Terminaron las clases teóricas de la materia. Por la pandemia tuvimos, nuevamente, un cuatrimestre virtual. Varias herramientas que nos trajo la virtualidad quedarán en el futuro en el repertorio de herramientas para el aula. A otras, cuando llegue el momento, las dejaremos felizmente atrás. La virtualidad que nos impuso COVID-19 desde principios de 2020 tiene algunas ventajas, que todos apreciamos a lo largo de este tiempo: ahorramos horas de viaje, ustedes pueden ver las clases muchas veces, y podemos ilustrar los temas de las clases con simulaciones y material audiovisual. A esta altura también queda claro que la virtualidad genera cansancio, desgaste y pérdida de motivación. Pero, al menos desde mi punto de vista, también tiene otras dos desventajas importantes: se pierde la gestualidad del aula, y para los profesores es difícil saber cuándo ustedes entienden y cuándo no (o, mejor dicho, cuándo no estamos siendo claros en las explicaciones). Y, más importante aún, es que hay un conjunto importante de conocimientos que no forman parte explícita de los contenidos de las materias, pero que se aprenden informalmente, y que no pueden compartirse ni enseñarse en forma virtual.

Existe un conjunto de normas, una ética científica, que esperamos que aprendan a lo largo de la carrera. No hay una materia específica para esto, se aprende en los pasillos, en las conversaciones con compañeros y docentes, en indicaciones mínimas que se dan en el aula. Cuando cursaron Laboratorio 1, probablemente les dijeron que nunca debían falsificar o inventar un dato. Si rindieron finales presenciales, en algún final les habrá llamado la atención que los dejaron escribir sus notas solos: esperamos que sepan que en ciencia es inaceptable copiarse. En alguna materia les habrán dicho que es importante reconocer lo que uno no sabe, o los errores que uno comete. Y en esta materia, tan vasta en sus aplicaciones, uno de los contenidos no escritos es aprender los límites de lo que sabemos, las limitaciones de las aproximaciones, y cómo aplicarlas correctamente desde nuestro lugar como físicos. A lo largo de la materia vimos, en las clases o en la página web del curso, aplicaciones en economía, en biología y epidemias, meteorología, teoría de la información, cosmología, astrofísica, dinámica de fluidos, física de altas energías, y materia condensada. Es claro que las últimas aplicaciones pertenecen al área del conocimiento abarcada por la física. Las primeras no. Las herramientas de la materia sirven para estudiar (en forma parcial) a estos temas, y no está mal que los consideremos, y que tratemos de aprender cosas nuevas. ¿Pero significa eso que sabemos de esos temas? ¿O que podemos opinar como expertos?

En el último año la pandemia de COVID-19 puso a muchos científicos en una disyuntiva similar. Tal vez ustedes en el futuro se encuentren en una situación parecida trabajando en la academia. O se encuentren trabajando para una empresa que evalúa riesgo bursátil, o colaborando con colegas de otras áreas en grupos interdisciplinarios. La tentación de usar un conjunto de herramientas que sabemos que funcionan en muchísimos casos para opinar como expertos es grande. Pero la ciencia a lo largo de los siglos generó un conjunto de buenas prácticas que nos guían sobre cómo debemos comportarnos en esas situaciones. Y nos enseñan a defender con seguridad lo que sabemos, pero también a escuchar a los expertos de otros temas en sus áreas del conocimiento. Y sobre todo, a comunicar (tanto a nuestros colegas, como al público general) primero lo que no sabemos, para luego poder informar responsablemente lo que aprendimos.

Esto probablemente sea aún más importante para las generaciones futuras de científicos, como ustedes. Que vivamos en una sociedad moderna, con problemas complejos, y en los que la ciencia juega un rol central, no significa que la ciencia o los científicos deban ser los instauradores de la verdad. En una sociedad democrática el rol de la ciencia es (entre otros) el de presentar datos y asesorar a la sociedad en la toma de decisiones, pero no tomar decisiones por ella, ignorar la opinión de otros expertos, o ubicarse en una posición de privilegio. La lucha contra las noticias falsas no puede implicar acallar las opiniones, o negarlas solo con argumentos de autoridad. Y muchos menos puede autorizarnos a jugar con las mismas reglas que los que diseminan noticias falsas, y presentar datos parciales o editados con el fin de imponer una postura, por más convencidos de su validez que estemos. Esto no significa que ustedes no puedan o deban involucrarse en causas sociales, políticas, religiosas o culturales que los interpelen. Pero es importante aclarar desde qué lugar hablan en esos casos, y no mezclar sus deseos o creencias con el trabajo que puedan hacer o con la opinión que puedan dar como científicos.

Como resultado de esto, lo que más extraño del aula desde hace más de un año es el ejercicio de poder conversar con ustedes sobre todos estos contenidos extra-curriculares, que como dice Feynman en algún discurso, esperamos que aprendan “por osmosis”. Se que a algunos estudiantes esto les gusta, y a otros les molesta, pero creo que una parte importante del trabajo en el aula involucra justamente esto: enseñar, con las limitaciones que cada uno de los profesores tenemos, cómo se hace ciencia, cuáles son las buenas prácticas científicas, qué cosas no se hacen, qué cosas nos preguntamos, y cuales están fuera de nuestra área del conocimiento y son conversaciones de café. Esto incluye el manejo honesto de los datos, aceptar el error, aprender a no engañarnos a nosotros mismos, no exagerar la relevancia de nuestros resultados, ser cuidadosos en la comunicación de la ciencia, no usar argumentos de autoridad, y muchas otras prácticas que son centrales para sostener la credibilidad de la ciencia en general, y de nuestro trabajo en particular.

Como la modalidad virtual no permite hacer esto informalmente, elegí cerrar la materia planteando estos temas en este último mensaje. Y mucho mejor que cualquier cosa que yo pueda escribir sobre buenas prácticas científicas, es leer a Feynman. Así que les recomiendo fuertemente que lean el discurso sobre ciencias, pseudo-ciencias, y ética científica que Feynman dio a los graduados de Caltech en 1974:

• Cargo cult science

Aunque todo su discurso no tiene desperdicio, solo voy a resaltar cuatro párrafos que me parecen relevantes, y que traduzco a continuación:

• “Esa es la idea que esperamos que hayan aprendido al estudiar ciencias: nunca les dijimos explícitamente cuál es, pero esperamos que lo hayan descubierto a partir de todos los ejemplos de investigación científica. Es interesante, por lo tanto, mencionarla ahora y hablar de esto explícitamente. Es un tipo de integridad científica, un principio de pensamiento científico que corresponde a un tipo de honestidad absoluta, y tomando distancia. Por ejemplo, si están haciendo un experimento, deben informar todo lo que creen que podría invalidarlo, no solo lo que creen que es correcto.”
• “El primer principio es que no debes engañarte a ti mismo, y eres la persona más fácil de engañar. Así que debes tener mucho cuidado con esto. Después de que no te hayas engañado, es más fácil no engañar a otros científicos.”
• “Me gustaría agregar algo que no es esencial para la ciencia, pero es algo que creo: no debes engañar a la persona común cuando hablas como científico. No estoy tratando de decirte que no engañes a tu esposa o a tu novia cuando no estás tratando de ser científico. Esos son problemas para ustedes y sus rabinos. Estoy hablando de un tipo específico de integridad adicional que consiste no solo en no mentir, sino en hacer el esfuerzo de tomar distancia para mostrar cómo tal vez estás equivocado, y que debes hacer cuando actúas como científico. Y esta es nuestra responsabilidad, ciertamente para con los otros científicos, y creo que también al hablar con la gente común.”
• “Así que solo tengo un deseo para ustedes: que tengan la buena suerte de estar en un lugar donde sean libres de mantener el tipo de integridad que he descrito, y donde no se sientan forzados a perder la integridad para mantener su posición en una organización, o el apoyo financiero, u otras cosas. Ojalá tengan esa libertad.”

Como dijo Ben Parker, “con grandes poderes vienen grandes responsabilidades” (y admitamos que saber contar microestados tampoco es un poder tan grande). No hagan daño, sean honestos, trabajen y esfuércense, colaboren, compartan con transparencia sus datos, no sean soberbios, no usen argumentos de autoridad ni se proclamen expertos, aclaren cuándo hablan como científicos y cuándo desde sus creencias, digan explícitamente cuáles son sus conflictos de interés al reportar resultados, y no se pongan a ustedes mismos en situaciones en las que tengan que faltar a la ética científica.

Si esta es la última Física Teórica que cursan, es probable que no nos volvamos a encontrar en un aula (al menos mientras sean estudiantes de grado). Les agradezco la paciencia en este cuatrimestre, y espero que hayan disfrutado la materia. Para mí, es la materia más linda de toda la carrera. Y a todo el resto, espero verlos nuevamente en algún aula. Mucha suerte en el parcial, y a todos los que aprueben los veré en el examen final. Cuídense, y no defrauden nunca a la vocación que los llevó a elegir una carrera científica.

La primera regla del Club de la Pelea es que no se habla sobre el Club de la Pelea. Dirigida por David Fincher (director de Mank, disponible en Netflix), la película de 1999 consigue construir el orden (y el desorden) a lo largo de 139 minutos partiendo de 8 simples reglas. ¿Podemos explicar el orden y el desorden de las transiciones de fase y los fenómenos críticos partiendo de unas pocas reglas?

En posteos anteriores vimos que el orden (o desorden) macroscópico de un sistema no se obtiene trivialmente partiendo de las reglas físicas microscópicas que describen al sistema. El orden macroscópico puede no ser computable, o en el mejor de los casos, “more is different” y requiere nuevos métodos y aproximaciones. Por eso cuando se consiguieron explicar los fenómenos críticos con una teoría física, fue claro que se estaba realizando un gran avance en el entendimiento de los sistemas físicos extensos. De hecho, la teoría de fenómenos críticos marcó buena parte de la física de los últimos 50 años. No tiene sentido hacer una competencia entre áreas que obtuvieron más premios Nobel, o considerar que la importancia de un área o de un resultado depende de si sus autores están listados entre los laureados con un premio (“¡Messi no ganó ningún mundial, es un pecho frío!“). Hacer esto ignoraría la cantidad de resultados cruciales para la física que fueron valorados mucho más tarde, o que permearon la física tan profundamente que los olvidamos (la física tal como la conocemos no existiría sin el cálculo infinitesimal, y sin embargo, Newton es conocido popularmente por la gravedad y la manzana).

Sin embargo, hacer el ejercicio inverso sí tiene algún sentido: mirar la lista de premios Nobel da información sobre algunos temas que marcaron épocas en la física (de la misma forma que mirar la lista de selecciones que ganaron mundiales da información sobre estilos de fútbol y jugadores que marcaron épocas). Y desde 1982 hasta la fecha, muchos premios Nobel tuvieron que ver con el desarrollo de la mecánica estadística, y con el estudio directo o indirecto de las transiciones de fase. Comencemos el repaso de estos premios con Wilson:

El uso del grupo de renormalización para comprender fenómenos críticos fue introducido en la segunda mitad del siglo 20 por Leo Kadanoff, Kenneth Wilson y Michael Fisher. Wilson ganó el premio Nobel en 1982 por su teoría de fenómenos críticos en conexión con transiciones de fase (Kadanoff bien podría ser el Messi de esta historia). Wilson falleció en junio de 2013, y en conmemoración de esa fecha la American Physical Society publicó en 2019 este breve artículo que resume varias de sus contribuciones:

• APS News: This month in physics history.

Al final del artículo van a encontrar la referencia al paper original de Wilson de 1971 por el que ganó el premio. Los dos artículos de Wilson de 1971 sobre grupo de renormalización y su relación con fenómenos críticos están disponibles (con acceso abierto) en Physical Review B:

• Renormalization group and critical phenomena. I. Renormalization group and the Kadanoff scaling picture.
• Renormalization group and critical phenomena. II. Phase space cell analysis of critical behavior.

Desde 1982 a la fecha al menos en otras seis ocasiones se entregaron premios Nobel en temas relacionados con mecánica estadística y transiciones de fase. El más reciente, a David Thouless, Duncan Haldane, y Michael Kosterlitz (que estuvo conversando con estudiantes del DF hace unos años) se otorgó en 2016 por avances teóricos en el estudio de transiciones de fases topológicas de la materia. Las transiciones de fases topológicas involucran un cambio en el orden topológico del sistema: por debajo de una temperatura crítica los “defectos” (por ejemplo, vórtices cuantizados en un superfluido en dos dimensiones) se ordenan en pares (de vórtices con signos opuestos), mientras que por arriba de dicha temperatura se encuentran solitarios y libres. Los interesados en esta transición pueden leer la descripción técnica del premio Nobel, que usa herramientas de la materia (el modelo de Ising, el parámetro de orden, y la energía libre de Landau):

• Topological phase transitions and topological phases of matter.

Yendo hacia atrás en el tiempo y solo llegando en la lista hasta 1982, el premio Nobel de 2003 se entregó a avances en la teoría de superconductores y superfluidos, el de 2001 a los experimentos que obtuvieron los primeros condensados de Bose-Einstein gaseosos en el laboratorio, el de 1996 a la transición de He-3 a la fase superfluida, el de 1991 a avances en el estudio de fases ordenadas en cristales líquidos y polímeros, y el de 1987 a la observación de superconductividad en materiales cerámicos. Los interesados en algunos de estos temas pueden mirar las páginas del premio Nobel, donde encontrarán más información.

¡Y no dejen de mirar las importantes indicaciones para el segundo parcial!