¿Qué tan difícil es ser innovador en física teórica?

Hay muy pocos innovadores verdaderos en la historia de la física teórica, porque hay muy pocas oportunidades para abrir nuevas ramas de la física y proponer nuevas leyes físicas. Casi todo el trabajo en física consiste en resolver casos a partir de esas verdaderas innovaciones. Los principales innovadores teóricos e innovaciones son

• Thales, quien inventó la idea de la ciencia.
• Arquímedes, en cuerpos flotantes
• Eratóstenes, que midió la Tierra usando sombras en diferentes latitudes
• Alhazen (Ibn al-Haytham), el Libro de Óptica
• Copérnico, quien propuso el primer modelo heliocéntrico efectivo del sistema solar
• Kepler, quien corrigió el modelo copernicano con órbitas elípticas en lugar de circulares, y demostró que los epiciclos no eran necesarios
• Descartes y Leibniz, quienes trabajaron en la conservación de la energía y el impulso (tuvieron una furiosa discusión entre las dos ideas antes de darse cuenta de que ambas eran ciertas)
• Leonardo da Vinci y Galileo, quienes calcularon la aproximación de la gravedad uniforme con aceleración constante. Da Vinci, sin embargo, no estaba en condiciones de publicar sus resultados.
• Newton, que hizo los cálculos para demostrar la ley de la gravedad del cuadrado inverso, redujo la mecánica a tres leyes básicas y también realizó importantes descubrimientos en óptica.
• Huygens, quien hizo otros descubrimientos importantes en óptica.
• Clerk-Maxwell, que redujo la electricidad y el magnetismo a cuatro ecuaciones interconectadas.
• Gibbs, para mecánica estadística
• Boltzmann, para termodinámica estadística
• Planck, quien resolvió la paradoja ultravioleta con radiación en paquetes fijos (fotones, como se les llamó)
• Einstein, para la absorción de fotones (efecto fotoeléctrico), movimiento browniano, relatividad especial y relatividad general, que conducen a agujeros negros, el Big Bang, el fondo cósmico de microondas, la materia oscura y la energía oscura.
• Bohr, para radiación cuantificada de hidrógeno
• Varios otros en el desarrollo de la mecánica cuántica, incluidos Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Arthur Compton, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Enrico Fermi, Wolfgang Pauli, Max von Laue, Freeman Dyson, David Hilbert, Satyendra Nath Bose
• Alpher, Bethe y Gamow, por las reacciones de fusión nuclear que alimentan a las estrellas: la cadena protón-protón, el proceso triple alfa, el proceso CNO, más fusión hasta hierro y níquel, y explosiones de supernovas y agujeros negros
• Los descubridores e intérpretes de quarks, gluones y la fuerza fuerte, incluido Murray Gell-Mann
• Feynman, para métodos computacionales y renormalización
• Alan Guth por la inflación cósmica
• Peter Higgs, por el bosón de Higgs

Las áreas donde la innovación fundamental es posible y necesaria incluyen

• Conciliación de la mecánica cuántica y la relatividad general, donde las posibilidades incluyen la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.
• Supersimetría
• Identificando la materia oscura
• Ser capaz de calcular soluciones en magnetohidrodinámica
• Poder calcular soluciones en cromodinámica cuántica, la teoría de la fuerza fuerte
• Gran unificación
• La teoría de todo

Quien resuelva cualquiera de estos es probable que gane un Premio Nobel y pase a la historia de la ciencia con los grandes mencionados anteriormente. Por supuesto, existen oportunidades para contribuir a cada uno de estos problemas sin una solución completa.

Existen muchas otras formas de innovación en instrumentos científicos, experimentos, observaciones y aplicación de teorías conocidas a aplicaciones particulares, teóricas o prácticas.

Actualmente trabajo en temas teóricos, aunque no soy un físico teórico (estoy entrenado como ingeniero). Lo que encuentro es que puedes encontrar una idea inteligente y genial para perseguir y, la mayoría de las veces, descubrirás que alguien ha pensado en lo mismo al menos en algún nivel, si buscas lo suficiente. Si no es así, o si encuentra algo que no está tan bien desarrollado, entonces realmente necesita estar familiarizado con toda la literatura relacionada con él y comprender todas las técnicas. Eso tiende a tomar más tiempo en un entorno con tanta información por ahí de lo que supongo que habría tardado, digamos, hace 50–80 años. En ese sentido, es difícil.

En otro sentido, es fácil encontrar un tema si lo estás basando en lo que está ahí afuera. Lees una gran cantidad de literatura, y con tanta información disponible, hay muchas posibilidades para seguir, porque en casi todos los temas, hay muchas preguntas sin respuesta que surgen de la literatura. Puede encontrar uno que le guste, pero surge la misma dificultad que en el párrafo anterior: para responderlo, debe profundizar en otra literatura, tanto dentro del mismo tema como también en otros temas en los que se ha realizado algún desarrollo. siguiendo la línea de su idea (como muchas veces, la respuesta proviene de otro tema). Debes entender las matemáticas detrás de la pregunta que estás tratando de responder. Por supuesto, si ese desafío no estuviera presente, no habría necesidad de investigación ni entusiasmo en la investigación teórica.

¿Cómo puedes conciliar las dos cosas que he dicho? Hay tanto por ahí que es difícil encontrar algo nuevo. También hay tanto por ahí que es fácil encontrar algo nuevo. Ambos son ciertos en cierto sentido. Muchas de las preguntas e intuiciones que tendrás y te entusiasmarán automáticamente serán las que alguien más ha tenido, ya sea al mismo tiempo o muchos años antes. Al mismo tiempo, si observa lo que ha hecho la gente, puede derivar preguntas de eso, que es mucho más probable que no se aborden (y puede decir fácilmente lo que aún no se ha abordado a medida que se familiariza con la literatura sobre un tema dado )

En otras palabras, diferentes momentos tienen sus propios desafíos. Por lo tanto, si bien ahora se han respondido muchas de las preguntas más fáciles, hay muchas más disponibles para que pueda construir. Sin embargo, diré que, en general, el trabajo teórico es más difícil ahora de lo que solía ser (esa es mi evaluación personal), y esto se debe a que para avanzar en una disciplina o tema, hay mucho más para estudiar y saber en avance en términos de lo que otros han hecho antes de que usted llegue, y hay mucho más que hacer antes de que pueda absorber lo que han aprendido. Si va a construir sobre el estado del arte, debe conocer el estado del arte, y esto solo se volverá cada vez más difícil, casi por definición, a medida que aumente el conocimiento. Tengo ideas sobre cómo las comunidades de investigación y enseñanza pueden abordar este desafío en el futuro, pero ese es otro tema completamente diferente.

En resumen, si se familiariza realmente con la literatura sobre un tema y temas relacionados, hay mucho que puede hacer y mucho con lo que puede trabajar. Familiarizarse lo suficiente como para innovar sobre lo que otras personas muy capaces han hecho, es difícil, pero si no fue así, ¿por qué investigar? Es casi por definición la disciplina de resolver problemas difíciles. Un consejo que tendré es limitar tu lectura profunda. Es absolutamente necesario limitarlo a documentos que sean (a) los más impactantes e interesantes en los campos que está estudiando y familiarizándose, o (b) los más cercanos y relevantes a sus preguntas específicas de investigación y sus ideas y pensamientos específicos . Si un documento cumple con ambos criterios, eso es oro. Si no cumple con ninguno de los criterios, probablemente no deba perder su tiempo, lo cual se dará cuenta de que es increíblemente escaso, a menos que haya una técnica que necesite o algo así.

Básicamente es completamente diferente de estudiar y resolver problemas en las clases. Tal vez una analogía ayude.

Hoy eres estudiante y estás aprendiendo a escribir. Eso implica desarrollar tu vocabulario, tomar exámenes de ortografía y estudiar gramática. Como físico teórico, vas a escribir poesía. No puedes escribir poesía si no sabes el idioma y cómo usarlo. Pero escribir poesía es muy diferente a aprender vocabulario.

Me estoy subestimando y creo firmemente que tener una mente abierta y cuestionar la mente curiosa es suficiente. Sin embargo, prácticamente necesita considerar sus opciones de carrera, etc. (aunque no lo he hecho honestamente, pero deberíamos hacerlo) y sí, le encanta. Hazlo tu. Es solo una vida que tienes. Haz lo que quieras de ella.

Y sobre innovación. Creo que la física es fácil. No importa cuán duro, no intuitivo se vuelva, es fácil. Siempre puedes sentarte con un bolígrafo y papel y abordar algo objetivo y real sobre este universo y eso es suficiente para inspirarme a seguir esta carrera. Simplemente no dejes de aprender. No te desvíes de tu puntería. Necesita atención y una mentalidad para mantenerse.

Un análogo que usaría es como estar del lado bueno de la sociedad. Tratando de usar la lógica, la razón, la pregunta y el debate y diferenciar entre lo correcto y lo incorrecto. Del mismo modo, mantenga la misma actitud para descubrir qué es lo correcto, por qué las excusas no funcionarán, por qué algo está mal. ¿Cuál es el problema con este análogo? Es un paso lógico muy constructivo para encontrar la respuesta. Solo se necesita dedicación y voluntad. Al igual que permanecer en la sociedad

Tan duro como una mariposa tratando de llenar un tanque de agua con un tamiz de 200 gramos.
Se necesita la persona adecuada para hacer un trabajo adecuado con las herramientas adecuadas. La limitación podría estar en cualquier parte. ¿Eres o no la persona adecuada para realizar el trabajo?
¿O puede ser incapaz de manejar una herramienta?
O puede ser que la herramienta en su mano no sea suficiente. Solo decide.