otra cosa, y así ad infinitum. El problema podría no ser temporal.

Tras varios siglos de ciencia, ya debería ser evidente que debe llegar un momento en que la física debe ser explicada ella misma en términos no físicos, y que si nos negamos a ir más allá, sólo nos queda una regresión reduccionista sin fin. Pero se puede entender esta reticencia, porque es precisamente en el momento en que llegamos y nos planteamos seriamente la meta-física, cuando somos conscientes de la futilidad de todo nuestro pretendido potencial de "conocimiento".

Y es alrededor de esta incapacidad más o menos implícita, donde se ha forjado una estúpida lucha mediática entre ciencia física y religión. Los primeros se resisten a aceptar la realidad de su limitado alcance explicativo, y los otros se creen que la creencia ciega e irracional en una tradición cultural aleatoria es la respuesta al problema. Es muy probable que el problema no tenga solución, y que lo único que nos quede sea una honesta capitulación. Aceptar lo que ya grandes filósofos de renombre vaticinaron hace siglos: que el verdadero conocimiento es imposible.

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(23/03/2015 13:04) 

Edito para añadir un interesante debate sobre este tema que se ha mantenido en un grupo de facebook llamado Filósofos de la biología. Uno de los participantes en el debate es el catedrático de filosofía Antonio Diéguez Lucena:

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  Antonio Diéguez Lucena Creo que estás utilizando de forma mezclada diferentes nociones de explicación. La ciencia trata de explicar fenómenos, y para ello puede utilizar leyes, como las del electromagnetismo de Maxwell, aunque también hay otras formas de explicación de fenómenos, como, por ejemplo, su subsunción bajo modelos. En cambio, no sé si tiene mucho sentido pedirle a la ciencia que explique "el porqué del electromagnetismo". Lo más que puede hacer la ciencia en ese caso es ofrecer un modelo teórico que muestra cómo el electromagnetismo se desgajó como fuerza independiente de la fuerza electrodébil en un momento determinado de la evolución del Universo.
  Por otra parte, no toda explicación responde a una "pregunta por-qué". También hay explicaciones que responden a las preguntas "cómo sucedió de hecho", "cómo fue posible", "cómo es plausible que sucediera". El conocido ‘modelo estándar’ en cosmología, por ejemplo, explica cómo comenzó posiblemente el Universo, no por qué comenzó. El modelo de bicapa lipídica para la membrana celular explica cómo plausiblemente dicha membrana permite el flujo de ciertas sustancias y no de otras, no por qué funciona de ese modo. El modelo cinemático de Michaelis-Menten explica cómo de hecho la velocidad de las reacciones enzimáticas varía en ciertas circunstancias, no por qué lo hace así.
  Por eso, en un trabajo ya publicado he propuesto entender la explicación científica en un sentido amplio como una respuesta a una pregunta (no necesariamente a una pregunta por-qué) suscitada en un contexto científico que proporciona una mejor comprensión de algún fenómeno o conjunto de fenómenos. Esta definición amplia permite incluir fácilmente a los modelos como herramientas explicativas. Si hay algo en común en el modo en que explican los diferentes tipos de modelos es esto: la explicación aumenta nuestra comprensión del sistema representado por el modelo.

  
  
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  Samu Muchas gracias por tu comentario, Antonio Diéguez Lucena. Comparto todo lo que dices, pero no me negarás que cuando alguien busca una explicación sobre los fenómenos del mundo, busca precisamente respuesta al porqué de dicho fenómeno. Sin duda hay otros modos de "explicar" cosas, pero cuando uno estudia física, lo que quiere es comprender por qué las cosas son como son y no de otro modo. Y eso es lo que yo intento expresar con el artículo: que cuando uno se pregunta por cualquier por-qué del mundo, se enfrenta necesariamente a una regresión reduccionista infinita que sólo puede parar atendiendo a una meta-física...una metafísica que por otra parte podría no ser accesible al conocimiento.
  
  Un saludo.

  
  
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  Antonio Diéguez Lucena En eso tienes razón. Por eso quizás sea a veces conveniente una cierta austeridad a la hora de plantear preguntas 'porqué'. No todas son igualmente legítimas. Por ejemplo, es muy dudoso que sea una pregunta legítima la vieja demanda leibniziana: '¿Por qué el ser y no más bien la nada?'.

  
  
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  Samu Y no serían preguntas legítimas en el sentido de que no sería posible, en principio, darles respuestas, ¿no?

  
  
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  Antonio Diéguez Lucena Incluso en el sentido de que, pese a su apariencia, están mal formadas o carecen de sentido, como la pregunta '¿Qué hay al norte del Polo Norte?'

  
  
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  Samu Es decir, que habría preguntas aparentemente bien formadas y congruentes, que sin embargo no tendrían sentido: ¿cómo podemos entonces descartarlas? ¿cómo sé yo si la pregunta por qué hay algo en lugar de nada o por qué lo que hay es como es y no de otro modo, es legítima o no? Que yo sepa no hay un modo formal de comprobar la legitimidad de una pregunta más allá de la lógica, ¿no? Y si una pregunta está lógicamente bien formulada...¿Podría valer como umbral de legitimidad el hecho de que la pregunta en concreto verse sobre un terreno de estudio metafísico? De hecho, podemos comprobar la ilegitimidad de preguntarse por el norte del polo norte porque la pregunta trata una cuestión espacial física pero, ¿cómo conocer la legitimidad de una pregunta que habla de algo trascendente? Yo realmente la pregunta sobre por qué los fenómenos del mundo son como son y no de otro modo la veo legítima, y no sé por qué tendría que estar mal formada o carecer de sentido (¡ojo! podría ser que ese fuera el caso, pero creo que también podría ser el caso de que fuese legítima después de todo).

  
  
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  Antonio Diéguez Lucena No hay ningún criterio para decidirlo. Me temo que es sólo una cuestión de inclinación filosófica. Preguntarse por qué los fenómenos del mundo son como son y no de otra manera es una forma legítima de preguntarse. Pero, desde mi inclinación filosófica, preguntarse por el sentido del universo o por su causa, no lo sería.

  
  
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  Samu Comprendo pero, ¿el hecho de que los fenómenos del mundo sean de una forma y no de otra no está relacionado con el hecho de qué causa u origina a los propios fenómenos? Yo veo las dos preguntas íntimamente relacionadas, ¿no?

  
  
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  Antonio Diéguez Lucena La cuestión es si nuestros conceptos están forjados para ser aplicados en cualquier ámbito o no. Como le señaló Bertrand Rusell al padre Copleston durante su famoso debate en la BBC acerca de la existencia de Dios, la noción de 'causa' ha sido forjada para ser aplicada a fenómenos concretos. No tenemos ninguna garantía de que siga siendo un concepto válido cuando intentamos aplicarlo al universo en su totalidad.