Organiza: Universidad Popular "Carmen de Michelena" de Tres Cantos y Libertad Emocional
Disciplina: Física, Física cuántica, Filosofía
Ponente: Paco Vinagre Benito; Físico y terapeuta
¿Es lo mismo la nada que el vacío?
Desde que los primeros buscadores del conocimiento, los filósofos, intentaron definir la nada, éste ha sido un concepto muy esquivo y tendente a equívocos. En ciencia, a partir de que se descubre que la Tierra se mueve en el espacio, se han intentado medir la propiedades de ese medio, hasta que un experimento a finales del s. XIX posibilitó "concluir" que el espacio estaba vacío. Principio del que parten algunas ramas de la ciencia como las teorías de la relatividad de Einstein.
Pero había un problema, cuando se intentó cuantizar el electromagnetísmo, el espacio vacío no permitía ninguna teoría estable. Debía estar formado de algo y gracias a volver "llenar" de energía el espacio, se desarrolló el electromagnetismo cuántico (QED), la teoría física más exacta de todas las formuladas hasta la actualidad.
Entonces, ¿qué es el vacío? Acompáñanos en esta conferencia y te propondremos algunas respuestas sorprendentes.
Vídeo: https://youtu.be/SwnKlqnbKZw
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Libertad
Planteando el problema
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Nada puede surgir de la nada. Y algoNada puede surgir de la nada. Y algo
que existe, tampoco se puede convertirque existe, tampoco se puede convertir
en nada.en nada.
Solo podemos hablar y pensar sobre loSolo podemos hablar y pensar sobre lo
que existe.que existe.
Parménides de Elea. s V a.C.Parménides de Elea. s V a.C.
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Libertad
• ““Los átomos son, en su mayor parte,Los átomos son, en su mayor parte,
espacio vacío.espacio vacío.
La materia seLa materia se
compone principalmentecompone principalmente
de nada …”de nada …”
Carl Sagan, “Cosmos”
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Planteando el problema
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Libertad
Introducción
Objetivo
Definiciones
3 conceptos científicos
Rigorismo filosófico
Complicaciones del lenguage
Filosofía del lenguaje
Filosofía de la ciencia (ejemplo)
Tesis de Duhem-Quine
“Teorema de Plank”
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Libertad
Objetivo
• Reflexionar sobre uno de los
conceptos clave de la física
universal: el vacío.
1. Definiendo conceptos clave.
2. Exponiendo el problema actual.
3. Realizando un breve recorrido histórico de los
conceptos.
4. Extrayendo consecuencias de los conceptos.
5. Enunciando propuestas diferentes al modelo
“mainstream”.
6. Obteniendo conclusiones.
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Libertad
Definiciones
• Nada (del latín nata):
– Inexistencia total o carencia
absoluta de todo ser.
• Vacío (del latín vacīvus):
– Ausencia total de material en los elementos
(materia) en un determinado espacio o lugar.
– Condición de una región donde la densidad
de partículas es muy baja.
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Libertad
3 conceptos científicos
• Teoría de la Relatividad Especial
y Mecánica Cuántica:
• Vacío = nada.
• Teoría de la Relatividad General.
• Vacío = éter geométrico.
• Teoría Cuántica de Campos.
• Vacío = espacio lleno de
energía y partículas virtuales.
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Libertad
Rigorismo filosófico
• En las ciencias aplicadas el
concepto de “nada”, tiene unos
matices que disminuye el rigor
con que se trata en la teoría del
conocimiento o en Filosofía.
• Reificación: reducir a la condición de
cosa aquello que no lo es, considerar
algo abstracto como real y verdadero.
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Libertad
Complicaciones del lenguaje
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Los límites de mi lenguaje son los límites de mi
mundo.
(filósofo, matemático, lingüista y lógico)
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Libertad
Filosofía del lenguaje
• 1er Wittgenstein 1921: funciones y
limitaciones del lenguaje formal.
• Desambiguación: palabra - realidad.
• Sentido (lógico) vs Verdad (mundo).
• 2º Wittgenstein 1953: características del
lenguaje natural.
• El lenguaje es funcional.
• El significado de la palabra es el uso
contextual colectivo.
• No hay Verdad.
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Libertad
¿Pregunta?
• ¿Es posible decir alguna Verdad
(proposición observable en el mundo)
de conceptos como?:
• La nada.
• El azar.
• Lo continuo.
• El infinito.
• Ningún enunciado negativo tiene referencia.
• ¿Es posible, para los humanos, mantener
separados los dos tipos de lenguaje?
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Libertad
Filosofía de la ciencia
• Duhem 1914 (físico y filósofo): en cualquier
experimento en física nunca se
contrasta una hipótesis o una teoría
aislada, sino todo un conjunto de
hipótesis o de teorías.
• Quine 1992 (filósofo y lógico): ningún científico
intenta siquiera hacer una lista
completa de todos los presupuestos
necesarios para deducir una
determinada predicción contrastable a
partir de una teoría.
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Libertad
Ejemplo
• Experimento Michelson y Morley (1887):
• El éter es arrastrado por la Tierra.
• El tiempo es absoluto.
• La longitud de un cuerpo material es invariante.
• La velocidad de la luz se compone con la velocidad de la Tierra de
acuerdo con las transformaciones de Galileo.
• Transformaciones de FitzGerald (1889)-Lorentz (1892):
• La longitudes cambian cuando el objeto se
encuentra en movimiento respecto del éter.
• El éter se halla en reposo absoluto.
• No puede ser arrastrado por la Tierra.
• El tiempo es absoluto.
• La velocidad de la luz en la Tierra no es constante.
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Libertad
Tesis de Duhem-Quine
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"dada la suficiente imaginación, cualquier
teoría […] puede ser salvada
permanentemente de "refutación" por
medio de algún ajuste adecuado en el
contexto del conocimiento que la contiene“
(matemático y
filósofo de la ciencia)
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Libertad
No tenemos derecho a asumir
que cualquier ley física existe,
o si ha existido hasta ahora,
que va a seguir existiendo de
una forma similar en el futuro.
Max Plank. El Universo en la Luz de la Física Moderna (1931)
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“Teorema” de Plank
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Libertad
Recorrido histórico
Mundo Antiguo
Edad Media
Siglos XVII y XVIII
¿Newton?
Deismo
El siglo XIX
Problemas con el éter
La cuestión de fondo
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Libertad
Mundo Antiguo 1/2
• Grecia clásica: primeros “físicos”, no
hay concepto de “nada”, ni de “cero”.
• Sin “0” no es posible manejar el
infinito paradojas de Zenon.
• Parménides de Elea, Estoicos, Platón
y Aristóteles:
• El ser no puede provenir del no-ser.
• El espacio vacío está relleno de un medio invisible, “la
quintaesencia”.
• Leucipo y Demócrito:
• El cosmos es un “vacío” ilimitado poblado por pequeñas e
indestructibles partículas, o átomos (sólidos e impenetrables)
que forman objetos materiales.
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Libertad
Mundo Antiguo 2/2
• Pueblos semitas bíblicos:
• El concepto de “nada”, o
creación desde la “nada”.
• El vacío es la separación de
Dios.
• Filosofías orientales:
• El cosmos surge por emanación de
“algo primordial”, se simboliza “0”.
• En el no-ser se llega a la unidad
con el cosmos.
• Todos somos Uno.19
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Libertad
Edad Media
• Domina el concepto aristotélico
de “horror vacui” apoyado en
algunos experimentos (ventosas,
fuelles, …).
• Leonardo de Pisa, “Fibonacci”,
introdujo el “0” de los árabes. Liber Abaci, 1202.
• A partir del s. XV se rescatan las opiniones
atomistas y tratados de pneumática
de los ingenieros alejandrinos.
• El vacío era una excepción tolerable
para la naturaleza:
• Succión de líquidos, expansión aire
caliente, el sifón …
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Libertad
S XVII y XVIII
• Para refutar a Aristóteles se apeló al
Génesis, “creatio ex nihilo”.
• Galileo le encarga a su asistente, Torricelli,
estudiar la bomba a pistón
(1644, experimentos barométricos).
• Pascal, 1648: “la naturaleza no aborrece el
vacío, no hace ningún esfuerzo por evitarlo, es decir,
admite el vacío sin dificultad ni resistencia”
• Otto von Guericke (1601-1686), bomba a pistón para
extraer aire de un recipiente.
• Mejorada en 1657 por Boyle y su asistente Hooke.
• Boyle dejó caer una pluma y un trozo de plomo en un
ambiente “vacío”: casi caían al mismo tiempo.
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Libertad
¿Newton?
• Newton (1643-1727) fue teólogo,
alquimista y filósofo natural.
• Conflicto entre autores por sus ideas:
• ¿Defiende el vacío?:
• El vacío es imprescindible para el equilibrio cósmico,
pues el vacío evita perturbaciones en las fuerzas que
regulan el sistema planetario.
• ¿O el “éter”?:
• El espacio entre los cuerpos tenía que estar relleno de un
medio, si bien uno de una clase inusual. Debía ser invisible,
pero tampoco producía fricción.
• La existencia de una fuerza, solo tenía sentido si había
algún marco absoluto de inmovilidad, un punto de vista
estacionario contra el cual comparar el movimiento. El
medio invisible que llenaba el espacio.
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Libertad
Deísmo
• Tercera carta a Bentley 1693:
“Que un cuerpo pueda actuar sobre otro a
distancia a través de un vacío, sin la
mediación de nada más, por y a través de lo
cual se puede transmitir su acción y fuerza
de un cuerpo a otro, es para mí un absurdo
tan grande, que no creo que ningún hombre
que tenga una facultad competente de
pensar asuntos filosóficos pueda caer en ello”.
• Principia Mathematica 2ª ed 1713:
"Esto concluye la discusión sobre Dios, y tratar a Dios a
partir de los fenómenos es ciertamente una parte de la
filosofía natural".
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Libertad
Siglo XIX 1/2
• Para que algo se propague en el
vacío debe de ser material pero las
teorías corpusculares fallan con
la luz.
• Teoría ondulatoria explica la difracción e
interferencia (Young, Fresnel y otros).
• Las ondas necesitan un medio para
propagarse: eter luminífero.
• Debía penetrar la materia. Sin masa.
• Posee elasticidad y capacidad de vibrar.
• Sin resistencia al movimiento y densidad nula.
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Libertad
Siglo XIX 2/2
• Maxwell (~1860) postula la existencia de
una especie de éter como soporte de las
ondas electromagnéticas.
• Hertz: la luz es una onda electromagnética.
• Integración óptica, electromagnetismo y
éter luminífero.
• Se suponía que la interacción luz-éter o bien era nula o
a lo sumo despreciable.
• Maxwell: la velocidad con que la luz se
emite es constante en todas direcciones
independientemente del movimiento de la
fuente.
• Hecho es común a todos los fenómenos ondulatorios.
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Libertad
Problemas con el éter
• ¿Está en reposo absoluto, está en
movimiento, es arrastrado?
• Experimento Michelson y Morley (1887):
• El éter es arrastrado por la Tierra.
• El tiempo es absoluto.
• La longitud de un cuerpo material es invariante.
• La velocidad de la luz se compone con la velocidad de la Tierra de
acuerdo con las transformaciones de Galileo.
• Transformaciones de FitzGerald (1889)-Lorentz (1892):
• La longitudes cambian cuando el objeto se
encuentra en movimiento respecto del éter.
• El éter se halla en reposo absoluto.
• No puede ser arrastrado por la Tierra.
• El tiempo es absoluto.
• La velocidad de la luz en la Tierra no es constante.
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Libertad
La cuestión de fondo
• Antes de 1905,
la validez del
principio de
relatividad de la
mecánica estaba
en duda respecto
de la
electrodinámica.
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Libertad
Consecuencias s. XX
Objetivo de Einstein (1905)
Postulados de la Relatividad
Consecuencias
Comparación de premisas
Teoría General de la Relatividad
Consecuencias
Más problemas
Consecuencias MC
¿Deístas y ateos?
Electrodinámica cuántica
Los infinitos
Consecuencias31
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Libertad
Objetivo de Einstein (1905)
• Resolver la incompatibilidad
entre la mecánica newtoniana y la
electrodinámica de Maxwell.
• La solución fue mantener la teoría
electromagnética y modificar la
mecánica.
• Gracias al efecto fotoeléctrico:
• La luz es una partícula.
• Si la luz es un corpúsculo se
puede propagar por el vacío.
• Y dos postulados.
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Libertad
Postulados de la relatividad
1. Principio de relatividad:
las leyes de la física son
idénticas en todos los
sistemas de referencia inerciales.
2. Principio de constancia de la
velocidad de la luz:
todo observador inercial en el vacío
medirá la misma velocidad para la
luz = c.
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Libertad
1. El primer postulado implica que el éter
“no es necesario” para la formulación
de la electrodinámica.
1. “La única respuesta razonable que se ha
dado a la pregunta de por qué la traslación
en el éter no puede distinguirse del reposo
fue la de Einstein, a saber, ¡que no hay éter! (Weyl, 1952, p. 172).
2. “La introducción de un ‘éter luminífero’ se mostrará
superflua, puesto que la idea que se desarrollará aquí no
requerirá de un ‘espacio en reposo absoluto’ dotado de
propiedades especiales, ni asigna un vector velocidad a un
punto del espacio vacío donde están teniendo lugar procesos
electromagnéticos” (Einstein, 2001 [1905], p. 112).
3. Quince años más tarde, Einstein reconoció que en 1905 había
pensado que “no se podía hablar ya de ningún modo de la
existencia del éter en la física”, pero que “esta decisión era
demasiado radical” (Einstein, 2005, p 166).
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Consecuencias 1/2
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Libertad
Consecuencias 2/2
2. La relatividad de las
longitudes,los intervalos
temporales y la masa,
resulta una consecuencia
de la invariancia de la
medición de la
velocidad de la luz.
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Libertad
Comparación de premisas
• Michelson y Morley (1887):
• El éter es arrastrado por la Tierra.
• El tiempo es absoluto.
• La longitud de un cuerpo material es invariante.
• La velocidad de la luz se compone con la velocidad de la
Tierra de acuerdo con las transformaciones de Galileo.
• Einstein (1905):
• No es “necesario” el éter.
• El tiempo es relativo.
• Las longitudes son relativas.
• Las masas son relativas.
• Leyes constantes observadores inerciales.
• La velocidad de la luz constante para todo obs.inercial.
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Libertad
• Generalización de la Relatividad
Especial con dos principios (1915):
1. Principio de covariancia:
cualquiera que sea el movimiento
de los observadores, las ecuaciones físicas tendrán
la misma forma matemática y contendrán los
mismos términos.
2. Principio de equivalencia:
un sistema que se encuentra en caída libre y otro
que se mueve en una región del espacio-tiempo sin
gravedad se encuentran en un estado físico
similar.
Teoría General de la Relatividad
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Libertad
• En 1920, Einstein extrajo la siguiente
conclusión:
“Según la teoría general de la relatividad es
impensable la existencia de un espacio sin
éter, porque en un espacio así no sólo
encontraríamos que nunca se produciría la
propagación de la luz, sino que además no
sería posible la existencia de varas de medir o de
relojes, por lo que tampoco habría distancias
espacio-temporales en el sentido de la física. Sin
embargo, no se puede concebir que el éter esté dotado
de la propiedad característica de los medios
perceptibles, que es la de estar constituidos por partes
de las que se puede hacer un seguimiento en el tiempo;
el concepto de movimiento no se puede aplicar al
éter. (Einstein, 2005[1920], p. 144-5).
Consecuencias
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Libertad
Más problemas
• ~ 1900: las leyes del
electromagnetismo no eran
válidas para los átomos.
• 1913 Bohr:
• Orbitas atómicas cuantizadas.
• 1924 Hipótesis de de Broglie:
• La onda - partícula.
• 2925 Schrödinger:
• Función de onda.
• 1927 Heisemberg:
• Principio de incertidumbre.
• Todo no-relativista.
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Libertad
Consecuencias MC
1. El sistema se manifiesta
dualidad de onda-partícula.
2. Un sistema cuántico está
completamente descrito
por una función de onda: probabilidad -
¿azar?.
3. Cada medición implica el colapso de la
función de onda.
4. No es posible medir todas las variables del
sistema al mismo tiempo (principio de
indeterminación). Efecto túnel.
5. Las partículas pueden estar entrelazadas.
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Libertad
Deístas y ateos
¿Podría ser que?:
• Einstein es judío, sin problemas
con la nada pero sí con el azar.
• “Dios no juega a los dados”.
• Ateos (a-theos, definición por negación):
sin problemas con la nada, ni el azar.
• “Deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer
con sus dados”. Niels Bohr
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Libertad
Electrodinámica cuántica
• En mecánica clásica, un
campo continuo es
equivalente a un conjunto de
múltiples osciladores
acoplados entre si.
• Las propiedades físicas de un conjunto de
osciladores cuánticos acoplados son
iguales a las de un sistema de partículas
cuánticas de número variable.
• El vacío es un “mar” de “infinitas”
partículas que se crean y se destruyen.
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Libertad
Los infinitos
• “Si se realizaban cálculos groseros,
se obtenía una respuesta razonable.
Pero si se intentaban hacer
cálculos más precisos daban
¡infinito!”. Feynman
• Este problema fue solventado por Schwinger,
Tomonaga, y Feynman alrededor de 1948.
• ~ 1985: los experimentos habían dado para el
número de Dirac un valor de 1,00115965221(4);
la teoría lo coloca en 1,00115965246(20).
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Libertad
QED
• Esta teoría es hasta ahora la
teoría física más precisa jamás
desarrollada.
• Ha sido capaz de predecir
magnitudes con 11 cifras de
concordancia con la realidad.
• Por comparar, únicamente conocemos 4
cifras para el valor de “G” la constante
de gravitación universal, la más antigua
conocida.
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49. :( :| :)
Libertad
Consecuencias
• Debemos aceptar unos
comportamientos un tanto peculiares:
– Amplificación y supresión de
probabilidades.
– Los fotones reflejándose en todas las partes de un
espejo.
– Los fotones viajando por caminos distintos al de la
línea recta.
– Los fotones viajando más deprisa o más despacio
que c.
– Los e- y fotones retrocediendo en el tiempo: e+.
– Los fotones desintegrándose de repente en pares
e-,e+ …
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Libertad
Nuevas opciones
Reflexionando
La paradoja
¿Y si el vacío es un medio?
Otras formulaciones antiguas
¿Puede volver el deísmo?
Conclusiones
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Libertad
Reflexionando
• La TRE es fenomenológica.
• No hay un mecanismo que explique
los fenómenos porque no hay medio.
• Luego los “explicará” el espacio-tiempo.
• La MC se ha construido sobre la nada, las
partículas asumen todas las propiedades.
• Las probabilidades no implican “azar”, salvo
que no haya medio.
• Pero ha debido “llenarse” el vacío de partículas
y energía para que funcionen los campos.
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Libertad
55
La paradoja
Puedo afirmar con tranquilidad
que nadie entiende la Mecánica
Cuántica.
R.P.Feynman.
Todo aquello que no se pueda
expresar con palabras sencillas se
debe a que no es verdad.
A. Einstein.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 1/6
• Brady, Anderson: (2014).
– Cerca del umbral de Faraday
propulsión de una gota por
su propia onda.
– Dinámica covariante Lorentz.
– Las longitudes se contraen.
– El tiempo “interno” se dilata.
– Bush (2014): masa efectiva
dependiente de la velocidad.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 2/6
• Brady, Anderson (2014).
– Con dos gotas, el sistema
obedece a las
“leyes de Maxwell”.
– Una atracción con fuerza
dependiente del inverso
del cuadrado y un análogo
a la fuerza magnética.
• Arbab. I. Arbab (2009):
– Analogía hidro-electrodinámica.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 3/6
• Arbab. I. Arbab: (2009, 2010).
– La aceleración en un fluido provoca la
aparición de un vórtice.
– El análogo electromagnético de la
vorticidad es el campo magnético.
– Si se añade a la gravitación de Newton, un campo
gravitomagnético aparecen todos los fenómenos
equivalentes electromagnéticos.
– Si la gravitación es un campo en el “vacío”
(superfluido) debería mostrar una contraparte
magnética (vorticidad) ~ TGR.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 4/6
• Brady, Anderson: (2014).
– Ecuación similar a la de
Schrödinger.
– En un depósito en rotación la gota es atraída
hacia el centro con órbitas cuantizadas.
– Pares de gotas orbitantes exhiben una
simetría de spin ½ y alineación
antisimétrica.
– Una gota reproduce los efectos cuánticos
de dispersión por una y dos rendijas y
efecto tunel.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 5/6
• Valeriy Sbitnev (2015, 16):
• El vacío físico es un medio superfluido especial
formado por pares de partículas y antipartículas.
• El entrelazamiento cuántico surge de la transmisión
de la presión osmótica por el superfluido.
• Se pueden crear vórtices permanentes: infinitos,
abiertos y cerrados (vórtice-cuerda).
• Los vórtices pueden llegar a ser “cuasibolas
temblorosas”, con polo norte y sur.
• Los temblores inducen la interacción con otros
vórtices.
• Los flujos en el vórtice pueden ser complejos
dado lugar a tipos diferentes de partículas.
• Estos vórtices a gran escala pueden explicar el
aplanamiento de las galaxias y los filamentos cósmicos.
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Libertad
¿Y si el vacío es un medio? 6/6
• Podría ser modificado
localmente.
• Lo que daría lugar a
nuevos efectos.
• ¿Se podría extraer
energía?
• ¿Y viajar más rápido que la
luz?
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Libertad
Otras formulaciones antiguas
• Gravitomagnetismo: O. Heaviside
(1893).
• Hidrodinámica: Erwin Madelung
(1926).
• Onda piloto: de Broglie
(1926).
• Campo Q: Bohm
(1952).
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Libertad
Conclusiones
• Las palabras ganan su significado,
ambiguo, por el uso cultural.
• El lenguaje formal ayuda a eliminar
las ambigüedades.
• El lenguaje formal puede tratar lógicamente
conceptos no reales.
• Incluso con el mayor cuidado caemos en el
embrujo del lenguaje.
• Ojo con los dogmatismos en cualquier
actividad humana.
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Libertad
Referencias
• Albert Ribas: En los límites de la realidad: el vacío”.
Mundo Científico - La Recherche, núm. 202 (junio 1999),
p.41-45
• Alejandro Cassini, Leonardo Levinas: La reinterpretación
radical del experimento de Michelson-Morley. scientiæ
zudia, São Paulo, v. 3, n. 4, p. 547-81, 2005
• Emilio Costa Reparaz: Ideología y matemáticas: el cero,
la nada y el conjunto vacío. Departamento: Economía
cuantitativa Universidad de Oviedo
• John Henry: Isaac Newton: ciencia y religión en la
unidad de su pensamiento - Estudios de Filosofía 28,
2008
• Roberto E. Cunningham: Historias del vacío: la
ingeniería y la nada
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