¿Qué eventos en la historia de la física a menudo no se presentan con precisión en los libros de texto de física?

Answer 1

Se presenta muy poco con precisión, pero no estoy seguro de que sea más impreciso que otras historias de la historia. Los historiadores suelen simplificar excesivamente los eventos para que encajen en una bonita historia.

En física, los historiadores suelen hacer que la progresión parezca lógica, cuando en realidad es discontinua y, en muchos sentidos, aleatoria y confusa. El principal inconveniente de todo esto es que da la impresión errónea al estudiante o al joven investigador de que no se están comportando como científicos; están demasiado confundidos para encajar bien en la imagen que tienen de la forma en que las cosas realmente se desarrollaron.

Doy un relato sorprendente de un ejemplo, la predicción de Dirac del positrón, en mi nuevo libro Now: The Physics of Time. La mayoría de los libros de historia te dirán que Dirac encontró soluciones de energía negativa en sus ecuaciones; que concluyó que el vacío debe llenarse con electrones de energía negativa, y que la ausencia de tales partículas sería “agujeros”, que se comportarían como antielectrones. Cuando fueron descubiertos por Anderson, fueron llamados “positrones”. Poco después, Dirac ganó el Premio Nobel por su predicción. Fue el ejemplo más maravilloso de física y matemáticas combinadas que condujeron a una conclusión extraordinaria.

Lo que realmente sucedió fue muy diferente. A Dirac se le ocurrió su ecuación, basándose en la suposición de que su ecuación no debería tener soluciones energéticas negativas. Por esa razón, rechazó la ecuación “Klein-Gordon” que ya había sido publicada, porque conducía a estados de energía negativos. Entonces, en cambio, encontró un nuevo enfoque para tener una ecuación que era solo una derivada de primer orden en el comportamiento del tiempo. Desarrolló eso a pesar de que requería el uso de matrices en lugar de números simples.

¡Para su sorpresa, su nueva ecuación todavía condujo a soluciones energéticas negativas! Pero le dio el giro correcto y el momento magnético para el electrón, por lo que no lo rechazó. Pero no sabía qué hacer con los estados de energía negativos.

Luego escribió otro artículo en el que afirmó que todos los estados de energía negativos estaban llenos. Aunque eso requería una densidad de carga infinita en todas partes en el espacio, y una densidad de masa infinita, se quedó con eso. De vez en cuando, uno de los electrones de energía negativa se elevaría a una energía positiva, dejando un “agujero”. Identificó estos agujeros como … protones!

Después de que se publicó la “teoría de los electrones y protones” de Dirac, Weyl demostró que la teoría implicaba que los protones tendrían la misma masa que los electrones. Dirac admitió esa deficiencia, pero encontró cierta esperanza en el trabajo de Eddington de que tal vez podría introducirse una asimetría de masas. Pero no se le ocurrió una solución. Entonces Oppenheimer señaló que, en la teoría de Dirac, los protones y los electrones se aniquilarían rápidamente; pero de hecho no lo hacen; Los átomos de hidrógeno son estables. Esto presentó un verdadero desafío para Dirac. Su ecuación tuvo el momento magnético correcto para el electrón, pero falló en dos cuestiones importantes.

Finalmente Dirac escribió un artículo sobre un tema diferente, pero incluido en dos párrafos cortos sobre el problema anti-electrón. Admitió que los antielectrones tendrían la misma masa que los electrones (como había dicho Weyl), y que se aniquilarían rápidamente (como había dicho Oppenheimer). Entonces concluyó que deben tener la misma masa que los electrones. Los llamó anti-electrones, pero argumentó que los experimentos no eran lo suficientemente sensibles como para verlos. Estaba equivocado en eso; ya habían sido observados, aunque no identificados con la teoría de Dirac (aún no publicada). Poco más de un año después, Anderson hizo la primera observación definitiva del anti-electrón; En su artículo, un editor sugirió que lo llamara “positrón” y el nombre se quedó.

En su conferencia Nobel, Dirac no mencionó las contribuciones centrales de Weyl y de Oppenheimer, y sus roles son ampliamente ignorados en las breves historias de su trabajo. Su predicción del positrón a menudo se presenta como una consecuencia simple y directa de su ecuación original.

(Como mencioné anteriormente, su ecuación original fue escrita en formato de tensor porque quería evitar tener un término de energía no lineal. Quería evitar esto porque pensaba que conduciría a soluciones de energía negativas. Sin embargo, su enfoque también condujo a resultados negativos soluciones energéticas, por lo que su motivación resultó ser falsa. De hecho, antes de su trabajo, la ecuación de Klein-Gordon había sido ideada, y Dirac la rechazó porque tenía soluciones de energía negativas. Ahora sabemos que la ecuación de Klein-Gordon es un descripción correcta de partículas sin espinas.)

Esta no es la forma en que se describe la historia del positrón en la mayoría de las cuentas. Hacen que parezca mucho más sencillo, como si Dirac fuera simplemente un genio que vio todo el camino hacia la solución. Cuando lees la historia real, puedes apreciar que hay un enorme tropiezo e interacción entre colegas de lo que podrías imaginar por las simples cuentas. Entonces, cuando tropiezas a tu alrededor, no estás fallando; puede estar al borde de un gran avance.

Puedo dar muchos ejemplos de mi propia carrera, en los que la descripción “histórica” ​​está lejos de la realidad.

Answer 2

Una de las cosas que a menudo se malinterpreta es la motivación histórica de la Teoría general de la relatividad. Dos mitos prevalecientes son que a) la relatividad especial no puede tratar con la aceleración, y que b) la relatividad general fue pensada desde el principio como una teoría de la gravitación.

En realidad, la Relatividad Especial (en aquel entonces conocida simplemente como la Teoría de la Relatividad) puede manejar bien la aceleración. Sin embargo, los sistemas inerciales “se prefieren, para la formulación de las leyes de la naturaleza, a los espacios de referencia en un estado de movimiento diferente” [ El significado de la relatividad , Albert Einstein, 1954 (5ª ed.)] Así surgió la necesidad de construir una “teoría general” (llamada Generaltheorie en el alemán nativo de Einstein) que generalizaría la teoría de la relatividad a los sistemas en un estado de movimiento arbitrario.

Sin duda, esta no era una necesidad apremiante. Y especialmente no había una necesidad apremiante de una nueva teoría de la gravedad. La teoría de Newton funcionó bien, y el pequeño avance anómalo del perihelio de Mercurio tenía muchas explicaciones propuestas, incluida la “materia oscura” (en forma de anillos de polvo y gas nunca antes vistos alrededor del Sol) o una mejor explicación del momento cuadrupolo del Sol, todo dentro de los límites de la teoría newtoniana. Por supuesto, sería bueno hacer de la gravitación una teoría de campo relativista adecuada como el electromagnetismo, pero en lo que respecta a los datos de observación, la acción instantánea a distancia de Newton funcionó bien.

Lo que convirtió la “teoría general” en una teoría de la gravitación fue la realización de la equivalencia entre la masa inercial y gravitacional y la importancia de esta equivalencia. Es decir, que un observador acelerado en una cámara cerrada no puede saber si está sentado en un cohete acelerador o en la superficie de un planeta expuesto al campo gravitacional de ese planeta. O un observador en la misma cámara que se siente ingrávido no puede decir si está flotando en el espacio vacío o cayendo libremente en un campo gravitacional. Esta comprensión condujo a la conclusión de que la gravedad necesariamente debe ser parte de la “teoría general”. Una vez que nació esta “teoría general”, es decir, la Relatividad general, la “vieja” teoría de la relatividad que trataba los marcos inerciales como especiales, y que era solo un caso especial de esta teoría más general, se conocía como Relatividad especial.

Y mientras hablamos del tema de Albert Einstein, otra falsedad que se escucha a menudo es que Einstein se opuso a la física cuántica. La gente tiende a olvidar que lejos de ser un oponente, Einstein fue uno de los pioneros de la física cuántica. Hay una razón por la cual Einstein estuvo presente, como el segundo asistente invitado más joven, en la primera Conferencia de Solvay. Y esa razón fue uno de sus documentos annus mirabilis de 1905, el del efecto fotoeléctrico (¡ no el de la relatividad especial!), Que finalmente le valió el premio Nobel de 1921 (emitido en 1922). En este artículo, Einstein es el primero en proponer cuantificar el campo electromagnético. Esta fue una idea tan revolucionaria que casi una década después, algunos amigos de Einstein todavía estaban excusándose por él, avergonzados por uno de sus “errores raros”.

Ahora es cierto que el papel de Einstein fue insignificante en la “nueva” física cuántica de Schrödinger y Heisenberg, y que sus objeciones posteriores a la interpretación probabilística (Copenhague) se basaron, al menos en parte, en posibles malentendidos de la teoría … y que Hasta donde yo sé, él nunca dominó la teoría cuántica de campos (que todavía era una teoría muy incipiente en el momento de la muerte de Einstein). Pero su creencia de que la teoría cuántica no es la última palabra sobre el tema no era ni un signo de ignorancia ni de hostilidad a la teoría cuántica, sino más bien una expresión de frustración con la opacidad de la misma y la inadecuación de la interpretación de Copenhague. (Sigo preguntándome; si Einstein hubiera sido más joven, si hubiera tenido tiempo de familiarizarse completamente con la teoría cuántica de campos, ¿le habría satisfecho? Creo que habría abordado muchas de sus preocupaciones, aunque posiblemente no todas).

Answer 3

Voy a coger el infierno por esto …

No lo suficiente de ellos , en mi humilde opinión!

Para mí, la Física (la empresa humana, no el comportamiento consistente [hipotético] real del mundo físico, es decir, la física , sin capitalizar) se trata de describir cómo funcionan las cosas de una manera que los seres humanos puedan entender lo más fácilmente posible sin ser demostrables incorrecto. Ha habido un progreso considerable en este sentido en los últimos cientos de años. Si echa un vistazo a los Principia Mathematica de Newton, encontrará muy poco que le resulte familiar a un sobreviviente reciente de un curso de Mecánica de primer año. No ayudaría a la empresa de Física forzar a los estudiantes a aprenderlo primero a la manera de Newton. Newton fue genial, pero hemos hecho muchas mejoras pedagógicas desde entonces.

Aplaudo de todo corazón los esfuerzos de los Historiadores de la Física para dejar claro quién tuvo primero qué ideas, etc. , pero la Física es lo suficientemente desafiante sin imponer precisión histórica. Alguien debe recordar y analizar cómo todas las luchas políticas y sociológicas de ida y vuelta condujeron a la comprensión y las convenciones de hoy, pero no todos necesitan hacerlo. La física no necesita el relativismo social: son totalmente incompatibles.

Vale, dame el infierno.

Answer 4

La resistencia a la aceptación de la teoría heliocéntrica de Copérnico se explica incorrectamente. Al alumno le queda la impresión de que otros científicos de la época eran demasiado estúpidos y tercos para aceptarlo.

Pero dada la escasa comprensión de la óptica de la época, la resistencia es comprensible. Los mejores telescopios, al obtener imágenes de cualquier estrella, mostraban que era de un lugar de tamaño finito, por supuesto, y calculando a partir de la ampliación, los astrónomos pensaron que estaban calculando el tamaño angular real de las estrellas. Si tan solo supieran la distancia a las estrellas, sabrían los tamaños reales. Pero si aceptaban Copérnico, sabiendo también que la diferencia de paralaje observada entre dos mediciones con medio año de diferencia apenas era perceptible, podrían calcular una distancia mínima para esas estrellas. Así podrían calcular un tamaño mínimo de las estrellas. Y este mínimo resulta ser increíblemente grande.

Fue Airy quien explicó que el punto medido no está relacionado con el tamaño real de la estrella, sino que es un artefacto de difracción: las imágenes no pueden ser más pequeñas que el límite de difracción, ahora conocido como el punto Airy.

Answer 5

Los relatos del trabajo de Kepler en su mayoría no mencionan que no creía que las estrellas fueran otros soles.