¿Hay algún fenómeno natural (como el vuelo del abejorro) que desafíe a la física?

A ver, vamos a refutar un montón de las famosas “leyes de la física”. En primer lugar, hay que definir lo que son las “leyes de la física”, y para esto es necesario entender el concepto de escala. Las ecuaciones matemática que describen el mundo físico, cambian a medida que cambias la escala de los fenómenos que se quieren describir. Por ejemplo, si quieres describir el lanzamiento de un misil, las leyes de Newton son mas que suficientes. Pero, si quieres describir el movimiento de un electrón en un acelerador de partículas, las leyes de Newton comienzan a fallar. A pesar de que el tipo de fenómeno a describir en ambos casos —una descripción mecánica del movimiento de un cuerpo— es semejante.

Una situación que desafía las leyes de Newton y que a mi me gusta mucho por su simplicidad consiste en una partícula cargada sujeta a un resorte.

Asumamos que inicialmente la partícula se encuentra una distancia ΔxΔxde su posición de equilibrio, y en esta condición es liberada. En ausencia de carga, la misma experimentará una fuerza restauradora, dando origen a un movimiento armónico simple. Sin embargo, si la partícula está cargada, la situación es bien diferente! Porque, de acuerdo con las leyes de Maxwell, una partícula cargada acelerada, debe radiar energía. Y por conservación de la energía, esta energía es radiada a costa de energía cinética. En otras palabras, si la partícula está cargada, aparece una “fuerza” disipativa que la detendrá completamente después de un cierto tiempo. ¿Y donde se quiebra la ley de Newton? Bueno en primer lugar no hay par de acción y reacción para dicha fuerza, o mejor dicho, como es una auto-fuerza, la carga se está frenando a si misma, lo que es imposible porque de este fenómeno se puede derivar una energía infinita.

Problemas como este, aparecen cuando se mezcla Newton con las ecuaciones de Maxwell, y ocurren debido a que las leyes de Newton no satisfacen la teoría de la relatividad especial de Einstein, en cuanto las ecuaciones de Maxwell ( De donde se derivada toda la teoría electromagnética ) si. En el caso de la partícula cargada, se quiebra también la descripción de “partícula puntual”, dado que dentro del electromagnetismo una partícula puntual tendría una densidad de energía infinita, por lo que hay que tratarla con cuidado para evitar singularidades.

En la misma línea, otro problema donde se quiebran las leyes de la física, sería en los átomos, donde según la teoría electromagnética un electrón sujeta a la fuerza de atracción nuclear debería radiar su energía y colapsar en el núcleo. Dando origen a un universo sin elementos químicos! Que no es lo que vemos obviamente. Y esta contradicción se debe a que en la escala atómica, los electrones no pueden ser tratados como partículas, sino como ondas. Y como ondas, tienen que satisfacer la relación de Heisenberg, que indica que es imposible conocer simultáneamente la posición y velocidad de una partícula sub-atómica . Si el electrón pudiera ser atraído al núcleo, y permaneciera allí en reposo, entonces sabrías exactamente su posición y velocidad. Cuando esta descripción se hace utilizando la ecuación de Schrodinger, es posible probar que en un átomo, a pesar de la interacción coulombiana del nucleo, debido a la naturaleza ondulatoria del electrón la fuerza en media es cero, por lo tanto no habría radiación.

En conclusión, todas las leyes de la física se violan si te sales de sus postulados originales. Hoy en día existen algunas leyes, que han resistido bastante, como por ejemplo la velocidad de la luz en el vacío es la máxima velocidad a la cual se puede transportar información. Pero lo bueno de que se quiebren las leyes es que los seres humanos siempre nos la arreglamos para arreglarlas :)