Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo.  En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios.  Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (conseguido por muy pocos electrones), era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menor grado.  Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas.  En ese caso, ¿qué era errónea en la emisión de partículas beta? ¿Qué había sucedido con la energía perdida?

En 1922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y, hacia 1930, Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas.  En 1931, Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida.

Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida.  Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas.  No poseía carga ni masa.  Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía.  A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y se liberaba un electrón, que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía.  Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de “neutrino”, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

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Dicen que al principio de todo, cuando la temperatura reinante era inmensa, sólo existía una sola fuerza y la simetría era perfecta. Sin embargo, a medida que el Universo se enfrío, la simetría quedó rota y la fuerza que regía la Naturaleza se dividió en cuatro, es decir, el Electromagnetismo, las fuerzas nucleares débil y fuerte, y, la Gravedad. Estas fuerzas, desde aquellos primeros momentos son las que han regido los mecanismos del Universo y, posteriormente, se unieron a ellas, como sus ayudantes, esas otras figuras que llamamos constantes universales que, como la velocidad de la luz, c, o la constante de Planck, h, son las responsables de la invariancia que podemos observar a nuestro alrededor y hace posible que el mundo sea tal como lo observamos. Una pequeña variación en alguna de estas constantes, impedirían que las estrellas brillaran en el cielo, que nosotros estuviéramos aquí, o que, el Universo se comporte en la forma que lo hace.

Nuestro cuarteto de fuerzas que aseguran la estructura de la Naturaleza se completa con información sobre la manera en que se desprenden los productos de las leyes de la Naturaleza. Una sutileza profunda del mundo es la forma en que el Universo gobernado por un pequeño número de leyes simples puede dar lugar a la plétora de estados y estructuras complicados que vemos a nuestro alrededor, y de la cual nosotros mismos somos ejemplos dignos a destacar. Las leyes de la Naturaleza se basan en la existencia de una pauta que liga un estado de cosas con otro, y donde hay pauta hay simetría.

No obstante, a pesar del énfasis que hacemos en ellas, no somos testigos de las leyes de la Naturaleza. Sólo vemos los productos de dichas leyes. Más aún, las simetrías que las leyes consagran están rotas en estos productos.

Casi todos los físicos esperan que, en última instancia, se encontrará que las cuatro fuerzas naturales sean manifestaciones diferentes de una “súper fuerza” básica, que manifiesta su unidad sólo a temperaturas muy altas. De hecho, tal unificación, ya ha sido confirmada experimentalmente para dos fuerzas: la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear fuerte que se unifican mediante la Teoría electrodébil que nos habla de un pasado unificado, y, resulta intrigante saber que, la simplicidad del mundo depende de la temperatura del entorno.

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“Un estudio de 200.000 galaxias a lo largo de cinco años ha dado lugar a una de las mejores confirmaciones de que la energía oscura está impulsando nuestro universo a acelerarse“. El estudio utilizó datos de la nave espacial de la NASA Galaxy Evolution Explorer y del Telescopio Anglo-Australiano de Siding Spring Mountain.

Los resultados ofrecen un nuevo soporte para la teoría a favor de que la energía oscura funciona como una fuerza constante, uniforme, que afecta al universo y propulsa su expansión fuera de control. Sin embargo, están en contradicción con una teoría alternativa, donde la gravedad, no la energía oscura, es la fuerza que empuja a la separación en el espacio.

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Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que se realizan con ese propósito se les llama “supergravedad”, “súpersimetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.

Ahí tenemos unas matemáticas exóticas que ponen de punta hasta los pelos de las cejas de algunos de los mejores matemáticos del mundo (¿y Perelman? ¿Por qué nos se ha implicado?).  Hablan de 10, 11 y 26 dimensiones, siempre, todas ellas espaciales menos una que es la temporal.  Vivimos en cuatro: tres de espacio (este-oeste, norte-sur y arriba-abajo) y una temporal. No podemos, ni sabemos o no es posible instruir, en nuestro cerebro (también tridimensional), ver más dimensiones. Pero llegaron Kaluza y Klein y compactaron, en la longitud de Planck las dimensiones que no podíamos ver. ¡Problema solucionado!

¿Quién puede ir a la longitud de Planck para verlas?

La puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y, a los teóricos, se les regaló una herramienta maravillosa.  En el Hiperespacio, todo es posible.  Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí si es posible encontrar esa soñada teoría de la Gravedad cuántica.

Así que, los teóricos, se han embarcado a la búsqueda de un objetivo audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos, una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas.  Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

¿Dónde radica el problema?

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Contracción de Lorentz (y de Fitzgerald)
Disminución en la longitud observada de un objeto a lo largo del eje de su movimiento, percibida por un observador externo que no comparte su velocidad.Fue propuesta independientemente por H. A. Lorentz (1853 -1928) y G. E. Fitzgerald (1851 -1900) en 1892 para explicar el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley. A la contracción se le dio un marco teórico en la teoría especial de la relatividad de Einstein. En esta teoría, un objeto de longitud l₀ en reposo en un sistema de referencia parecerá, para un observador en otro sistema de referencia que se mueve con velocidad relativa v con respecto al primero, tener longitud , donde c es la velocidad de la luz. La hipótesis original atribuída esta contracción a una contracción real que acompaña al movimiento absoluto del cuerpo. La contracción es en cualquier caso despreciable a no ser que v (velocidad) sea del orden de c (velocidad de la luz).

Corrimiento al rojo
Desplazamiento de las líneas espectrales en la luz proveniente de las estrellas de las galaxias distantes, que se considera producido por la velocidad de alejamiento de las galaxias en un universo en expansión (ley de Hubble).

Cósmica, densidad de la materia. (Densidad crítica)
Densidad de materia que se obtendría si toda la materia contenida en las galaxias fuera distribuida uniformemente a lo largo de todo el universo. Aunque las estrellas y los planetas tienen densidades mayores que la densidad del agua (alrededor 1 gr/cm³), la densidad media cosmológica es extremadamente baja (menos de 10^-29 gr/cm³, o 10^-5 átomos/cm³), ya que el universo está formado casi exclusivamente por espacio virtualmente vacío entre galaxias. La densidad media de materia determina si el universo continuará expandiéndose o no.La llamada densidad crítica es la densidad media de materia requerida para que la gravedad detenga la expansión del universo. Un universo con una densidad muy baja se expandirá por siempre, mientras que uno con una densidad muy alta colapsará finalmente. Un universo con exactamente la densidad crítica, alrededor de 10^-29 gr/cm³, es descrito por el modelo Einstein-de Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de estos dos extremos.La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro universo representa sólo el 20% del valor crítico. Puede haber, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura que elevaría la densidad hasta el valor crítico. Las teorías de universo inflacionario predicen que la densidad presente debería ser muy próxima a la densidad crítica; estas teorías requieren la existencia de materia oscura que, hoy por hoy, es el misterio más grande de la astrofísica.

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