Semana de la Ciencia: La extraña teoría de la luz y la materia (2015)

:( :| :) Libertad Emocional

La extraña teoría de la luz y la materia


Introducción

Para reflexionarMi percepciónCrisis de la FilosofíaY de la CienciaLa utilidad del conocimientoObjetivos

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Para reflexionar

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Mi percepción

• La Ciencia y la Filosofía ortodoxas están llegando a un callejón sin salida.

• Las dos son la respuesta humana a la curiosidad y la necesidad de seguridad.

• Difieren aparentemente en las metodologías.• La Ciencia “oficial” se ha transformado en la

“religión de la Verdad absoluta”.• La Filosofía se ha replegado ante la

complejidad matemática específica.• Y las dos han perdido el rumbo: el ser humano.


Crisis de la Filosofía

"¿Dónde está la filosofía en este fin de siglo? El siglo que fenece ha vivido bajo la influencia de Marx, Nietzsche, Freud, Husserl, Heidegger, Russell, Popper, Sartre y algunos más. Si echo un vistazo a los últimos treinta años, no encuentro ninguna obra filosófica excepcional. La filosofía vive momentos bajos. Ha perdido su relación con el mundo de la vida, se ha transformado en un producto de exquisitos y, lo que es peor, se ha vuelto escéptica y desengañada, desconfía en que puede alcanzar la verdad, y se contenta con estudiar su pasado, la historia de sus momentos de esplendor. Se ha convertido en una viejecita melancólica que recuerda con nostalgia sus éxitos de antaño. Necesitamos sacar la filosofía a la calle y comprometerla a la solución de los problemas de todos los días. Nada de escribir para especialistas: hay que filosofar para el ciudadano común. Esta tendrá que ser la gran revolución filosófica, que creo que está a la vuelta de la esquina“

José Antonio Marina


Y de la Ciencia

• “No vamos a tratar el por qué la naturaleza se comporta de la forma peculiar en que lo hace, no existen buenas teorías que lo expliquen”.

• “La naturaleza sólo nos permite calcular probabilidades. Y, sin embargo, la ciencia aún no ha colapsado”.

Richard Feynman, QED

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Utilidad del conocimiento

La realidad, la naturaleza, physis, tiene un orden interno, una razón interna, un lógos, lo que los estoicos llamaron el lógos spermatikós, cuyo conocimiento es tarea del filósofo, y su aplicación del político. Esto explica por qué Platón consideraba que el gobernante debía ser a la vez rey y filósofo.

Evelio A. Perez Fardalez


Objetivo

• Rescatar la mente filosófica que habita en todo individuo y practicar con la ontología.

1. Definiendo conceptos clave.2. Perdiendo el miedo a la Física

(Filosofía Natural), mediante la explicación intuitiva de la teoría física más exacta jamás enunciada: la QED; y la discusión de posibles interpretaciones.

3. Comprendiendo los sesgos cognitivos que dificultan la aplicación de la lógica al ser humano.

4. Mostrando diferentes interpretaciones de la realidad y sus consecuencias prácticas.

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Ciencia y Filosofía

Filosofía y metafísicaFilosofía y lógicaMétodo científico (o Ciencia)Ciencia y matemáticasOntología

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Filosofía y metafísica

• Filosofía: (griego antiguo φιλοσοφία, «amor por la sabiduría») es el estudio, por medio de argumentos racionales de una variedad de problemas fundamentales:– La existencia.– El conocimiento, la verdad.– La moral, la belleza.– La mente y el lenguaje.

• Metafísica: es una rama de la filosofía que se encarga de estudiar la naturaleza, estructura, componentes y principios fundamentales de la realidad.


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Filosofía y lógica

• La herramienta básica de trabajo de la Filosofía es la lógica.

• Lógica: es una ciencia formal que estudia los principios de la demostración e inferencia válida. Del griego antiguo λογική logikē, «dotado de razón, intelectual, dialéctico, argumentativo».

• La inferencia es el proceso por el cual se derivan conclusiones a partir de premisas.

• Cuando una inferencia es aceptable, lo es por su estructura lógica, y no por el contenido específico del argumento o el lenguaje utilizado.

• El método propio de las ciencias formales es el método deductivo.


Método científico (o Ciencia)

• Método científico: método de investigación que obtiene conocimiento mediante la observación de patrones regulares, de razonamientos y de experimentación en ámbitos específicos, a partir de los cuales se generan preguntas, se construyen hipótesis, se deducen principios y se elaboran leyes generales y sistemas organizados.

• La Ciencia: (del latín scientĭa ‘conocimiento’) es el conjunto ordenado de conocimientos estructurados sistemáticamente, obtenidos mediante la aplicación del método científico.

• La Ciencia considera y tiene como fundamento distintos hechos, que deben ser objetivos y observables.

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Ciencia y matemáticas

• Una de las herramientas básicas de la Ciencia moderna son las matemáticas.

• Matemáticas: es una ciencia formal que, partiendo de axiomas y siguiendo el razonamiento lógico, estudia las propiedades y relaciones entre entidades abstractas.

• Para explicar el mundo natural se usan las matemáticas, tal como lo expresó Eugene Paul Wigner (Premio Nobel de física en 1963):

“La enorme utilidad de las matemáticas en las ciencias naturales es algo que roza lo misterioso, y no hay explicación para ello. No es en absoluto natural que existan “leyes de la naturaleza”, y mucho menos que el hombre sea capaz de descubrirlas. El milagro de lo apropiado que resulta el lenguaje de las matemáticas para la formulación de las leyes de la física es un regalo maravilloso que no comprendemos ni nos merecemos.”


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Ontología

• Ontología: rama de la metafísica que estudia lo que es.

• Intenta responder preguntas generales como: – ¿Qué es la materia?– ¿Qué es el espacio-tiempo?– ¿Hay propiedades emergentes?– ¿Se ajustan todos los eventos a alguna(s) ley(es)?– ¿Qué hace real a un objeto? ¿Es real el azar?– ¿Qué es un proceso?


QED. La extraña teoría …

Presentando a FeynmanUn poco de historiaEfectos de la luzInteracción de la luz y los

electrones

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Presentando a Feynman

• Premio Nobel de Física en 1965 junto a Schwinger y Tomonaga, por el desarrollo de la QED.

• “Todo fragmento de la totalidad de la naturaleza es siempre una mera aproximación a la verdad completa”.

• “Filosóficamente estamos completamente equivocados con la ley aproximada”.

• “Incluso un efecto muy pequeño requiere cambios muy profundos en nuestras ideas”.

• “La prueba de todo conocimiento es el experimento”.• "No me gusta que no comprueban sus ideas. No me

gusta que para cualquier cosa que no está de acuerdo con un experimento, cocinan una explicación, una solución de decir, 'Bueno, todavía podría ser cierto'“.

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La extraña teoría de la luz y la materia

• Feynman elaboro 4 clases sobre la QED para “todos los públicos”, que se recogieron en este libro.

• Parte 1: breve historia de la MC, límites de la QED y explicación de la reflexión parcial de la luz.

• Parte 2: explicación de los efectos clásicos de la luz

• Parte 3: explicación de la interacción de fotones y electrones.

• Parte 4: teoría electrodébil, QCD, Modelo Estándar de partículas.

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Un poco de historia

• ~ 1900: las leyes del movimiento de Newton no eran válidas para los átomos.

• Hasta 1926, se desarrolla una nueva teoría «insensata»: la Mecánica Cuántica.

• Explicaba todo tipo de detalles, como el por qué se combina un átomo de oxígeno con dos de hidrógeno para formar agua, y demás cosas.

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Dualidad onda-corpúsculo

• 1905 Efecto fotoeléctrico: la luz se comporta como una partícula.

• 1915, Millikan confirma Nobel 1921.

• 1924 Hipótesis de de Broglie:– La materia se comporta como una onda.

• 1927, Davisson y Germer confirman Nobel 1929.


La doble rendija

• Figura de interferencia realizada electrón a electrón. Las imágenes fueron tomadas tras el impacto de (a) 10, (b) 200, (c) 6.000, (d) 40.000 y (e) 140.000 electrones.


Electrodinámica cuántica

• La teoría cuántica de la interacción de la luz y la materia fue desarrollada hacia 1929.

• Paul Dirac, elaboró una teoría relativista del e- que no tenía totalmente en cuenta todos los efectos de la interacción del e- con la luz.

• Momento magnético μ = 1 1948 μ = 1,00118.• “La teoría tenía problemas. Si se realizaban cálculos

groseros, se obtenía una respuesta razonable. Pero si se intentaban hacer cálculos más precisos daban ¡infinito!—. Por lo que resultó que no se podía calcular nada que excediese una cierta precisión.”

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Renormalización

• “Este problema fue solventado por Schwinger, Tomonaga, y yo mismo alrededor de 1948”.

• Schwinger fue el primero en calcular la corrección de μ ~ 1,00116.

• ~ 1985: los experimentos habían dado para el número de Dirac un valor de 1,00115965221(4); la teoría lo coloca en 1,00115965246(20).

• Distancia de Los Angeles a Nueva York con el error del espesor de un cabello humano.

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Límites

• “La teoría describe todos los fenómenos del mundo físico excepto el efecto gravitacional, […] y los fenómenos (nucleares) radiactivos”.

• Tuvo que ser ampliada para explicar el comportamiento de los gases y de los líquidos como el agua. (Giuliano Preparata, Emilio Del Giudice; 90s)

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Para ampliar

• Vídeo: Libertad Emocional

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http://www.libertademocional.es/index.php/blog-de-actividades/182-las-revoluciones-en-la-vision-del-mundo-fisico-la-explicacion-cuantica


Reflexión parcial

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Iridiscencia

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Reflexión total

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Dispersión

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Dispersión

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Refracción

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Lentes

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Multiplicar y sumar probabilidades

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En el fondo

• El modelo cualitativo de Feynman para la luz no es más que otro enfoque de lo que ya se conocía en óptica y es explicado con ondas.

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Electrones y doble rendija

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Acciones mínimas

• Acción n° 1: Un fotón va de un sitio a otro. P(A a B)

• Acción n.° 2: Un electrón va de un sitio a otro. E(A a B)

• Acción n.° 3: Un electrón emite o absorbe un fotón. j

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Cálculo de probabilidades

• Pasos o eventos independientes x– E(1 a 3) × E(2 a 4)– E(2 a 3) × E(2 a 4)

• Caminos +– E(1 a 3) × E(2 a 4) + E(2 a 3) × E(2 a 4)

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Movimiento de 1 electrón

• E(1 a 3) x j x P(2 a 3) x E(3 a 4) x j x E(4 a 5) x P(4 a 6) + fig(b) + fig(c)

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Movimiento de 2 electrones

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Movimiento del átomo de H

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Momento magnético del e-

402 años de trabajo + 1 20 años de trabajo

70 diagramas


Resumiendo

• Para explicar el comportamiento del electrón y del fotón hay que calcular la probabilidad de que ocurra un suceso teniendo en cuenta todas las posibilidades de movimiento y de interacción con el campo electromagnético, incluida la creación y aniquilación de partículas.

• La ciencia disponía de formulaciones matemáticas probabilísticas desde el s.XIX: e.j. la mecánica estadística.

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¿La mejor teoría?

¿Resignación?Ontología de CopenhageOtras interpretacionesIndistinguibles experimentalmenteHechos vs teoríasGotas caminantesOtras formulaciones cuánticas

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¿Resignación?

• Debemos aceptar unos comportamientos un tanto peculiares: – Amplificación y supresión de

probabilidades. – La luz reflejándose en todas las partes de un espejo.– La luz viajando por caminos distintos al de la línea

recta.– Los fotones viajando más deprisa o más despacio

que c.– Los electrones retrocediendo en el tiempo.– Los fotones desintegrándose de repente en pares

e-,e+ …

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Ontología de Copenhague

• La primera que propuso una base ontológica de la mecánica cuántica con 5 proposiciones:1. La descripción de la naturaleza es

esencialmente probabilística.2. Un sistema cuántico está completamente descrito

por una función de onda.3. El sistema se manifiesta dualidad de onda-

partícula.4. No es posible medir todas las variables del sistema

al mismo tiempo (principio de indeterminación).5. Cada medición del sistema cuántico implica el

colapso de la función de onda.Valeriy I. Sbitnev (2015)

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Otras interpretaciones

• Mecánica estocástica.• Interpretación estadística.• Interpretación de Copenhague.• Interpretación del Multiverso.• Interpretación de las muchas mentes.• Historias consistentes.• Lógica cuántica.• Interpretación de Bohm.• Interpretación transaccional.• Mecánica cuántica relacional.• Interpretación de von Neumann.• Teorías de colapso objetivo.

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Indistinguibles experimentalmente

“En la práctica cualquier defensa o negación de la teoría cuántica (de cualquiera de sus interpretaciones) no responde a razonamientos matemáticos deductivos sino a impresiones o sugestiones con origen en axiomas filosóficos totalmente arbitrarios.”

• “Dios no juega a los dados”. Einstein• “Deja de decir a Dios lo que tiene que hacer”. Bohr

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Hechos vs teorías

"Muchos...mecanismos clásicos han sido propuestos para explicar el patrón de la doble rendija, pero ninguno de ellos ha sido, al final, probado exitoso."

Richard Feynman

¿O no?

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https://www.youtube.com/watch?v=nsaUX48t0w8


Gotas caminantes 1/2

• Brady, Anderson: (2014).– Propulsión de una gota por su propia onda piloto

cerca del umbral de Faraday.– Dinámica covariante Lorentz.– Bush (2014): masa efectiva

dependiente de la velocidad.– Ecuación similar a la de

Schrödinger.– Con dos gotas, el sistema

obedece a las “leyes de Maxwell”.– Una atracción con fuerza dependiente del inverso del

cuadrado y un análogo a la fuerza magnética. (También podrían ser gravitatorias si la gravitación tuviese una contraparte magnética. (Vorticidad en un fluido) Arbab. I. Arbab, 2009, 2010).

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https://www.youtube.com/watch?v=nmC0ygr08tE


Gotas caminantes 2/2

• Brady, Anderson: (2014).– En un depósito en rotación la

gota es atraída hacia el centro con órbitas cuantizadas.

– Valeriy Sbitnev (2013) puede ser creada una gota y una antigota (burbuja) cuando dos solitones con formas adecuadas chocan en la superficie del fluido.

– Pares de gotas orbitantes exhiben una simetría de spin ½ y alineación antisimétrica.

– Una gota reproduce los efectos cuánticos de dispersión por una y dos rendijas y efecto túnel.

• Valeriy I. Sbitnev (2015): El vacío físico es un medio superfluido especial (modelo en 3D).

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Otras formulaciones cuánticas

• Hidrodinámica: Erwin Madelung(1926).

• Onda piloto: de Broglie (1926).

• Campo Q: Bohm(1952).

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Sesgo cognitivo

La gran preguntaPragmatismo de PlankValores humanos vs lógicaInteligencia instantánea“Teorema” de Plank Rechazo al cambioCriterio de Einstein y objeción de

DennettPosible solución

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La gran pregunta

• ¿Por qué la verdad científica se transforma en “dogma” si … ?

• “El mayor poder de la ciencia es su capacidad para cometer errores, aprender de ellos y seguir avanzando sin más. Eso es, en último término, lo que la convierte en una vía de adquisición del conocimiento superior a todo dogma, doctrina y superstición.”

Carl Sagan

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Pragmatismo de Planck

Una nueva verdad científica no triunfa convenciendo a sus oponentes y haciéndoles ver la luz, si no porque éstos mueren y surge una nueva generación de científicos familiarizada con ella.

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Valores humanos vs lógica

Gregory Berns (Philosophical Transactions de la Royal Society B 2012)

– Los valores personales no se procesan en la zona cerebral que sopesa el coste-beneficio.

Dan M. Kahan (2013)

– Individuos matemáticamente hábiles eran incapaces de encontrar la respuesta correcta a una sencilla operación aritmética cuando el resultado final entraba en contradicción con sus creencias o valores.


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Inteligencia instantánea

• El estrés reduce del riego sanguíneo al neocórtex e implica una disminución de su rendimiento.

• Se reduce la capacidad de:– Análisis de la información.– Lógica.– Creatividad.– Resolución de problemas.

• Nos volvemos más tontos.


“Teorema” de Planck

No tenemos derecho a asumir que cualquier ley física existe, o si ha existido hasta ahora, que va a seguir existiendo de una forma similar en el futuro.

Max Plank. El Universo en la Luz de la Física Moderna (1931)

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Rechazo al cambio

• La validez de una propuesta creativa no motiva a la gente a aceptarla.• El sesgo anti-creatividad es tan sutil que las personas no son conscientes que puede interferir con su capacidad para reconocer una idea creativa.

Jack Goncalo (Psychological Science 2010)

• Nuestras creencias preexistentes, mucho más que nuevos hechos, pueden sesgar nuestros pensamientos e incluso colorear lo que consideramos nuestras conclusiones más desapasionadas y lógicas.

Jonathan Haidt


Criterio de Einstein

Todo aquello que no se pueda expresar con palabras sencillas se debe a que no es verdad.

Albert Einstein

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Objeción de Dennett

“[Otros] indican que mi 'resistencia a usar la terminología filosófica estándar para discutir esos asuntos' a menudo me crea problemas; los filósofos tienen dificultades para imaginarse qué estoy diciendo y qué estoy negando. Mi negación a jugar con mis colegas es deliberada, desde luego, ya que veo la terminología filosófica estándar como algo peor que inútil, como un gran obstáculo para el progreso ya que se basa en muchos errores“

Daniel Dennett (filósofo de la ciencia)

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Posible solución

• Cuantas más personas piensen y sea valorada su contribución al mismo nivel que los demás, más posibilidades hay de descubrir los sesgos cognitivos y corregirlos(problema de la revisión por “pares”).

• Las mejores preguntas suelen provenir de los “legos” en el campo de estudio, porque no conocen lo “evidente”.

• Puede que ser pierda tiempo con ideas erróneas, pero también puede que se hayan “perdido” 100 años en Física y Filosofía.

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Para ampliar

• Vídeo: Libertad Emocional

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Ontología

¿Cuál puede ser el problema?Revisando los principiosDeterminismo vs aleatoriedadPsique y libre albedríoDios vs AzarLa dinámica de la VidaEl problema de la no-localidadSistema caótico no-localUna nueva sociedad

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¿Cuál puede ser el problema?

• Interpretaciones de la realidad– Probabilística:

• Copenhague.• No realista, ¿local?

– Determinista:• Onda-piloto (de Broglie, Bohm).• Realista, no-local (desigualdades de Bell).

• En el fondo se habla de:– Libre albedrío (posibilidad de cambio

voluntario) y las cualidades del ser.


Revisando los principios

• Las argumentaciones no suelen ser el problema de las discusiones científicas o filosóficas.

• Las personas son inteligentes si no están implicadas emocionalmente.

• El problema son las premisas.• Que habría que reevaluar cada cierto

tiempo a la luz de los nuevos descubrimientos.

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Determinimo vs aleatoriedad

• Sistema aleatorio no sé por qué pasan las cosas.

• Sistema determinista lineal estoy “predestinado” (ajedrez).

• Sistema determinista lineal – aleatorio “porcentajes” de ocurrencias dentro de leyes fijas.

• Sistema determinista caótico estoy “predestinado” pero las opciones son tan dependientes de pequeños cambios que no es posible determinarlas exactamente (dados).

• ¿Alguno coincide con el libre albedrío?65


Psique y libre albedrío

• Castigos aleatorios generan un estado de depresión clínica y otras enfermedades mentales. Martin Seligman (psicólogo)

• Creyendo en el libre albedrío (suponer una capacidad de decisión ante lo que se prevé) las personas tienen más ilusión y son menos agresivas.

• Sin libre albedrío para poder cambiar, la discusión sobre el ser sería en vano.

• Y si puede cambiar todo ¿qué es el ser?66


Dios vs Azar

• Azar• Suerte• Fortuna• La diosa

máscaprichosa.

• Dioses:“Fuerzasexternas impredecibles e imparables”.

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Destino, suerte y libertad

• Base de grandes mitos.• Personajes:

– Hombre: predestinado por los dioses.– Dios: el que es libre.– Héroe: más que hombre y menos que dios.

Crea su destino favorecido por un dios.• Camino del héroe: el que le muestra su destino

para superarlo y pasar de hombre a héroe. Del Kaos al Kosmos.

• Teseo y Minos: Minotauro (naturaleza humana y animal), laberinto (cerebro y pensamientos), hilo de Ariadna (la lógica lineal).

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La dinámica de la Vida

Edward Lorenz 1963, teoría del caos. • Características:

– Sistemas de variables dependientes. – Ecuaciones no-lineales, analíticamente irresolubles.– Totalmente regidos por leyes deterministas.– Muy dependientes de las condiciones iniciales.– Zonas muy estables ante perturbaciones (atractores).

Ilia Prigogine (Nobel en 1977) sistemas disipativos.• Características:

– Sólo pueden existir en conjunción con su entorno.

– Suelen tener una dinámica caótica.– Tienden a la auto-organización, (fractalidad).– La Vida es uno de estos sistemas.

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El problema de la no-localidad

• Sistema local:– Cada parte del sistema es

relativamente independiente del conjunto.

– Predictibilidad del sistema (lineal).– “Decido mis acciones”.

• Sistema no-local:– Cada parte del sistema es dependiente del conjunto

completo.– Imposibilidad de predecir el estado exacto del

sistema, pero sí obtener los “atractores” (Takens, 1981).– Decisión probabilística.

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Hemisférios Neocórtex

• Hemisferio derecho: – Procesador en paralelo.– Se ocupa del momento presente.– Piensa en imágenes y aprende

kinestésicamente.– Busca patrones comunes. (Caos)

• Hemisferio izquierdo:– Procesador en serie.– Se concentra en el pasado y en el futuro.– Piensa lineal, metódicamente y en forma de lenguaje.– Percibe la individualidad. (Linealidad)

• El proceso de toma de decisiones es probabilístico, con umbral. (Alexandre Pouget)

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Sistema caótico no-local

• Ilusión de:– Individualidad absoluta.– Libertad absoluta.– Cognición individual y libre.

• Capacidad de:– “Decisión” ante opciones de semejante

“valor”.– Cambiar el sistema cambiando

“individualmente”. Efecto mariposa.72


Una nueva sociedad

• El cambio de un elemento individual del sistema caótico no-local llamado Universo podría provocar una nueva autoorganización global.

• Este cambio generará nuevos pensamientos y tipos de interacciones con el entorno.

• Nuevos sistemas económicos y de convivencia surgirán “solos”, coherentes con la estructura del medio interno.

• No podemos anticipar las “soluciones perfectas” desde el estado de limitación. (Teorema de Gödel)

• Pero podemos divertirnos probando y ajustando.

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Para ampliar

• Vídeos: Libertad Emocional

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Gracias por vuestra atenciónwww.libertademocional.es: )

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