Es una oportunidad muy especial para mi poder
escribir aquí acerca de estas maravillosas “Lecciones de Física” y lo
que han supuesto en mi formación. Muchos de nosotros estoy seguro que agradeceremos
siempre haber estudiado Física con estos volúmenes (que además se editaron
también en español). Una marca característica de ellas es la introducción de los
conceptos fundamentales en cada lección para su comprensión, logrando con notable
éxito su objetivo. Recuerdo, por ejemplo, la motivación y consiguiente explicación
de los conceptos de movimiento, espacio y tiempo, que aparecen en la lección
cinco. La introducción del concepto físico
de movimiento, y tiempo, es fundamental; nos recuerdan las lecciones cómo es
que el sentido físico del tiempo se adquiere cuando éste va ligado al
movimiento. Curiosamente, esta aproximación tan didáctica aquí expresada en
realidad contiene una implicación esencial, que entronca en su mismo origen con
los planteamientos de los filósofos griegos. De hecho, se dice que Aristóteles,
y luego también Estratón, defendía que la definición del concepto de tiempo viene
ligada siempre al eje del cambio en el espacio, de tal manera que el mero transcurrir
del tiempo solo se conseguiría cuando el eje del espacio se colapsa a cero;
entonces no se recorre espacio alguno y el tiempo solo transcurre, por lo tanto,
como un fluir del estado de reposo; siendo este estado el que marcaría el
puro transcurrir del tiempo en un lugar. Podríamos expandir este marco introduciendo
la inercia, que mantiene un cuerpo en estado de reposo o de movimiento
constante indefinidamente, al no actuarse sobre él. El lector interesado en
profundizar sobre estas ideas y planteamientos históricos del propio
Aristóteles, Estratón, y otros filósofos de la antigüedad clásica, puede
encontrar abundante e interesante información en el libro de Samuel Samburski (El
mundo físico a finales de la Antigüedad).
Sobre la definición de tiempo es interesante reseñar
también, pero ya en épocas más modernas, dos acepciones contrapuestas como son
la del tiempo como un absoluto, que el gran Newton defiende, frente a la visión
de tiempo algo más relativista defendida por Leibniz, donde viene ligado a la
sucesión de las cosas, es decir lo es de forma relativa al fluir de las
mismas en el movimiento. Con esta visión más relativista podríamos adivinar
(¡salvadas todas las distancias!) una inspiración para el entramado espacio
temporal que luego consagra la relatividad einsteiniana. Por cierto, en las Lecciones
la parte dedicada a la teoría de Einstein viene insertada de manera natural
en el desarrollo del índice tras los temas propios de cinemática y la Física
del movimiento; en otras ediciones de textos de Física General más clásicos la
colocaban al final del programa típicamente, y esto hacía que en muchas
ocasiones, por falta de tiempo material, se perdiera esta parte del programa o
no se alcanzase la profundidad necesaria dando lugar a un aprendizaje
superficial de la teoría de la relatividad.
Entre los temas que más me gustaban de las Lecciones
recuerdo el planteamiento del principio de la mínima acción que, como el propio
Feynman explicaba, arranca de una sugerencia de su profesor; éste le planteó el
problema para que pensase sobre este principio, cuando se dio cuenta que Feynman
se estaba aburriendo irremediablemente en las clases. Feynman nos comenta cómo
le fascinó el problema planteado por su profesor, sobre todo al descubrir que
no todas las trayectorias teóricamente posibles van a ser realmente adoptadas
por la naturaleza, sino solo aquellas en las que se minimiza la acción, es
decir la integral de camino de la diferencia entre la energía cinética y la
energía potencial. Se trataría, por tanto, de cómo es la elección de la
naturaleza que sigue este principio la que marca la trayectoria final.
Desde mi primera aproximación a las clases de Física
en el bachillerato, como estudiante adolescente, recuerdo que me fascinaba
estudiar estos principios, especialmente los principios de mínimo o de extremo.
Claramente aún no conocía las Lecciones, que me llegarían en la época de
estudiante universitario en la carrera de Física, pero ya me gustaban mucho conceptos
como este de la minimización de la acción, o la conservación de la energía, o
teoremas fundamentales como el del impulso, o las fuerzas vivas … o principios
de extremo como el de Fermat; me cautivaban por la simplicidad y armonía de su
formulación y aún sigo disfrutándolos, años después, por su belleza matemática
y conceptual.
La enseñanza de la física a los estudiantes de
enseñanza media y bachillerato creo que requiere de unas habilidades especiales
de los docentes, para captar la atención, invocar un fin al aprendizaje y
motivar a la clase. En mi caso tuve la enorme suerte durante el bachillerato de
encontrar, en aquellos años finales de los setenta tan raídos en España, unos magníficos
profesores que nos enseñaron Física, Química, Matemáticas -y muchas otras cosas
de la vida, la verdad-, y que supieron suplir con talento e imaginación todas
las carencias materiales, de los laboratorios, etc, que existían en aquel
momento en un instituto de enseñanza media de provincias, y lo lograron de una forma
didáctica apabullante. En particular no solo yo, sino muchos de mis compañeros,
guardamos un muy grato y emocionado recuerdo de Germán Pérez Alles, nuestro
profesor por excelencia de Física (y también de Química). Era Don Germán, un
cántabro espigado, algo desgarbado e irreverente, que ya se había aclimatado con
los años a los rigores subtropicales de la costa de Granada. Él tenía el
privilegio, y el ¡gran reto!, de enseñar estas dos materias a aquella mezcla explosiva
de personalidades y caracteres que éramos sus alumnos que, frecuentemente,
sobre todo en las clases de la tarde, él se afanaba en despertar del sopor
somnoliento que experimentaban ya desde la primavera. Este magnífico profesor
es el responsable de que un buen grupo de sus alumnos de la costa granadina hayan
seguido estudios de Física, Química o Ingeniería. Efectivamente él era un genio
de lo que hoy llamaríamos ‘fomento de vocaciones STEM’. Don Germán era un
fumador empedernido que no paraba de deambular por la clase; nos explicaba, por
ejemplo, el movimiento del frente de ondas en vivo y en directo disponiendo un
grupo de alumnos que salían al encerado y a los que ponía en movimiento,
concertando con cada uno de ellos previamente en qué momento tenía que subir, bajar
o situar en estado intermedio su cabeza, para que finalmente pudiéramos ‘ver’ el
periodo y avance de las ondas (hacer la ola, que diríamos ahora). Los que quedaban sentados en la clase veían
efectivamente cómo el concepto de ondas que viajaban les entraba por los ojos,
sin mucha abstracción previa. Era este profesor un maestro de los experimentos
mentales, ‘Einstein motrileño’ que recurría continuamente a sus gedanken
experimenten para motivar a los alumnos. Y todo ello en un aula masificada
con un gran número de estudiantes de entre 14 y 16 años. Al principio dedicaba siempre
una fracción del tiempo de clase a explicar y motivar los conceptos a estudiar
en cada ocasión. De hecho, en mi recuerdo queda que a veces podía dedicar más
tiempo a explicar el concepto mismo que a lograr mejorar nuestras habilidades a
aplicar resolviendo los problemas numéricos y ejercicios concretos.
Más tarde, ya en la facultad de ciencias de la
Universidad de Granada recuerdo muy bien cómo algunos profesores se esforzaban
igualmente para que entendiéramos conceptos fundamentales, algunos bien
difíciles, antes de cada lección. De esta época universitaria destacaría a unos
pocos físicos teóricos llegados de otras latitudes que nos enseñaban
relatividad, espacios de Hilbert, etc, y que sistemáticamente, en las asignaturas
más complejas, dedicaban los primeros quince minutos de clase a lo que llamaban
`motivar´ para que los estudiantes pudieran `ver’ (es decir,
imaginar) cómo actuaba un operador, un tensor o todo un espacio de Hilbert;
verdaderamente mejor imposible. Esto me recuerda mucho al espíritu de estas Lecciones
de Feynman que tan maravillosamente se inician, como en el tema cinco
mencionado antes, con una motivación antes de entrar en el desarrollo del tema.
Ahora, en mis clases del Master de Física de la UGR yo también intento explicar
siguiendo ese esquema a los alumnos en la asignatura de ‘Origen y evolución
de los elementos en el Cosmos’.
Este es un campo especialmente interesante de la
Astrofísica, trata de la nucleosíntesis, es decir de la formación de los elementos
químicos en los primeros minutos del Universo y a lo largo de la evolución
estelar en las galaxias, a través de la historia del cosmos. Ya nos decía que
Carl Sagan que somos polvo de estrellas, y cómo realmente conectamos con
el cosmos porque somos cosmos, en nuestra propia estructura y composición. Cuando
se explica así se entiende el concepto de que el Universo empieza en nosotros
mismos. Nuestro cuerpo está conformado con los elementos que se produjeron
tanto en el origen (en la Gran Explosión, los más ligeros), como en los
interiores de las estrellas, a lo largo de su evolución y en sus etapas
finales, algunas bien explosivas como las supernovas. En la figura se muestra una
imagen de la conocida nebulosa del Cangrejo, cuya supernova sabemos que fue
descubierta por observadores chinos (y árabes) en 1054. La nebulosa representa
el estado final de una estrella de masa intermedia (ni tan grande como una
supergigante, ni tan pequeña como una enana marrón). El producto de esa
explosión, cuyos artísticos e hipnóticos filamentos trazan, acarrea al medio
interestelar nuevos elementos para incorporar a las futuras generaciones
estelares, incluyendo elementos que componen los primeros compuestos esenciales
sobre los que se podrá edificar luego lo que conocemos como vida.
Elementos como hierro, calcio, oxígeno … en la nucleosíntesis explosiva se unirán
al carbono, nitrógeno, y otros producidos a lo largo de la evolución estelar, y
todos ellos junto al hidrógeno, helio, y el litio, que nos acompañan desde el
origen de la nucleosíntesis primordial.
Fig. 1 Nebulosa del cangrejo. Public Domain. Crédito NASA. https://en.wikipedia.org/wiki/File:Crab_Nebula.jpg
Muchas veces me atrevo a bromear con el público más
joven en mis conferencias de divulgación, asegurando que el calcio -que siempre
nos dijeron viene en la leche de la vaca-, en realidad proviene del cangrejo, sí,
pero de la nebulosa del Cangrejo. Lo relevante además es que estos elementos
químicos se pueden encontrar en todas partes en el universo, decimos por tanto
que son cósmicos; variando sus proporciones y localizaciones en función de la
historia de la formación de cada galaxia y de su historia de evolución estelar
concreta.
Aparte de entender la Física como el lenguaje de la
naturaleza, para muchos de nosotros como físicos también existe cierta fascinación
por la abstracción que la Física lleva consigo, por su belleza y la matemática
que encierra, y también por el proceso de diseño del experimento y la
observación. Esto ha sido especialmente así a lo largo de mi carrera científica,
cuando después de la facultad seguí por los derroteros de la Astrofísica
observacional, primero en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y sus
observatorios internacionales (en Tenerife/La Palma), una institución española
que a finales de los 80 inició una magnífica aventura de formación que permitió
a un grupo de físicos jóvenes realizar su doctorado internacional; en mi caso
trabajando con científicos en primera línea del Royal Greenwhich Observatory o
la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Más tarde he desarrollado buena
parte de mi carrera científica en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA,
Granada), centro del CSIC del que he tenido el honor y la responsabilidad de
ser director, así como en sus observatorios (Calar Alto y Sierra Nevada),
combinando con múltiples estancias en instituciones y observatorios
internacionales. El impacto de aquella apuesta inicial del IAC por la formación
de investigadores jóvenes quedó claro ya al principio de la década del 2000, cuando
España llegó a estar entre los siete primeros países del mundo en producción
científica en Astrofísica, un hito logrado habiendo partido desde muy abajo. Aún sigo admirando la belleza del cosmos como
en aquellos días de la tesis. Me apasiona la observación del cielo y veo el
Universo como el sistema físico global, como el experimento por excelencia que
espera nuevos descubrimientos. Ahora yo les recuerdo a mis alumnos del master
que la Astrofísica no es una rama más de la Física, sino que se necesita
aplicar la Física al completo para poder entender el Universo. Desde los
primeros pobladores en la noche de los tiempos que observaban el firmamento, pasando
por los astrónomos mesopotámicos, griegos, chinos, árabes …, el ser humano ha
estado siempre esperando descubrir sus secretos. Podemos imaginar por ejemplo la
cara de sorpresa y la fascinación que sentirían aquellos primeros observadores
nocturnos al descubrir una supernova, una ‘estrella nueva’ en el cielo fruto de
la luz de explosiones lejanas. Veo que la idea de descubrimiento sigue
fascinando a los estudiantes cuando se enfrentan cara a cara con todo un
telescopio a su disposición; abriéndoles la posibilidad de escudriñar el cielo
en esas noches de oscuridad profunda de los observatorios españoles, en la Palma
o en Calar Alto. Es en estos momentos cuando, en mitad de la noche estrellada, uno
es consciente de la humildad del hombre frente al firmamento inmenso.
La enseñanza que transmite Richard Feynman en sus Lectures
es que realmente merece la pena, y mucho, preparar bien a las futuras
generaciones. Este es el mayor capital posible, contiene el más selecto y
delicado valor añadido; cultivar las mentes, y preparar a los estudiantes con
la mayor dedicación posible. Es en las facultades, en las escuelas, donde se
están labrando los futuros científicos formándose para asegurar el porvenir de una
nación, para la comunidad y la humanidad en general. Lo sabemos muy bien porque
la humanidad ha sufrido los devastadores efectos de la pandemia Covid19, pero también
ha sabido finalmente vencer al virus gracias al conocimiento y a la
colaboración internacional.
La Astrofísica hoy en día nos proporciona un ejemplo elocuente de lo que significa avanzar gracias a la colaboración internacional para conseguir construir telescopios extremadamente grandes, como el futuro ELT europeo, o el telescopio gigante norteamericano (sea TMT o GMT finalmente el elegido). El esfuerzo que se necesita para construir las mega-estructuras de observación astronómica está fuera del alcance de un solo país; es por ello que se necesita la colaboración internacional a todos los niveles, tanto para las instalaciones y los observatorios basados en tierra como en el espacio. Para la investigación en Astrofísica de frontera actualmente se movilizan grandes equipos con un gran número de personas de muchos centros del mundo. Podríamos decir que este marco de colaboración internacional cristaliza una idea que sería muy grata para Feynman, y que representa el impulso de la aventura mundial con el fin común de lograr expandir las fronteras del conocimiento humano.
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