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Buscando la Gravedad cuántica

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (12)

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No será nada fácil lograr el casamiento de la relatividad con la cuántica

  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 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 ir a la longitud de Planck verlas?

         Ni vemos la longitud de Planck ni las dimensiones extra

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. 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?

         Nuestro universo es tridimensional y no podemos ver otro más allá… ¡si existe!

El problema está en que la única teoría candidata no conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC que con sus 14 TeV no llegaría ni siquiera a vislumbrar esas cuerdas vibrantes de las que tanto se habla.

La verdad es que, la teoría que ahora tenemos, el Modelo Estándar, concuerda de manera exacta con todos los a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías.

Con sus 20 parámetros aleatorios (parece que uno de ellos ha sido hallado -el bosón de Higgs-), el Modelo estándar de la f´çisica de partículas que incluye sólo tres de las interacicones fundamentales -las fuerzas nucleares débil y fuerte y el electromagnetismo-, ha dado un buen resultado y a permitido a los físicos trabajar ampliamente en el conocimiento del mundo, de la Naturaleza, del Universo. Sin embargo, deja muchas preguntas sin contestar y, lo cierto es que, se necesitan nuevas maneras, nuevas formas, nuevas teorías que nos lleven más allá.

¡Necesitamos algo más avanzado!

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las partículas que conocemos y están incluidas en el Modelo estándar, se nos ha dicho que ha sido encontrada , nada se ha dicho de cómo ésta partícula transmite la masa a las demás. Faltan algunas explicaciones.

El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resulto ser complejo lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el de electrones, resultó que tenía un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo. El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún, los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones y, , queremos continuar profundizando, sospechamos, que después de los quarks haber algo más.

¿Acaso las partículas circulan por el campo de Higgs y se ven frenadas por éste que les adosa la masa?

Bueno, la idea nueva que surgió es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs, que impregna el vacío y es el mismo en todas partes. Es decir, que si miramos a las estrellas en una noche clara estamos mirando el campo de Higgs. Las partículas influidas por campo, toman masa. Esto no es por sí mismo destacable, pues las partículas pueden tomar energía de los campos (gauge) de los que hemos comentado, del campo gravitatorio o del electromagnético. Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquiriría energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra.

E=mc2, ese aumento de la energía potencial equivale a un aumento de la masa, en caso la masa del Sistema Tierra-bloque de plomo. Aquí hemos de añadirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuación de Einstein. La masa, m, en realidad dos partes. Una es la masa en reposo, m0, la que se mide en el laboratorio la partícula está en reposo. La partícula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones en el acelerador de partículas, o los muones, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) o en virtud de su energía potencial de campo. Vemos una dinámica similar en los núcleos atómicos. Por ejemplo, si separamos el protón y el neutrón que componen un núcleo de deuterio, la suma de las masas aumenta.

Pero la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo. Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta las distintas partículas. Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan éstas al campo de Higgs.

La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones, nos recuerda el descubrimiento por Pieter Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón se aplica un campo magnético al átomo. El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.

ahora no tenemos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC). el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas –Las masas de los W+, W-, y Zº, y el up, el down, el encanto, el extraño, el top y el bottom, así los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

               No dejamos de experimentar saber ccómo es nuestro mundo, la Naturaleza, el Universo que nos acoge

Las masas van de la del electrón 0’0005 GeV, a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV. Deberíamos recordar que extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electrodébil (Weinberg-salam). Allí se propuso el campo de Higgs como una de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnéticas y débiles. En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa –los W+, W-, Zº y fotón que llevan la fuerza electrodébil. Además está el campo de Higgs, y, rápidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa. La simetría se rompe espontáneamente, dicen los teóricos. Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

Las masas de los W y el Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electrodébil. Y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que Gerard ^t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera esta libre de infinitos.

Relatividad y Gravedad Cuántica. Universidad de Cambridge.
Relatividad y Gravedad Cuántica. de Cambridge.
Roger Penrose es uno de los nuevos humanistas del siglo que se ha interesado por los problemas de las matemáticas, de la física, de la biología, de la psicología y de la filosofía. Siguiendo el modelo de Popper de los tres mundos, ha trabajado sobre la flecha del mundo 1 de la física, al mundo 2 de la conciencia, y del mundo 3 de las matemáticas, al mundo 1.

En última dirección ha publicado numerosos libros y artículos, donde aborda la asignatura pendiente de la unificación de la mecánica cuántica y la teoría del campo gravitatorio. El camino que ha seguido Penrose es encontrar una base común a ambas.

Para ello ha introducido dos modelos: los “ networks” y los “twistors”, el primero discreto, con una métrica intrínseca, no relativista, previo al concepto de espacio, el segundo continuo, con una métrica extrínseca, relativista e inmerso en un espacio-tiempo dado.

 Claro que son varias las corrientes que quieren abrirse camino hacia otras físicas nuevas.

 

La Física nos lleva de vez en cuando a realizar viajes alucinantes. Se ha conseguido relacionar y vibrar a dos diamantes en el proceso conocido como entrelazamiento cuántico. El misterioso proceso, al que el propio Eisntein no supo darle comprensión completa, supone el mayor avance la fecha y abre las puertas de la computación cuántica. que nos hagamos una idea del hallazgo, en 1935 Einstein lo llegó a denominar la “acción fantasmal a distancia”. Un efecto extraño en donde se conecta un objeto con otro de manera que incluso si están separados por grandes distancias, una acción realizada en uno de los objetos afecta al otro.

 

Esa nueva teorías quiere explicarlo todo. Nada estar fuera de ella: El Universo que es, todo lo que existe, ahí estará

La teoría de supercuerdas tantas sorpresas fantásticas que cualquiera que investigue en el tema reconoce que está llena de magia. Es algo que funciona con tanta belleza… Cuando cosas que no encajan juntas e incluso se repelen, si se acerca la una a la otra alguien es capaz de formular un camino mediante el cual, no sólo no se rechazan, sino que encajan a la perfección dentro de ese sistema, como ocurre ahora con la teoría M que acoge con naturalidad la teoría de la relatividad general y la teoría mecánico-cuántica; ahí, eso se produce, está presente la belleza.

Lo que hace que la teoría de supercuerdas sea tan interesante es que el marco estándar mediante el cual conocemos la mayor de la física es la teoría cuántica y resulta que ella hace imposible la gravedad. La relatividad general de Einstein, que es el modelo de la gravedad, no funciona con la teoría cuántica. Sin embargo, las supercuerdas modifican la teoría cuántica estándar de tal manera que la gravedad no sólo se convierte en posible, sino que forma parte natural del sistema; es inevitable para que éste sea completo.

 

¿Por qué es tan importante encajar la gravedad y la teoría cuántica? Porque no podemos admitir una teoría que explique las fuerzas de la naturaleza y deje fuera a una de esas fuerzas. Así ocurre con el Modelo Estándar que deja aparte y no incluye a la fuerza gravitatoria que está ahí, en la Naturaleza.

La teoría de supercuerdas se perfila como la teoría que tiene implicaciones si tratamos con las cosas muy pequeñas, en el microcosmos; toda la teoría de partículas elementales cambia con las supercuerdas que penetra mucho más; llega mucho más allá de lo que ahora es posible.

La topología es, el estudio de aquellas propiedades de los cuerpos geométricos que permanecen inalteradas por transformaciones continuas. La topología es probablemente la más joven de las ramas clásicas de las matemáticas. En contraste con el álgebra, la geometría y la teoría de los números, cuyas genealogías datan de tiempos antiguos, la topología aparece en el siglo diecisiete, con el de analysis situs, ésto es, análisis de la posición.

De manera informal, la topología se ocupa de aquellas propiedades de las figuras que permanecen invariantes, cuando dichas figuras son plegadas, dilatadas, contraídas o deformadas, de modo que no aparezcan nuevos puntos, o se hagan coincidir puntos diferentes. La transformación permitida presupone, en otras palabras, que hay una correspondencia biunívoca entre los puntos de la figura original y los de la transformada, y que la deformación corresponder puntos próximos a puntos próximos. Esta última propiedad se llama continuidad, y lo que se requiere es que la transformación y su inversa sean ambas continuas: así, trabajarnos con homeomorfismos.

En cuanto a nuestra comprensión del universo a gran escala (galaxias, el Big Bang…), creo que afectará a nuestra idea presente, al esquema que hoy rige y, la nueva teoría, el horizonte se ampliará enormemente; el cosmos se presentará ante nosotros como un todo, con un comienzo muy bien definido y un final muy bien determinado.

Para eso llegue, sabremos lo que es, como se genera y dónde están situados los orígenes de esa “fuerza”, “materia”, o, “energía” que ahora no sabemos ver para explicar el movimiento de las galaxias o la expansión del espacio mismo.

emilio silvera

 

  1. 1
    Julian Luque
    el 13 de julio del 2014 a las 10:46

     
    ! La gravedad no es inherente de la materia!…”
     

    ¡No es partícula!  ¡No es onda!
     ((¡Es inercia!)).
     
      Julián Luque
     
     

    Responder
  2. 2
    emilio silvera
    el 14 de julio del 2014 a las 6:32

    ¡Hola, amigo Julian!
    ¡Pero, hombre Julian! A estas alturas nos viene con esas. ¿Si la Gravedad no es inherente de la materia, de la masa, entonces, ¿qué es y de dónde surge esa fuerza? Hasta donde podemos saber, allí donde hay masa.materia, aparece esa dichosa fuerza que, es proporcional a la masa que está presente. Al menos eso es lo que creemos y, por eso, precisamente, cuesta tanto escapar de la Tierra que, si el vehículo no sale disparado a 11 km/s, no puede escapar de la órbita y, de la misma manera, de otros planetas y objetos del espacio.
    En cuanto a lo de onda y partícula… ¡Tendríamos mucho que hablar! Yo estaba en el “error” de que la Inercia era aquella propiedad de la materia que hace que se resista a cualquier cambio en su estado de movimiento. Así pues, un cuerpo en reposo se mantiene en reposo a no ser que actúe sobre él una fuerza externa. Esta es una formulación de la primera ley del movimiento de Newton. La masa de un cuerpo es la medida de su inercia. Y, en ese sentido, amigo mío, llevas toda la razón, toda vez que, al fin y al cabo una partícula, aunque ínfima, también es masa.
    Un abrazo.
     
     

    Responder
    • 2.1
      Julian Luque
      el 14 de julio del 2014 a las 9:23

       Debido al volumen constante del universo, la capacidad de la esfera universal aumenta al cubo en cada momento. Aritméticamente es una ecuación acelerada. (La aceleración es igual a inercia). (La inercia es igual a gravedad) La gravedad, la inercia, la aceleración, ya sea positiva o negativa, siempre van cogidas de la mano. No encuentro ninguna teoría que esplique de una forma satisfactoria estos tres efectos. Personal mente creo que es la misma cosa.  Su amigo que lo es.
      Julián Luque  
       

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      • 2.1.1
        Julian Luque
        el 14 de julio del 2014 a las 9:39

        Durante varios años, amigo Emilio, vengo exponiendo en su blog razonamientos, que creo son lógicos,
        En breve, le mandaré por email un resumen recopilando diferentes comentarios con información grafica, dibujos, y fotografías.
         Julián Luque.  

        Responder
      • 2.1.2
        emilio silvera
        el 14 de julio del 2014 a las 10:52

        Algo tan cerca de la lógica y de la sensatez, ¡quién podría rebatirlo?
        “La gravedad, la inercia, la aceleración, ya sea positiva o negativa, siempre van cogidas de la mano”.
        Amigo mío, creo que la Gravedad, de todas las maneras…, algo esconde que aún, no hemos sabido “ver” ni “comprender”. Cualquier día nos saldrá alguien que, más espabilidado que nosotros, nos explique algo que, estando ahí, se nos ocultaba a nuestros limitados intelectos.
        Esperémos que sea pronto, así sabremos un poco más, de cómo funciona la Naturaleza y podremos completar esa Ley Universal que, algunas veces, se comporta de manera esquva, y, hasta su Bosón intermediario se esconde en lo más profundo de nuestra ignorancia para que, no podamos, como hacemos con las otras fuerzas, exhibirlo con orgullo y decir.: La fuerte fuerte está mediada por Gluones, la Débil por las W+ W- y Zº, el electromagnetismo y toda clase de radiación tiene al Fotón pero, ¿dónde está el Hipotético Gravitón?
        En fin amigo Julian, seguiremos tratando de buscar las respuetas a esas preguntas que nadie ha sabido contestar y, lo gracioso del caso es que, cuando aparecde alguna respuesta a una de las muchas preguntas planteadas, lo que en realidad conseguimos es, ¡poder plantear nuevas preguntas!
        Así ha sido siempre y creo, que lo seguirá siendo. Lo que por otra parte nos lleva a un plano de no poder aburrirnos nunca, de tener viva la curiosidad, de tener que agudizar el ingenio: Siempre habrá cosas que buscar, preguntas que responder y muchísimas cosas que no sabremos para que tengamos que seguir esa búsqueda perpetua a la que parece que estamos condenados.
        Nunca lo podremos saber todo sobre todo.
        Saludos,

        Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 14 de julio del 2014 a las 10:42

    Lo estaré esperando impaciente.

    Responder
  4. 4
    Julian Luque
    el 14 de julio del 2014 a las 12:17

    No concebimos una aceleración constante, por eso no concebimos una inercia constante.
    El universo que conocemos, lo imagino como un globo aumentando su tamaño y como consecuencia su volumen constantemente.
    Su capacidad hacia más vacio, es una aceleración permanente.
    La gravedad, es una aceleración inversa.
    Ya no me hago más pesado por hoy.
    Su amigo Julián Luque (Juli) para los amigos.

    Responder
  5. 5
    Emilio Silvera
    el 15 de julio del 2014 a las 2:40

    Amigo mío:

    Si miras hacia atrás en el tiempo verás que nuestros ancestros repartidos por el mundo, en su tiempo, tenían un concepto diferente del mundo, del universo que, a medida que pudimos ir descubriendo, éste fue cambiando y surgieron otros modelos nuevos, más cercanos a la realidad en la que enos encontrábamos inmersos.

    Confinados en nuestra pequeña parcela (nuestro mundo), hay muchas cosas que nos cuesta asimilar, nuestro mundo tridimensional nos hace ver las cosas de cierta manera y con ciertas limitaciones. Sin embargo, los científicos se ven obligados a ir mucho más allá, ellos tienen la obligación de mirar las cosas de otra manera, para poder ver otros caminos, otras posibilidades que, no estándo a la vista,pueden existir y buscan las pruebas de ello.

    Así que, de momento, nos tenemos que “conformar” con tener una visión del Universo que es la que se ha conseguido tener en “nuestro momento”, el ahora de nuestra Civilización, no sabemos el concepto que se tendrá del mundo dentro algunos cientos de años, cuando la física y la astronomía hayan conseguido saber, lo que ahora ignora.

    Un abrazo.

    Responder
  6. 6
    Julian Luque
    el 18 de julio del 2015 a las 20:29

    Amigo Emilio.
     perdonne mi tardanza en mis comentarios, pero me detectaron cáncer de páncreas y de 
    Hígado, y con la químio no salgo de casa, mis hijos me me an regado un ordenador y si me lo permite, me incorporaré a su página de nuevo.
     Siempre su amigo
    Julián Luque. 

    Responder
    • 6.1
      Emilio Silvera
      el 19 de julio del 2015 a las 5:44

      Estimado Julian:

      Una triste noticia que sentimos todos.

      Simplemente decirte que, cuando la vida nos presenta situaciones irreversibles, aparte de luchar contra ellas dentro de lo posible, lo que se debe hacer es hacerlo con dignidad, con el apoyo de todos los seres queridos por los que dimos cuanto pudimos mientras nos quedaron fuerzas. Ellos, siempre estarán con nosotros y, esa es la mejor esperanza y la mayor fuerza que podemos encontrar en momentos así.

      Un fuerte abrazo de tu amigo emilio silvera, en la seguridad de que, aquí (tu casa), siempre será bien recibido.

      Responder
  7. 7
    Julian Luque
    el 21 de agosto del 2015 a las 23:09

    Amigo Emilio. 
    No me conformo con aceptar todas las teorías que nos imponen, y cuando digo esto, me viene a la mente las teorías de Tolomeo, como no había otra cosa se tenía aceptar por ley.
    Igualito que esta pasando con las teorías de Higgs, todos cientificos la están aceptando como ley, y es falsa, no tiene logica, hay que seguir investigando.
    Su amigo Julián.
      

    Responder
    • 7.1
      emilio silvera
      el 22 de agosto del 2015 a las 20:01

      Amigo JUlian:
       
       
      De la Teoría de Higgs llevo mucho tiempo discrepando de cómo el Bosón de su nombre, puede dar masa a las partículas. No se ha explicado bien y de manera irrebatible cómo sucede eso. Otra cosa son teorías y conjeturas de lo que podría ser. Ya sabes que, las Teorías van y vienen, y, cuando aparece un nuevo descubrimiento, hay que modificarla o acoplar el nuevo parámetro para hacerla más perfecta. Todo ello, nos lleva al hecho cierto de que, discrepar de las teorías y no transigir a la primera… ¡Es conveniente y necesario!
       
      Siempre ha sido así, y ahora mismo, andan por ahí algunas Teorías que, pudieran ser ciertas en el futuro pero, habrá que comprobarlas antes muchas veces y, más tade, darles el visto bueno.
       
      Saludos.
       
       

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