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(Noticias de Nanowerk) Un nuevo volumen breve del veterano escritor científico George Musser explora el concepto de emergencia en dos áreas de la física: la física de los materiales (conocida como materia condensada) y la física del espacio y el tiempo (conocida como gravedad cuántica). Ambas áreas han sufrido una pequeña revolución en las últimas dos décadas.
En materia condensada, los físicos se dieron cuenta de que la naturaleza está llena de estados de la materia que van más allá de los estados habituales de sólido, líquido y gas. Estas llamadas fases cuánticas y topológicas fueron reconocidas por el Premio Nobel de Física de 2016. En cuanto a la gravedad cuántica, los teóricos tienen la idea de que el espacio y quizás el tiempo no son fundamentales sino que surgen de un nivel más profundo de la física.
Emergence in Condensed Matter and Quantum Gravity de Musser, publicado por Springer, ya está disponible.
«En física, aburrido significa interesante», dice Musser, miembro del Instituto de Preguntas Fundamentales, FQXi, un grupo de expertos en física.
Tome el aire por ejemplo. Obedece leyes muy simples de presión y temperatura, pero imagina que te acercas al nivel molecular y las moléculas están rebotando y retorciéndose y girando a tal velocidad y en cantidades tan grandes que es alucinante. ¿Cómo es que todos estos billones y billones de moléculas llegan a comportarse tan fácilmente para nuestros ojos? ¿Cómo logran todas las moléculas en un copo de nieve o un cristal de sal formas tan hermosas sin una mano que las guíe, solo sus propias interacciones mutuas?
Este es el tema de la emergencia: la forma en que muchas moléculas, partículas u otras unidades básicas trabajan juntas para lograr algo más grande que todas ellas. Es uno de los conceptos más importantes de la ciencia, pero también el más tenso. En su nuevo libro, Musser ofrece una introducción a este campo fascinante, revisando la literatura científica de una manera accesible para los principiantes y destacando el trabajo reciente que mantiene informados a los expertos.
El nuevo libro impreso y recurso en línea fue publicado por Springer el 10 de agosto de 2022 y surgió de un informe detallado preparado por Musser para la Fundación John Templeton, JTF, y el Instituto de Preguntas Fundacionales, FQXi, publicado en diciembre de 2021 .
Musser comienza con una introducción que describe cómo el concepto de emergencia se ha vuelto cada vez más crítico en la ciencia. El segundo capítulo profundiza en algunos de los nuevos materiales más emocionantes que se están descubriendo y desarrollando, desde los llamados metales extraños hasta los aislantes topológicos, y cómo sus propiedades innovadoras podrían revolucionar aspectos del tratamiento médico, la electrónica y la computación cuántica. El grafeno es uno de los ejemplos más conocidos, pero Musser descubre muchos más.
«Uno de mis favoritos fueron los aisladores topológicos porque representan un gran rompecabezas intelectual y porque aparecen en muchos entornos diferentes», dice Musser. «Sientes que hay mucho más que aprender sobre ella».
Universo como un holograma
A continuación, Musser pasa de los materiales fabricados en laboratorio al extremo opuesto, la formación del propio espacio, posiblemente a partir de bloques de construcción cuánticos, y explica por qué nuestro universo podría verse como un holograma en el camino. «Se habla mucho de que los físicos no están de acuerdo; las quejas sobre la teoría de cuerdas reciben mucha prensa», dice Musser. “Pero aquí hay un caso en el que realmente están de acuerdo. El espacio no parece tener una importancia fundamental para el universo”. En el último capítulo, Musser examina las conexiones explícitas entre las teorías de la materia condensada, la teoría de cuerdas y el origen del espacio y el tiempo.
El volumen incluye gráficos que ayudan a ilustrar dos de los efectos físicos más complejos: los efectos Hall en la física de la materia condensada, que dan lugar a algunas de las propiedades más extrañas y útiles de algunos materiales exóticos; y la holografía del espacio-tiempo en la gravedad cuántica, que se refiere a la aparición del espacio-tiempo a partir de procesos cuánticos más fundamentales.
«Musser describe una serie de resonancias profundas que parecen unir áreas dispares de la física», dice Zeeya Merali de FQXi, quien editó el informe original de Musser para el Foundational Questions Institute. «Estas conexiones sorprendentes abren la puerta a experimentos que podrían arrojar luz sobre cómo funcionan los materiales misteriosos e incluso cómo surgió el universo tal como lo conocemos».
Un escritor científico consumado y galardonado, Musser tiene experiencia en ingeniería eléctrica, matemáticas y ciencias planetarias. Fue editor de física en Scientific American durante más de una década y ha publicado libros de física populares sobre teoría de cuerdas y física cuántica.
«Musser es conocido por su habilidad para simplificar ideas asombrosas para una amplia audiencia con ingenio y encanto», dice Merali. «También tiene un gran olfato para identificar qué teorías emergentes finalmente conducirán a cambios profundos en nuestra comprensión de los fundamentos de la realidad, lo que también le ha valido el respeto de la comunidad física profesional».
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