RESTABLECER LA FORMA EN QUE ENSEÑAMOS CIENCIA ES VITAL PARA TODOS NUESTROS FUTUROS

COVID-19 ha forzado grandes cambios en la forma en que se imparten las lecciones. Pero la educación en todo el mundo necesita un replanteamiento aún más radical. La ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas son cruciales para nuestro futuro.

COVID-19 ha obligado a más de mil millones de estudiantes y jóvenes a dejar la escuela, lo que ha provocado la implementación de tecnología educativa (edtech) más grande del mundo en la historia, casi de la noche a la mañana. Las escuelas y universidades están luchando para rediseñar su enseñanza y aprendizaje para permitir que estudiantes de todas las edades estudien desde casa. Si bien esto plantea enormes problemas prácticos y logísticos para los estudiantes, los maestros y los padres (especialmente las mujeres ), abre un mundo de oportunidades para reimaginar cómo es el aprendizaje en el siglo XXI.

Las presiones que enfrentan los individuos, las organizaciones y las sociedades en esta crisis están acelerando la Cuarta Revolución Industrial , desdibujando los límites entre los mundos físico, digital y biológico. ¿Nuestros sistemas educativos están preparando a los estudiantes para un mundo impulsado por avances científicos y tecnológicos disruptivos en inteligencia artificial, robótica, biotecnología, energía limpia o computación cuántica? ¿Estamos alentando a los estudiantes a pensar críticamente sobre cómo la ciencia, la tecnología y la innovación pueden ayudar a abordar (o agravar) los desafíos económicos, geopolíticos, ambientales o sociales?

En muchas industrias y países, las ocupaciones o especialidades más demandadas no existían hace 10 o incluso cinco años, y se espera que el ritmo del cambio se acelere. Hasta el 65% de los niños que ingresan a la escuela hoy tendrán un trabajo que aún no existe. Nuestros sistemas educativos en todo el mundo estaban fallando antes del COVID-19 y seguirán rezagados a menos que cambiemos la forma en que enseñamos y aprendemos ciencia.

La educación ya no puede consistir en transferir conocimientos explícitos entre generaciones. Según el Proyecto Futuro de la Educación y las Habilidades de la OCDE 2030: “Necesitamos reemplazar los viejos estándares educativos con un marco educativo que combine el conocimiento con las habilidades de creatividad, pensamiento crítico, comunicación y colaboración del siglo XXI”. Esto no se logrará simplemente moviendo las clases de la pizarra a una llamada de Zoom, sino transformando radicalmente la forma en que enseñamos y aprendemos habilidades científicas y tecnológicas, desde la diseminación y memorización de contenido unidireccional hasta el aprendizaje personalizado y autodirigido. En un mundo que cambia rápidamente, donde no podemos predecir qué tecnologías ascenderán en el futuro, tenemos que enseñar a los niños a aprender por sí mismos. Los estudiantes no solo necesitan conocimientos, sino también habilidades, actitudes y valores para prosperar y dar forma a su propio futuro para una ciudadanía global más empoderada. Esto nunca ha sido más evidente que en la pandemia actual.

COVID-19 y el caso para mejorar la alfabetización científica para todos

Muchos de los problemas resultantes de la crisis de COVID-19 tienen una causa fundamental en la alfabetización científica. La necesidad inmediata y global de comprender la ciencia frente a una pandemia nunca ha sido más urgente. Hasta hace unos meses, la mayoría de las personas no especializadas en un campo STEM no recordaban la diferencia entre un virus y una bacteria; antígeno vs anticuerpo; ADN frente a ARN; crecimiento lineal vs exponencial. Estos son conceptos que se les enseñan a los estudiantes en biología y matemáticas de la escuela secundaria. Pero a menos que continúen estudiando una licenciatura en ciencias, estos términos quedarán relegados a revistas de investigación y círculos académicos. Ahora llenan los titulares de todos los periódicos importantes. Antes de la pandemia, el 81% de los estadounidenses no podía nombrar a un científico vivo. Hoy los científicos son nombres familiares apareciendo diariamente en la televisión en horario estelar.

Mientras que en la Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX sufrimos un claro "dolor social" por el analfabetismo en lectura y escritura, en la Cuarta Revolución Industrial la alfabetización ya no puede limitarse a leer y escribir. Antes de COVID-19, una comprensión básica de la biología molecular y las nociones de epidemiología eran completamente opcionales para cualquier ciudadano. Ahora que la carga de mitigar la pandemia depende de nuestra responsabilidad colectiva, este conocimiento puede ser una cuestión de vida o muerte, para usted y los demás. Vivimos a través de una comprensión colectiva de cómo la comprensión de la ciencia tiene aplicaciones tangibles, prácticas e inmediatas para nuestra vida diaria.

Habilidades del siglo

Imagen: WEF

Es por eso que las habilidades STEM deben incluirse en la definición básica de alfabetización si queremos capacitar a la próxima generación para abordar los desafíos globales. Ahora es el momento de transformar la educación para cerrar la brecha de rendimiento y evitar recrear el "dolor social" que vivimos durante la Revolución Industrial. La alfabetización debe incluir las habilidades del siglo XXI como las describe la OCDE : alfabetización matemática, alfabetización científica, alfabetización digital, alfabetización financiera, etc., junto con competencias y actitudes, tales como pensamiento crítico, curiosidad, creatividad, trabajo en equipo o conciencia intercultural. que los jóvenes deben desarrollar para las futuras profesiones que aún no existen.

Democratizar la educación científica

Según la UNESCO , “para que un país satisfaga las necesidades básicas de su gente, la enseñanza de la ciencia es un imperativo estratégico”. Pero existen desigualdades en lo que respecta a la educación STEM. A medida que la tecnología conecta a los estudiantes con los maestros en sus hogares, sus limitaciones para el aprendizaje se han manifestado. La crisis del coronavirus ha revelado profundas desigualdades no solo en la brecha digital (los niños sin dispositivos o conexiones confiables a Internet no pueden aprender por completo), sino también quién tiene las habilidades para autodirigir su aprendizaje y cuyos padres tienen el tiempo para ayudar. . En los EE. UU., Prácticamente todos los jóvenes de 15 años de origen privilegiado tienen una computadora para trabajar, pero casi una cuarta parte de los de entornos desfavorecidos no la tiene. Además, la educación STEM requiere equipos de laboratorio costosos para enseñar a través de la investigación y la experimentación. En entornos de aprendizaje remoto, no hay acceso a eso.

Es imperativo encontrar formas creativas para que los jóvenes de todos los niveles socioeconómicos tengan acceso al aprendizaje basado en la indagación en el hogar. Existen algunas soluciones de software exitosas para laboratorios virtuales y experimentos virtuales como PheT Simulations de la Universidad de Colorado o LabXchange de la Universidad de Harvard que brindan una experiencia inmersiva en un laboratorio virtual. Aunque estos enfoques pueden ser un buen punto de partida, para el estudiante puede sentirse como aprender a andar en bicicleta a través de una experiencia de realidad virtual. El aprendizaje de las ciencias requiere la inmersión en el proceso práctico de la experimentación científica y el aprendizaje basado en la investigación y en los problemas. Para abordar esta barrera a la educación científica experimental, empresas como Lab4Uuse sensores de teléfonos inteligentes para diseñar y ejecutar experimentos científicos, de modo que cualquier estudiante del mundo con un teléfono inteligente pueda experimentar con un laboratorio portátil en sus bolsillos. Otro ejemplo es el Foldoscopio del profesor de Stanford, Manu Prakash , una empresa que diseña microscopios de papel ultra asequibles.

A diferencia del acceso a las computadoras, la penetración de los teléfonos inteligentes está aumentando, y en las economías donde los dispositivos móviles son lo primero, las familias deciden comprar un teléfono inteligente antes de comprar una computadora. Esto brinda la oportunidad de encender e inspirar a los estudiantes a aprender ciencia de una manera más atractiva que solo una clase teórica, lo que les permite tomar posesión de su aprendizaje y comprender mejor cómo aprenden. En Chile, los estudiantes ahora están utilizando las impresoras 3D de la escuela para imprimir máscaras faciales para los socorristas y trabajadores esenciales. En América Latina y los EE. UU., Los estudiantes de comunidades de bajos ingresos que utilizaron herramientas de educación STEM habilitadas para teléfonos móviles aumentaron sus motivaciones para seguir carreras STEM.

Enseñar ciencia, tecnología e ingeniería para el mundo real nunca ha sido más importante. En la Cuarta Revolución Industrial, si queremos que nuestros estudiantes resuelvan los mayores desafíos del mundo, no podemos perpetuar los sistemas educativos obsoletos. Debemos alinear las políticas públicas y las inversiones en educación, ciencia y tecnología para desarrollar las habilidades del siglo XXI en los jóvenes y prepararlos para un futuro cambiante.

Fuente: Forum Económico Mundial

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¿LA FÍSICA TEÓRICA ESTÁ DESPERDICIANDO NUESTRAS MEJORES MENTES VIVAS EN TONTERÍAS?

El panorama de cuerdas puede ser una idea fascinante que está llena de potencial teórico, pero no predice nada que podamos observar en nuestro Universo. Esta idea de belleza, motivada por la resolución de problemas "no naturales", no es suficiente por sí sola para alcanzar el nivel requerido por la ciencia. (Universidad de Cambridge)

La historia de la física está llena de grandes ideas de las que has oído hablar, como el Modelo Estándar, el Big Bang, la Relatividad General, etc. Pero también está lleno de ideas brillantes de las que probablemente no haya oído hablar, como el modelo Sakata, la teoría del tecnicolor y el modelo de estado estacionario. y cosmología plasmática. Hoy, tenemos teorías que están muy de moda, pero sin ninguna evidencia de ellas: supersimetría, gran unificación, teoría de cuerdas y el multiverso.

Debido a la forma en que el campo está estructurado, sumido en una sinfonía de ideas, las carreras en física teórica de alta energía que se centran en estos temas a menudo tienen éxito. Por otro lado, elegir otros temas significa hacerlo solo. La idea de "belleza" o "naturalidad" ha sido un principio rector en física durante mucho tiempo, y nos ha llevado a este punto. En su nuevo libro, Lost in Math , Sabine Hossenfelder argumenta de manera convincente que continuar adhiriéndose a este principio es exactamente lo que nos lleva por mal camino.

El nuevo libro, Lost In Math, aborda algunas ideas increíblemente grandes, incluida la noción de que la física teórica está sumida en el pensamiento grupal y la incapacidad de confrontar sus ideas con la dura luz de la realidad, que no proporciona (hasta ahora) evidencia para respaldarlas. . (Sabine Hossenfelder / Libros básicos)

Imagine que se le dio un problema hipotético de elegir dos multimillonarios de una lista y estimar la diferencia en su patrimonio neto. Imagina que son anónimos, y que no sabrás cuál vale más, dónde se ubican en la lista de multimillonarios de Forbes o cuánto vale realmente cualquiera de ellos en este momento.

Podemos llamar a la primera A , la segunda B , y la diferencia entre ellos C , donde A - B = C . Incluso sin ningún otro conocimiento acerca de ellos, hay una cosa importante que se puede afirmar sobre C : es muy poco probable que va a ser mucho, mucho más pequeño que una o B . En otras palabras, si A y B están en los miles de millones de dólares, entonces es probable que C también esté en los miles de millones, o al menos en los cientos de millones.

Cuando tiene dos números grandes, en general, y toma su diferencia, la diferencia será del mismo orden de magnitud que los números originales en cuestión. (E. Siegel / datos de Forbes)

Por ejemplo, A podría ser Pat Stryker (# 703 en la lista), digamos, digamos, $ 3,592,327,960. Y B podría ser David Geffen (# 190), con un valor de $ 8,467,103,235. La diferencia entre ellos, o A - B , es entonces: $ 4,874,775,275. C tiene una oportunidad 50/50 de ser positiva o negativa, pero en la mayoría de los casos, va a ser del mismo orden de magnitud (en un factor de 10 o así) de ambos A y B .

Pero no siempre será así. Por ejemplo, la mayoría de los más de 2,200 multimillonarios en el mundo valen menos de $ 2 mil millones, y hay cientos de entre $ 1 mil millones y $ 1.2 mil millones. Si eligiera dos de ellos al azar, no lo sorprendería terriblemente si la diferencia en su patrimonio neto fuera solo de unas pocas decenas de millones de dólares.

Los empresarios Tyler Winklevoss y Cameron Winklevoss discuten sobre bitcoin con Maria Bartiromo en FOX Studios el 11 de diciembre de 2017. Los primeros 'multimillonarios de bitcoin' en el mundo, su patrimonio neto es prácticamente idéntico, pero hay una razón subyacente detrás de por qué. (Astrid Stawiarz / Getty Images)

Sin embargo, podría sorprenderte si la diferencia entre ellos era solo de unos pocos miles de dólares, o si era cero. "Qué improbable", pensarías. Pero podría no ser tan improbable después de todo.

Después de todo, no sabes qué multimillonarios estaban en tu lista. ¿Te sorprendería saber que los gemelos Winklevoss, Cameron y Tyler, los primeros multimillonarios de Bitcoin, tenían un patrimonio neto idéntico? ¿O que los hermanos Collison, Patrick y John (cofundadores de Stripe), valían la misma cantidad en unos pocos cientos de dólares?

No. Esto no sería sorprendente, y expone una verdad sobre los números grandes: en general, si A es grande y B es grande, entonces A - B también será grande ... pero no lo será si hay alguna razón por la cual A y B están muy juntos. Verá, la distribución de multimillonarios no es completamente aleatoria, por lo que podría haber alguna razón subyacente para que estas dos cosas aparentemente no relacionadas estén realmente relacionadas. (¡En el caso de Collisons o Winklevosses, literalmente!). 

Las masas de los quarks y leptones del modelo estándar. La partícula modelo más pesada es el quark top; El no neutrino más ligero es el electrón. Los neutrinos mismos son al menos 4 millones de veces más ligeros que el electrón: una diferencia mayor que la existente entre todas las otras partículas. Todo el camino en el otro extremo de la escala, la escala de Planck se sitúa en un premonitorio de 10¹⁹ GeV. Hitoshi Murayama de http://hitoshi.berkeley.edu/)

Esta misma propiedad es cierta en física. El electrón, la partícula más ligera que forma los átomos que encontramos en la Tierra, es más de 300,000 veces menos masivo que el quark top, la partícula del Modelo Estándar más pesada. Los neutrinos son al menos cuatro millones de veces más ligeros que el electrón, mientras que la masa de Planck, la denominada escala de energía "natural" para el Universo, es aproximadamente 10¹⁷ (o 100,000,000,000,000,000) más pesada que el quark top.

Si no conociera alguna razón subyacente por la que estas masas deberían ser tan diferentes, supondría que había alguna razón para ello. Y tal vez hay uno. Este tipo de pensamiento se conoce como un argumento de ajuste o "naturalidad". En su forma más simple, establece que debería haber algún tipo de explicación física de por qué los componentes del Universo con propiedades muy diferentes deberían tener esas diferencias entre ellos.

Cuando se restauran las simetrías (en la parte superior del potencial), se produce la unificación. Sin embargo, la ruptura de simetrías, en la parte inferior de la colina, corresponde al Universo que tenemos hoy, completo con nuevas especies de partículas masivas. Al menos, para algunas aplicaciones. (Luis Álvarez-Gaumé y John Ellis, Nature Physics 7, 2–3 (2011))

En el siglo XX, los físicos usaron argumentos de naturalidad con gran efecto. Una forma de explicar las grandes diferencias de escala es imponer una simetría a altas energías y luego estudiar las consecuencias de romperla a una energía más baja. Una serie de grandes ideas surgieron de este razonamiento, particularmente en el campo de la física de partículas. Los bosones de calibre en la fuerza de fuga eléctrica surgieron de esta línea de pensamiento, al igual que el mecanismo de Higgs y, como se confirmó hace solo unos años, el bosón de Higgs. Todo el Modelo Estándar se construyó sobre este tipo de simetrías y argumentos de naturalidad, y la naturaleza coincidió con nuestras mejores teorías.

Las partículas y antipartículas del Modelo Estándar ahora se han detectado directamente, con el último resistor, el Bosón de Higgs, cayendo en el LHC a principios de esta década. (E. Siegel / Más allá de la galaxia)

Otro gran éxito fue la inflación cósmica. El Universo necesitaba haber sido afinado en gran medida en las primeras etapas para producir el Universo que vemos hoy. El equilibrio entre la tasa de expansión, la curvatura espacial y la cantidad de materia y energía dentro de ella debe haber sido extraordinaria; Parece ser antinatural. La inflación cósmica fue un mecanismo propuesto para explicarlo, y desde entonces se han confirmado muchas de sus predicciones , tales como:

• un espectro de fluctuaciones casi invariable en escala,
• la existencia de sobredensidades y subdensidades del súper horizonte,
• con imperfecciones de densidad que son de naturaleza adiabática,
• y un límite superior a la temperatura alcanzada en el Universo temprano posterior al Big Bang.

Las fluctuaciones cuánticas que ocurren durante la inflación se extienden por todo el Universo, y cuando termina la inflación, se convierten en fluctuaciones de densidad. Esto conduce, con el tiempo, a la estructura a gran escala en el Universo hoy, así como a las fluctuaciones de temperatura observadas en el CMB. (E. Siegel, con imágenes derivadas de ESA / Planck y el grupo de trabajo interagencial DoE / NASA / NSF sobre investigación CMB)

Pero a pesar del éxito de estos argumentos de naturalidad, no siempre dan fruto.

Hay una cantidad anormalmente pequeña de violación de PC en las fuertes desintegraciones. La solución propuesta (una nueva simetría conocida como la simetría de Peccei-Quinn) ha tenido cero de sus nuevas predicciones confirmadas. La diferencia en la escala de masa entre la partícula más pesada y la escala de Planck (el problema de la jerarquía) fue la motivación para la supersimetría; De nuevo, se ha confirmado cero de sus predicciones. La falta de naturalidad del Modelo Estándar ha llevado a nuevas simetrías en forma de Gran Unificación y, más recientemente, Teoría de Cuerdas, que (nuevamente) no ha confirmado ninguna de sus predicciones. Y el valor anormalmente bajo pero no nulo de la constante cosmológica ha llevado a las predicciones de un tipo específico de multiverso que ni siquiera se puede probar. Esto también, por supuesto, no está confirmado.

Las partículas del modelo estándar y sus contrapartes supersimétricas. Se ha descubierto un poco menos del 50% de estas partículas, y un poco más del 50% nunca ha mostrado rastro de que existan. A raíz de las ejecuciones I y II en el LHC, gran parte del espacio de parámetros interesante para SUSY desapareció, incluidas las versiones más simples que satisfacen los criterios del "Milagro WIMP". (Claire David / CERN)

Sin embargo, a diferencia del pasado, estos callejones sin salida continúan representando los campos en los que los principales teóricos y experimentadores se agrupan para investigar. Estos callejones sin salida, que no han dado fruto literalmente para dos generaciones de físicos, continúan atrayendo fondos y atención, a pesar de estar posiblemente desconectados de la realidad por completo. En su nuevo libro, Lost In Math , Sabine Hossenfelder confronta hábilmente esta crisis, entrevistando a científicos convencionales, premios Nobel y contrarios (no chiflados) por igual. Puedes sentir su frustración, y también la desesperación de muchas de las personas con las que habla. El libro responde a la pregunta de "¿hemos dejado que las ilusiones sobre qué secretos guarda la naturaleza nublan nuestro juicio?" con un rotundo "¡sí!"

Una asimetría entre los bosones y los ant bosones comunes a las grandes teorías unificadas como la unificación SU (5) podría dar lugar a una asimetría fundamental entre la materia y la antimateria, similar a lo que observamos en nuestro Universo. La estabilidad experimental del protón, sin embargo, descarta las GUT SU (5) más simples. (E. Siegel)

El libro es una lectura salvaje, profunda y estimulante que haría dudar a cualquier persona razonable en el campo que aún sea capaz de introspección. A nadie le gusta enfrentar la posibilidad de haber desperdiciado sus vidas persiguiendo el fantasma de una idea, pero de eso se trata ser teórico. Usted ve algunas piezas de un rompecabezas incompleto y adivina cuál es realmente la imagen completa; La mayoría de las veces te equivocas. Quizás, en estos casos, todas nuestras conjeturas han estado equivocadas. En mi intercambio favorito, entrevista a Steven Weinberg, quien se basa en su vasta experiencia en física para explicar por qué los argumentos de naturalidad son buenas guías para los físicos teóricos. Pero solo logra convencernos de que eran buenas ideas para las clases de problemas que anteriormente lograron resolver. No hay garantía de que sean buenas guías para los problemas actuales;

Si eres un físico teórico de partículas, un teórico de cuerdas o un fenomenólogo, especialmente si sufres de disonancia cognitiva, este libro no te gustará. Si eres un verdadero creyente en la naturalidad como la luz guía de la física teórica, este libro te irritará tremendamente. Pero si usted es alguien que no tiene miedo de hacer esa gran pregunta de "¿lo estamos haciendo todo mal", la respuesta podría ser un gran e incómodo "sí". Aquellos de nosotros que somos físicos intelectualmente honestos hemos estado viviendo con este malestar durante muchas décadas. En el libro de Sabine, Lost In Math , esta incomodidad ahora está disponible para el resto de nosotros.

Fuente: Medium, por Ethan Siegel. 

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Antihidrógeno: átomo hecho por partículas de antimateria en el CERN

Este tema fue noticia hace algunos días en el mundo de la ciencia, pero no todo lo que se dice es cierto; este articulo fue publicado en el buen Blog Cuentos Cuánticos  este ultimo 23 de enero y cuyo contenido es por más interesante respecto a esa novedosa noticia, veamos:

Ni la primera vez, ni la última. La noticia del antihidrógeno en el CERN

Estos días el protagonista de las noticias científicas está siendo el antihidrógeno.

Se está leyendo por ahí que se ha producido por primera vez este átomo hecho por partículas de antimateria. El antihidrógeno estaría compuesto por un antiprotón (antipartícula del protón ordinario) y un positrón (antipartícula del electrón usual).  Pero esto no es del todo correcto, lo que se ha conseguido por primera vez es tener un haz de estos antihidrógenos y que recorran una determinada distancia.  Esto hará posible un estudio pormenorizado del espectro del antihidrógeno y su comparación con el espectro del hidrógeno cotidiano.

Aquí lo que vamos a hacer es explicar la importancia de esto y aclarar algunos detalles que son importantes para conocer el alcance de la noticia.

No tan nuevo

La antimateria es una predicción teórica realizada por Dirac, en los años 20 del pasado siglo, cuando combinó de forma consistente la mecánica cuántica y la relatividad especial.  Uno de los resultados de este trabajo teórico fue que por cada partícula existente deberíamos de encontrar otra partícula que tuviera su misma masa y su mismo espín y todas las cargas aditiva (como la carga eléctrica) cambiadas de signo.  La partículas de antimateria se identificaron experimentalmente poco después.

Los antiátomos, especialmente el antihidrógeno, han sido producidos en los experimentos desde 1995. Y desde 2010 se puede jugar con ellos de forma más o menos eficiente.

El problema a la hora de trabajar con antimateria es que cuando una partícula y su antipartícula se encuentran tienen una altísima probabilidad de desintegrarse en fotones.  Así que el mayor desafío no es el de crear antimateria, cosa que se hace a diario en muchos laboratorios del mundo, sino el de confinarla para que no entre en contacto con la materia ordinaria para evitar su desintegración conjunta.

Si un átomo de hidrógeno y uno de antihidrógeno se encuentran se desintegrarán con casi total seguridad.

Se han creado diversas formas de aislar la antimateria para tenerla un tiempo lo suficientemente largo como para estudiar sus propiedades. Se confina mediantes campos magnéticos, mediantes rayos láser, etc.

Materia y antimateria, ¿iguales o diferentes?

En el contexto teórico actual tenemos un teorema matemático conocido como CPT que nos asegura que las propiedades de la materia y la antimateria han de ser idénticas en lo referente a su masa y a su espín.  Lo único que las diferencia son las cargas de las partículas, por ejemplo, la carga eléctrica, el momento magnético, etc.

Esencialmente, este teorema de la teoría cuántica de campos que establece la igualdad entre materia y antimateria (en el sentido comentado anteriormente) se basa en que la naturaleza ha de satisfacer los requerimientos de la relatividad especial.  Es decir, si la relatividad especial es correcta a todas las escalas entonces si cambiamos todas la partículas del universo por sus antipartículas todo seguiría igual.

Ahora bien, como todo teorema físico puede que no sea cierto en todas las escalas de energía. Puede ocurrir que las hipótesis del teorema dejen de ser válidas en alguna situación.  Esto implicaría que la materia y la antimateria no se comportarían exactamente igual en todas las circunstancias.  Y esto podría explicar por qué en el universo primitivo se creó más materia que antimateria.

¿Para qué nos serviría este nuevo hecho experimental?

Lo que han hecho en el trabajo mencionado arriba es crear antiátomos de antihidrógeno y lanzarlos en un dispositivo de 2.7 metros para estudiar su espectro.

Cuando estudiamos el hidrógeno, esencialmente lo describimos como:

Tenemos una pelota gorda cargada positivamente, el protón.

Tenemos una pelota pequeña (unas 1800 veces más ligera que la anterior) cargada negativamente, el electrón. Ambas cargas son iguales en valor pero opuestas en signo.

El sistema se liga por la interacción eléctrica.

Estudiamos las posibles energías del sistema con la mecánica cuántica.

De hecho, el estudio de las energías de los átomos, especialmente las del hidrógeno, es uno de los grandes éxitos de la mecánica cuántica.  Lo que resulta es que el electrón ligado al protón no puede tener cualquier energía sino unos valores fijados.  A estos valores los llamamos niveles de energía.

Los números n indican el nivel de energía. El n=1 se denomina estado o nivel fundamental.

Los números n indican el nivel de energía. El n=1 se denomina estado o nivel fundamental.

Cualquier otra energía está prohibida para el electrón ligado al protón. Entonces, como regalo, sabemos que podemos pasar un electrón del primer nivel de energía a otro superior si le proporcionamos un fotón de la energía necesaria para producir el salto, ni más, ni menos.  La energía tiene que ser exactamente la del salto, si no es así el salto no se produce.  Entonces decimos que el electrón ha pasado de un nivel a un nivel inferior.  Si es del nivel fundamental, el de menor energía, a cualquier otro superior, decimos que el electrón se ha excitado en el átomo.

Además, los electrones excitados tienen la tendencia a saltar a niveles más bajos de energía. Y como consecuencia devuelven, emiten, un fotón justo con la energía del sato.

Este fenómeno hace que podamos identificar un átomo por los saltos de electrones entre sus niveles.  La estructura de niveles dependerá de cuantos protones tenga el núcleo atómico y cuantos electrones tenga en su alrededores. Lo cual hace que podamos medir los fotones que emiten átomos excitados y cada fotón tendrá una energía, es decir, un color.  A esto lo llamamos espectro atómico y es una firma personal de un átomo dado.

Para el hidrógeno tenemos un espectro de este tipo:

Que corresponden a estas transiciones entre niveles:

Estas son solo unas de las líneas posibles (para esas transiciones). El espectro completo es más completito.

Además de estas líneas, sucede que los protones y electrones generan campos magnéticos (este es el resultado de que estas partículas tengan espín) y según la orientación relativa entre los campos magnéticos generados por protón y electrón el nivel fundamental de energía se divide en dos subniveles.  Esto es lo que se conoce como estructura hiperfina.

Los espines del protón y del electrón pueden orientarse de forma relativa en dos configuraciones:

Y esto hace que el nivel fundamental de energía se divida en dos:

Si nos creemos que la antimateria y la materia son idénticas en propiedades físicoquímicas tenemos que aceptar que los espectros del hidrógeno y antihidrógeno serán iguales.

Esto es justo lo que quieren estudiar los físicos,el espectro del antihidrógeno.

Experimento

Los experimentadores han hecho lo siguiente:

          1. Han creado un método para generar antihidrógeno de baja energía. Este es un punto importante. Lo que quieren estudiar es la estructura hiperfina, por lo tanto, tienen que conseguir antihidrógenos en su estado fundamental.  Pero crear este tipo de antiátomos de baja energía no es tarea fácil.

          2. Inyectan antiprotones y positrones en trampas de confinamiento hechas con campos magnéticos y electroestáticos para que se formen los antiátomos.

           3. Luego lanzan estos antiátomos a un detector.

Son capaces de crear unos 25 antihidrógenos por hora. Han conseguido haces de 80 antihidrógenos, no está nada mal.  Y además, una fracción importante de los mismos tenía estados de energía por debajo del nivel 29.

La verdad es que este resultado es magnífico.  Abre la puerta al estudio pormenorizado de los antihidrógenos y poder hacer espectroscopía de verdad con este tipo de bichos.  Seguro que este tipo de experimentos se mejoran y nos dan agradables sorpresas. Vamos a aprender un montón sobre la antimateria en los próximos tiempos. Estaremos atentos.

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La existencia de un ser superior: el Teorema de Gödel, sus magníficas y populares malinterpretaciones

Kurt Gödel es uno de los más importantes matemáticos del siglo XX, considerado un verdadero genio por sus pares. Su principal campo de trabajo fue la lógica y la teoría de conjuntos, siendo especialmente reconocido y recordado a nivel matemático por sus dos Teoremas de Incompletitud.
 Es difícil saber con exactitud las creencias de Gödel, aunque lo que sí se conoce de él es que era un hombre religioso, teísta y miembro de la iglesia protestante.

Fue en 1970 cuando distribuyó entre sus colegas de profesión una prueba en la cual mediante argumentaciones lógico-matemáticas probaba la existencia de Dios. Este razonamiento matemático no tenía como intención convencer de la existencia de Dios, sino demostrar que el llamado "argumento ontológico" de la existencia de Dios es válido.

LA PRUEBA ONTOLÓGICA

La prueba ontológica es un razonamiento formulado muchas veces en la historia que intenta demostrar la existencia de Dios de un modo puramente lógico. En una de sus versiones más sencillas, la prueba reza así: “Dios, por definición, es lo más perfecto que puede ser pensado. Si pensáramos en Dios como inexistente, entonces no sería realmente la idea de Dios, pues tendría la imperfección de no existir. Entonces, la oración ‘Dios existe’ es necesariamente verdadera. Por lo tanto, Dios existe.”

Durante mucho tiempo, esta prueba fue refinada, analizada, afirmada y refutada por muchos filósofos. Algunos adujeron que era incorrecta porque el punto a probar estaba contenido en la premisa misma. Otros afirmaron que el argumento dependía de algunos conceptos borrosos, tales como perfección, pensamiento y existencia. Otros, como Schopenhauer, afirmaron que se trataba de una prueba correcta, excepto porque de la validez de un argumento no se puede nunca seguir la existencia de un objeto, pues la existencia no es un concepto lógico sino un "hecho ontológico".

LA TEORÍA DE GÖDEL

A este debate se sumó el filósofo y matemático Kurt Gödel (1906-1978), famoso por sus desarrollos en el campo de la lógica formal y sobre todo por el teorema de la incompletud, que se vio seducido también por las singulares propiedades de este importante argumento.

Su idea fue la siguiente: si es posible probar que el argumento es válido en su estructura lógica, entonces podremos rechazar las objeciones que afirman que ese argumento depende del contenido de sus conceptos, es decir, la validez del argumento radica en su estructura y no en sus conceptos.

Gödel se puso manos a la obra: desarrolló un conjunto de axiomas (principios de los que se seguirán los teoremas, esto es, las verdades probadas dentro de un sistema formal), además de un conjunto de definiciones formales (expresiones que explican el significado de ciertos signos mediante sus relaciones con otros sin necesidad de explicar el contenido de los signos) y, aplicando los principios de la lógica formal (sistema desarrollado por el lógico y filósofo Gotttlob Frege que intentaba sistematizar las reglas del pensamiento por medio de un sistema parecido al algebraico) demostró una versión puramente estructural del argumento Ontológico.

Dos científicos prueban que el teorema de Gödel sobre la existencia de un ser superior es correcto

Hace unos días, dos científicos  Christoph Benzmüller de la Universidad Libre de Berlín y Bruno Woltzenlogel de la Universidad Técnica de Viena han probado informáticamente el teorema de Gödel, desarrollado a finales del siglo pasado por el matemático austríaco Kurt Gödel, que concluía que en base a los principios de la lógica debe existir un ser superior.

Gödel argumentó que, por definición, no puede "existir nada más" grande de un ser supremo, y propuso un modelo matemático para demostrar su existencia, basado en seis axiomas.

Los científicos alemán y austriaco han demostrado que la argumentación de Gödel era matemáticamente correcta. Sin embargo, los matemáticos están interesados ​​en subrayar que este trabajo tiene más "que ver con la demostración de que una tecnología superior puede ayudar a la ciencia, que no es el hecho de que Dios exista o no. La prueba ontológica de la existencia de Dios de Gödel - comentó Benzmüller - era más que cualquier otra cosa un buen ejemplo de algo inaccesible en las matemáticas o de la inteligencia artificial, que hemos resuelto con la tecnología actual."

Así, estos dos científicos han dejado claro usando la informática actual que el razonamiento de Gödel, si se partía de los axiomas por él propuestos, en efecto llevaba a la conclusión o teorema al que él llegaba.

Es decir, con esta prueba realizada los científicos no han demostrado que Dios exista, y tampoco es eso lo que intentaban. Lo que han logrado a través de computadoras es demostrar que la lógica de Gödel sobre la prueba ontológica de la existencia de Dios es rigurosamente cierta, algo que sin duda no llevará a muchos nuevos creyentes a Dios pero que sí supone un éxito de su genial razonamiento.

LA FÍSICA Y LAS MATEMÁTICAS, ¿PODEMOS CONFIAR AÚN EN ELLAS?

Ya ha salido el susodicho teorema para concluir que las mates y la física son incompletas y por lo tanto no podemos confiar en ellas.

Esa conclusión, partiendo del magnífico trabajo de Kurt Gödel, es tan acertada como atribuirle al Quijote la expresión:

"Cosas veredes, Sancho"

Pues sí amigos, cosas veredes.

¿Qué dijo Gödel?, ¿Terminó con la utilidad de las matemáticas?, ¿Las sentenció a muerte?, ¿Todas las ciencias que dependan de las matemáticas están abocadas al fracaso?

Pues no, tranquilos, este hombre lo que hizo fue estudiar la matemática desde el punto de vista de su fundamento lógico. Desnudó a la matemática de todo significado y estudió las condiciones en las que la matemática se desarrollaba. Y su trabajo fue fundamental para entender la base de la matemática y deliciosamente inútil respecto al trabajo diario de un matemático. Así de simple y así de hermoso.

Sin embargo, sus resultados pueden que sean de los más empleados en discusiones ajenas a la matemática, casi siempre fuera de todo el contexto en el que sus teoremas tenían significado. Los teoremas de incompletitud de Gödel, se han pervertido hasta límites insospechados. Y generalmente, todo parecido con la realidad es pura coincidencia.

¿Qué es la matemática?

La matemática no es más que una serie de afirmaciones que se prueban ciertas o falsas en términos de unas afirmaciones previas siguiendo unas reglas establecidas, partiendo de unas afirmaciones iniciales que tomamos como ciertas porque sí.

Es decir, en matemática trabajamos con:

1.-  Definimos unos objetos.
Números, vectores, funciones, conjuntos… llámalo X.

2.-  Definimos unas afirmaciones que tomamos como ciertas.
A esto lo llamamos: AXIOMAS.

3.-  Definimos unas reglas para manipular los objetos que hemos definido anteriormente.

4.-  Haciendo uso de los objetos, las reglas definidas y los axiomas nos planteamos si una determinada afirmación que involucra dichos objetos es cierta o no dentro de este esquema.
Estas afirmaciones que se prueban como verdaderas dentro de este sistema los llamamos: TEOREMAS.

Y ESTOS TEOREMAS SON VERDAD ÚNICAMENTE DENTRO DEL ESQUEMA EN EL QUE SE HAN PROBADO COMO CIERTOS.

Al conjunto de puntos del 1 al 4 lo podemos llamar: SISTEMA FORMAL.

Por ejemplo, si yo digo:

Los ángulos de un triángulo suman 180º

Esto es verdad en la geometría Euclídea.

Pero en una esfera, donde los axiomas de la geometría son diferentes a los de la geometría euclídea, esto no es cierto.

Aquí ya no estamos en la geometría euclídea sino en la geometría no-eclídea.

Por lo tanto, una cosa puede ser cierta en un sistema formal y falsa en otro.

Incompletitud

El caso es que Gödel dijo que en un sistema formal cerrado se podría dar el caso de poder formar una afirmación dentro de la que no podríamos decidir si era cierta o falsa.

En general, solemos pensar que si una afirmación no es cierta su negación sí lo es:

-  Es falso que sea de noche, entonces es cierto que sea de día.
-  Es cierto que llueve, entonces es falso que “no llueve”.

Sin embargo, en determinados sistemas formales no podemos probar que una afirmación o su negación sean ciertas o falsas dentro de dicho sistema. Es decir, hay afirmaciones indecidibles. Si encontramos una afirmación de este tipo en un sistema formal se dice que este es INCOMPLETO.

Claro, entonces como la matemática es un sistema formal esto implica que la matemática es incompleta y por tanto habrá cosas que no podamos demostrar.

FALSO.

Esta es la conclusión simplona que nos quieren vender del teorema de Gödel.

Gödel trabajó con la aritmética, y dijo que si esta era consistente, es decir, libre de contradicciones (que una afirmación y su negación fueran ciertas dentro de ella) entonces debería de ser incompleta (exitirían afirmaciones indecidibles).

¿La matemática está condenada?

Pues no.

¿Por qué?

Porque como el mismo Gödel demostró también existen sistemas formales completos. Todas las afirmaciones dentro de dicho sistema serán decidibles.

Un ejemplo es el sistema de los números reales.

Y es curioso, porque los reales contienen a la aritmética de los naturales que no es completa.

El truco está en que nada nos prohibe ampliar nuestro sistema formal, añadiendo nuevos axiomas, cambiando totalmente el conjunto de objetos, reglas y axiomas matemáticos o cualquier variante que se nos ocurra.

Así pues los matemáticos pueden trabajar tranquilos que si un teorema no se puede probar en una determinada rama de las matemáticas seguro que pueden recurrir a otra.

Entonces la física…

Entonces la física, nada. Es cierto que la física usa las matemáticas para expresar sus ideas y las teorías. Pero también es cierto que no está constreñida a usar aritmética.

Por tanto cuando nos dicen:

La física no puede probarlo todo por el teorema de Gödel.

Están cometiendo dos errores:

1.-  La física no es un sistema formal cerrado.
2.-  En física hay alguien que decide lo que es verdadero o falso en última instancia: EL EXPERIMENTO.

Aquí ahora podríamos discutir sobre si tendremos una teoría del todo, si esta teoría tendrá un conjunto de axiomas finitos y si estos son análogos a los de la aritmética. Entonces, podríamos discutir más en profundidad.

Por el momento hay que evitar confundir física con los modelos teóricos de la física y no hay que olvidar que es una ciencia experimental donde al final, la verdad o falsedad de un modelo se determina con observaciones y medidas.

En el siguiente enlace hay una aclaración mucho mejor que la que yo puedo hacer sobre el tema. La aclaración viene ni más ni menos que de Carlos Ivorra, profesor de matemáticas en la universidad de Valencia, un grandísimo profesor. Es muy conocido por sus libros, de libre acceso, sobre muchos campos de la matemática:

Libros de Carlos Ivorra

Fuente: Cuentos Cuánticos

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