Las simetrías físicas y sus efectos en la evolución de la vida.

Aquellos que me sigáis desde hace tiempo sabréis que no es ningún secreto mi interés en explicar todos los fenómenos emergentes a partir de efectos físicos fundamentales. Al fin y al cabo, como dice la famosa viñeta de xkcd, todas las ciencias dependen en última instancia de las leyes fundamentales de la naturaleza. Esta idea fue también adaptada en versión comic por la web abstruse goose de una forma parecida.

Viñeta subcampo.png

Es importante machacar esta idea porque en general se tiene la idea de que la física aplica cuando hablamos de estrellas, auroras, electricidad, aceleradores de partículas y poleas, entre otros, pero que más allá todo es competencia de otras ramas del saber. Gran parte de la culpa de esto la tiene el sistema educativo, donde las asignaturas se enseñan parceladas y con apenas interacción entre ellas. ¿Cuántos de vosotros habéis visto en un libro de texto de física problemas aplicados a biología, neurología o sociología? Apuesto a que ninguno. Las matemáticas sí que se meten más o menos en otras ramas durante los cursos de enseñanza obligatoria, pero al llegar a cursos superiores se van aislando más. ¿Cuántos habéis visto problemas con matrices en segundo de bachillerato cuya finalidad no fuese exclusivamente hacer cuentas con matrices? Dando clases, recuerdo a un chaval teniendo que elevar una suma al cuadrado se dejó el término de “doble del primero por el segundo” y al hacérselo notar me dijo “ah, ¿pero eso no es solo en matemáticas?”.

En esta entrada no voy a detallar mucho esta cuestión en general, sino que voy a hablar de un ejemplo concreto y sencillo de cómo juntar dos ramas de la ciencia para beneficio de la comprensión de ambas. Un ejemplo que tengo que agradecer a Richard Dawkins y su obra de arte en forma de libro llamada “El cuento del antepasado”: la influencia de las simetrías físicas en la evolución de la vida terrestre (y presuntamente en otros lugares del universo). Pero empecemos hablando de cada una de estas cosas por separado.

Simetrías en física:

Desde los inestimables aportes de Lagrange a la mecánica clásica, sabemos que la energía potencial es la clave de todo movimiento. No voy a volver a detallar esto mucho, puesto que ya lo hice a nivel divulgativo en esta entrada y a nivel técnico en esta otra.

Baste decir que las simetrías contextuales de un problema físico imponen restricciones a lo que sucederá con el mismo. Así, si un cuerpo está sometido a una energía potencial que solo varía en vertical únicamente adquirirá aceleraciones en dicha dirección y en ninguna otra debido a la misma. Los cuerpos escapan de la energía potencial como principio fundamental de la naturaleza, el principio de Hamilton, y todos los sistemas evolucionan de forma acorde a las simetrías de la misma.

Supongamos que tenemos una carga en nuestro origen de coordenadas y, a una cierta distancia, una carcasa con forma esférica llena de cargas de signo opuesto. Como las cargas opuestas se atraen, todas esas cargas se verán atraídas por la del origen, pero por otra parte se repelerán entre ellas. Uno podría pensar que el movimiento de todas ellas en cuanto las soltemos será completamente caótico, pero nada más lejos de la realidad.

Dado que el problema tiene una simetría esférica (todo está igual a la misma distancia del origen) está condenado a mantener dicha simetría. Y simplemente por esta conservación de la simetría podemos deducir dos cosas: la carga del centro no se moverá hacia ningún sitio (se cargaría la simetría esférica haciendo que la dirección de su movimiento fuese privilegiada) y todas las otras se moverán en bloque, bien sea hacia fuera porque gane la repulsión o hacia dentro porque gane la atracción. Por mucho que pase el tiempo seguiremos teniendo una carga central y una carcasa esférica de carga opuesta. Únicamente se puede modificar el radio de la segunda. Al haber una simetría esférica, es inviable cualquier deformación de los componentes del sistema que haga de deje de haberla.

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Post completo en: PEstudiar Física

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