En concreto, la energía es una cantidad que depende de cómo midamos las distancias y los intervalos de tiempo. Un automóvil de prueba que choca a gran velocidad contra una pared de ladrillos tiene obviamente energía. No obstante, si el veloz automóvil se aproxima a la velocidad de la luz, sus propiedades de distorsionan. Se contrae como un acordeón y los relojes en su interior se frenan. Lo que es más importante, Einstein descubrió que la masa del automóvil también aumenta cuando se acelera. Pero, ¿de dónde procede este exceso de masa?, y él concluyó que procedía de la energía.

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una conclusión de la teoría es que la masa de un cuerpo, m, aumenta con su velocidad, v, de acuerdo con la relación:

donde m₀ es la masa en reposo del cuerpo. Einstein también concluyó que si un cuerpo pierde energía L, su masa disminuirá en L/c². Einstein generalizó esta conclusión al importante postulado de que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido en energía, de acuerdo con su ecuación m=E/c² que, en su versión más conocida es E=mc².

Esto tuvo consecuencias perturbadoras. Dos de los grandes descubrimientos de la física del siglo XIX fueron la conservación de la masa y la conservación de la energía; es decir, la masa total y la energía total de un sistema cerrado, tomados por separado, no cambian. Por ejemplo, si el coche veloz choca contra el muro de ladrillos, la energía del automóvil no desaparece, sino que se convierte en energía sonora del choque, energía cinética de los fragmentos de ladrillo que vuelan por los aires, energía calorífica, y así sucesivamente. La energía total (y la masa total) antes y después del choque es la misma.

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Los físicos de más edad dejan volar a menudo sus pensamientos hacia aquellos tiempos gloriosos en los que, durante mucho tiempo, ha sido la era de los grandes descubrimientos de la primera mitad del siglo XX: La mecánica cuántica, la relatividad especial y general, la electrodinámica cuántica y los descubrimientos de las primeras partículas elementales.

El Zoo de las partículas llegó a ser tan exótico y numeroso que, Entico Fermi dejó caer aquella famosa frase: “Si tengo que saber de memoria el nombre de todas las partículas que existen,  hubiera sido  botánico”.

Fermi (abajo a la izquierda), Szilárd (segundo desde la derecha abajo), y el resto del equipo de la pila atómica

Claro que, días gloriosos también lo fueron en la década de los 70 cuando fueron colocadas en su sitio muchas piezas del gran puzzle de las interacciones débil, electromagnética y fuerte. El descubrimiento en 1974 de la J/Ψ fue el clímax. Antes de que este se produjera, aún quedaba alguna duda de que la teoría de la interacción débil fuera correcta y se consideraba la teoría de la intertacción fuerte simplemente como una idealización de algo que podría muy bien ser más complicado e insondable.

Pero, pasado algún tiempo, los experimentos llevaron a la convicción de que ambas teorías eran correctas, incluso en sus detalles. Según continuaban los experimentos las sorpresas iban en aumento a medida que surgían detalles más precisos de lo que muchos de aquellos físicos habrían esperado. Una cosa estaba muy clara: vivíamos en un mundo que obedecía meticulosamente a las leyes de las matemáticas, y las matemáticas son difíciles, pero se pueden llegar a entender completamente para poder llegar a esos misteriosos secretos que la Naturaleza trata de esconder y nosotros, de desvelar.

Antes os mencionaba la J/Ψ.  Cuando una partícula J/Ψ se desintegra (o decae), por lo general produce un par de muones. Observa atentamente los dos eventos mostrados a continuación. ¿Hay pruebas de pares de muones (trayectorias en rojo) en uno de estos eventos o en ambos? ¿Podría ser cualquiera de estos eventos un candidato para J/Ψ? ¿Es esta evidencia débil o fuerte? ¿Está seguro de tus conclusiones?

Un evento debe pasar dos pruebas antes de que pueda ser considerado como un candidato para J/Ψ. Usarás un sistema de evaluación para hacer un seguimiento de que tan confidentes eres en tu conclusión. Tú—y tu compañero estudiarán 100 eventos. Corresponderá a los estudiantes, en colaboración con los mentores y con los maestros, determinar el peso que asignaran a cada uno de los criterios y evaluaciones usadas. Vas a escribir tus evaluaciones en una hoja de datos.

Para ser una posible candidato a J/Ψ, el evento debe contener dos trayectorias de muones de cargas eléctricas opuestas.

Seguir hasta el final el proceso sería tedioso y, con este esbozo, sólo he querido significar que, llegar a conclusiopnes finales nunca ha sido fácil y se han necesitado de muchos experimentos, desechar todo aquello que no implican sucesos importantes paras lo que se busca, y un sin fin de cuestiones que hay que tener en cuenta antes de dar por bueno éste o aquel experimento de cuyos resultados veremos, finalmente, si coincide con la teoría.

Mucho tendríamos que aprender sobre los mecanimso misteriosos que rigen ese objeto que arriba vemos para poder entender que hayamos podido llegar a saber sobre el mundo físico de la materia y las fuerzas que lo rigen. Es una maravilla que tardaremos mucho tiempo en poder explicar.

Claro que, durante cualquiera de estos procesos, por el camino, nos encontramos con maravillas que nos invitan a la reflexión. ¿Cómo puede ser el cerebro humano capaz de entender totalmente el extraño mundo de las partículas subatómicas más exóticas y con tanto detalle? ¿Es que nuestro cerebro ha evolucionado al margen y más rápidamente que lo que tendría que haber sido conforme a la evolcuioón natural? Si lo pensamos bien, hasta ayaer mismo estábamos atareados con arcos y flechas y, hoy, tratamos de desentrañar los más recóndidos misterios de la Naturaleza de la materia queriendo desvelar sus componentes y como se comportan y por qué lo hace de esa manera.

La partícula J/Ψ se desintegra cuando dos quarks se aniquilan entre sí produciendo tres gluones, Estos gluones a su vez, se desintegran en piones, kaones o lo que sea, pero es la primera interacción, que se produce muy lentamente, la que determina la duración de su vida total. Sustituyendo los números, se encontró que se ajustaban razonablemente a las observaciones y no se tardó mucho en lograr que esta explicación fuera aceptada por la comunidad científica.

Ahora que las propiedades del quark c se podía determinar con muchio más detalle, los experimentadores sabían exactamente donde podían buscar más. Calculándo las masas de estas partículas paracía razonable deducir que la Ψ´´,  más pesada, podría desintegrarse directamente en mesones con encanto. esta desintegración se produce mucho más rápidamente que la desimtegración de J/Ψ, porque no requiere que se aniquilen antes entre sí un quark y un antiquark con encanto.  Esta es la razón por la que Ψ´´,es menor estable, pero es también la razón por la que el sitio ideal para buscar mesones con encanto sea entre los productos entre los que se descompone, donde, emn efecto, pronto se descubrierom.

En realidad, la partícula J/Ψ fue una pieza que vino a univer varias partes sueltas de nuestro gran puzzle. Por una parte teníamos el perdido quark encanto, necesario para completar la teoría de la interacción débil a través del mecanismo GIM; por otra parte, la cromodinñamica cuántica, con su libertad asintótica, se comportaba tan de acuerdo con las leyes teóruicas, que a muchos les cogió por sorpresa. Al parecer la cromodinámica cuántica no era únicamente un miodelo amplificado: los detalles que hasta aquel momento sólo unos pocos habían tomado en serio, se ajustaban perfectamente a todas las observaciones.

La QCD   es una parte  integral del modelo atómico estándar. El nombre cromodinámica viene del hecho de que las partículas que interactúan a través de la fuerza fuerte tienen una propiedad denominada color, que puede ser dicha como un análogo de carga eléctrica.

Es universalmente aceptada como la teoría fundamental de las interacciones fuertes. La estructura de esa teoría guarda relación con la electrodinámica cuántica (QED). Las interacciones electromagnéticas no diferencian partículas que tengan la misma carga eléctrica. Así, un electrón es un antiprotón –ambos negativos – parecerían ser la misma partícula desde el punto de vista de un fotón, si no fuese por su diferencia de masa entre ambas partículas.

Veltman que era un excéptico empedernido, si se tiene una teoría,  decía, se debería predecir algo y no sólo decir retrospectivamente que todo encaja perfectamente.  Lo cierto era que, para las partículas descubiertas por aquel entonces, se tenía un esquema bastante detallado de las interacciones débil, electromagnética y fuerte. Había una sola cosa que no estaba del todo bien en el esquema: Que por término medio , tres de cada mil mesones K_L se desintegraban en piones, violando así, la conservación de la simetría PC. ¿Qué fuerza sería la responsable de ese fenómeno?

El modelo estándar es una jungla de constantes por determinar: las masas de las partículas, las cargas eléctricas y otros valores. Sin embargo, gracias al modelo estándar podemos conocer casi todas las reacciones que tienen lugar en los aceleradores de partículas. Es adoptar un punto de vista pragmático y conseguir avanzar mientras la física teórica trabaja para encontrar las razones profundas. Por eso es muy habitual en este mundo encontrarse con la constante búsqueda de simetrías y leyes de conservación, porque sencillamente, simplifican mucho las cosas.

En este caso tratamos con una simetría llamada simetría de carga-paridad. Viene a decir que si tenemos una cierta interacción física, si cogemos las ecuaciones que la describen, cambiamos de signo las cargas eléctricas (+q por -q) y cambiamos izquierda por derecha y viceversa (+x por -x, o lo que es lo mismo, ver nuestro sistema en un espejo) nos encontramos con el mismo escenario físico. Vale, las partículas han cambiado y tal, pero la física que ocurrirá ahí es la misma. Dicho así parece muy ad hoc, pero esta simetría la cumplen tanto la interacción fuerte, como la electromagnética como la gravedad (en este caso, la masa no tiene signo y la gravedad no distingue izquierda de derecha, por lo que trivialmente se cumple siempre).

Se propuso la simetría CP al descubrirse en los años 50 que la paridad no era una simetría fundamental. Pero cuando se testeó esta simetría en una interacción débil, la cosa se vino abajo. El primer experimento fue en un núcleo de Cobalto 60 en el año 1956 donde se vió que la interacción débil rompe la simetría de paridad. Esto quiere decir que las reacciones que ocurren con cierta frecuencia en un lado del espejo, no ocurren con tanta frecuencia en el otro.

Por este motivo, se supuso que habría una simetría más general y en 1957 Lev Landau propuso la simetría CP, para hacer que los dos lados del espejo volvieran a ser equivalentes.

El Premio Nobel de Física de 2008 para Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa por el descubrimiento de la conexión entre violación de la simetría CP y la masa en reposo de los quarks más ligeros nos dejó cierto mal sabor de boca. ¿Por qué la asimetría CP es más pequeña de lo necesario? Aparentemente el Modelo Estándar no nos daba la respuesta, aunque ahora Gary Gibbons y sus colaboradores de la Universidad de Cambridge han logrado obtener la respuesta. Es tan pequeña porque las masas de los quarks son pequeñas. ¿Por qué las masas de los quarks más ligeros son tan pequeñas? Nadie lo sabe. Unos misterios se aclaran, otros siguen esperando respuesta.

Pero volvamos a lo que estábamos tratando. La alegría no duró mucho, pues en los años 60 se demostró que era posible romper la simetría CP y esto llevó a ganar el premio Nobel en los años 80 (ya que la teoría suele anteceder a la experimentación).

La violación directa de la simetría CP se observó en una partícula descubierta a finales de los 40 y que trajo al mundo además el descubrimiento de un nuevo tipo de quarks: el extraño (s). Esta partícula (o más bien, familia de partículas) es el kaón. El kaón es un mesón (es decir, una partícula constituida por un quark y un antiquark) formado a partir del quark “up” o el quark “down” y el quark “antiestraño”. Existen de hecho 3 kaones, con carga neutra (down, antistrange + strange, antidown), carga positiva (up, antistrange) y carga negativa (strange, antiup).

El problema es que hace falta una nueva simetría: La Simetría COP en la que se añade un nuevo protagonista: el tiempo. Según esta simetría, además de invertir espacialmente y cambiar la carga por su opuesta, se ve el sistema pulsando el botón de rebobinar. Un espejo de lo más curioso, pero lo cierto es que la simetría CPT tiene todas las papeletas para ser la simetría fundamental, ya que es cumplida por todas las interacciones, que sepamos.

Más aún desde que en 2002 se demostrase (“Data Tables for Lorenztz and CPT Ciolatión”),  Ene 2010, arXiv;) que violar la simetría CPT implica cargarse la invariancia (o covariancia) de Lorentz,  Esta invariancia es uno de los pilares que deben cumplir todas las teorías que pretendan tener sentido físico, aunque luego pueda haber casos de ruptura espontánea de la simetría. Pero la teoría viola Lorentz de entrada, no puede ser válida. Esto es un puntal muy fuerte para la teoría CPT.

Hubo que esperar 40 años, hasta los años 80, en que se relacionara directamente a los kaones con la simetría CP y el problema de la bariogénesis en el universo. Es decir, ¿por qué si hay simetrías por todas partes, el universo está constituido de materia y no de materia y antimateria por partes iguales? ¿Por qué el universo no es una aburrida sopa de fotones?

Claro, si en el inicio del universo se hubiera encontrado la misma cantidad de materia que de antimateria, todo se habría aniquilado haciendo que el universo fuera un gas de fotones de lo más aburrido. Nada de lo que existe, existiría. Pero como de hecho existe, hay que encontrarle explicación. Y en eso consiste el problema de la bariogénesis asimétrica.

Como sea que ocurriera, aunque de hecho hubiera mucha materia y antimateria que se aniquilara, al final la materia venció esta batalla épica que se libró durante la época de Planck.

Pero resulta que no es posible modificar nuestro modelo invocando otro campo de Yang . Mills, Las partículas de espín 1 siempre preservan la simetría PC (¿Podría ser esta la razón por la que la que la simetría PC es tan tenue?.

Se han detectado nuevas partículas que nacen dentro de las enanas blancas de Helio

Podríamos imaginar el efercto que tendría otra partícula de espìn cero, preferiblemente que también sufriera algún tipo de condensación Bose, el resultado sería lo que llamamos la “violación espontánea de PC”. Sin embargo, los modelos resultantes que se obtienen así no son muy populares. Deseamos evitar partículas de espín cero tanto como sea posible, porque añaden muchos parámetros arbitrarios a la interacción. Los modelkos con tales partículas parecen muy artificiales. En si mismo, un argumento de este tipo no es, desde luego, suficiente para escluir una posibilidad, pero ducede que existen alternativas más interesantes.

 Gloshosow            Iliopoulos         Maiani

Recordaréis que Glashow, Iliopoulos y Maiani habían introducido el quarks encanto para entender la estructura simétrica de la interacción débil. Bien, lo que se propuso fue hacerlo de nuevo. Esta vez necesitamos introducir dos quarks más. Los cuatro primeros habían formado pares ( u y d, c y s), con cargas eléctricas + 2/3 y – 1/3. El nuevo par se tenía que parecer a este, pero los nuevos quark podrían fácilmente ser mucho más pesados. Siendo quarks análogos a los “arriba” y “abajo” se llamaron “cima” (t) y “fondo” (b), respectivamente. Pero a veces las mismas letras se utilizan pa<ra darles nombres más poéticos: “verdad” y “belleza”.

Era inevitablemente necesaria una partícula de espín cero para que la interacción débil tuviera las simetrías que tiene a través del mecanismo de Higgs-Kibble. Esta partícula de Higgs se acopla ahora con los quarks y a los leptones para dotarlos de masa. Pero la misma partícula de Higgs también puede producir transiciones entre varios tipos de quarks. Si no existiera interacción débil en absoluto, los qu quarks podrían permanecer en todas clases de estados estables. Es pues, una conspiración entre la interacción débil  y la interacción de Higgs lo que permite muchos tipos de desintegración de los hadrones extraños y con encanto.

Cuanto mayor sea el número de fermiones introducido, más tipos de interacción  puede experimentar el campo de Higgs con esos quarks. Los físicos japoneses Kobayashi y Maskawa escribieron la expresión matemática más general que se puede obtener para las fuerzas. Resultó que uno de los términos de sus ecuaciones no tienen simetría PC, y que ese término sólo aparece si hay, al menos, seis tipos de quarks. Esto hizo que comezaran a buscarse partículas que contuvieran otras especies de quarks.

Podríamos seguir por este camino que hoy he tomado (no muy convencido), sin ver nunca el final de donde podríamos acabar. Hay cuestiones de la Física que me resultan farragosas, espesas, poco diáfanas y que, por mucho que me empeñe, no puedo explicar de manera amena y sencilla que la gente, el posible lector, se involucre en el tema.

Ahora, parece que están anunciando en el LHC que, sobre los primeros días de Julio, se hará el anuncio tan esperado sobre el Bosón de Higgs y, ya veremos en que termina todo esto. La verdad es que, no tengo nada claro muchos de los conceptos que los físicos manejan en la mecánica cuántica y que, no en pocas ocasiones, me dan la sensación de ser, “trucos” ingeniosos que, apoyados por las matemáticas, nos quieren convencer de que el “mundo” es así.

¡Ya veremos en qué queda todo esto!

emilio silvera

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Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) fue un financiero. Estableció un sistema de pesos y medidas que condujo al sistema métrico, vivió los primeros momentos turbulentos de la Revolución Francesa y fue pionero en la agricultura científica. Se casó con una jovencita de catorce años y fue decapitado durante el Terror. Se le ha llamado padre de la química moderna y, a lo largo de su atareada vida, sacó a Europa de las épocas oscuras de esta ciencia.

Una de las primeras aportaciones de Lavoisier surgió cuando éste hizo el experimento de hervir agua durante largos períodos de tiempo. En la Europa del siglo XVIII muchos científicos creían en la transmutación. Pensaban, por ejemplo, que el agua podía transmutarse en tierra, entre otras cosas. Entre las pruebas, la principal consistía en hervir agua en una cazuela: en la superficie interior se formaban residuos sólidos. Algunos científicos proclamaron que esto se debía a que el agua se convertía en un nuevo elemento. Robert Boyle, el gran físico y químico británico del siglo XVII  que llegó al apogeo de su actividad científica cien años antes que Lavoisier, creía en la transmutación. Después de observar cómo crecían las plantas absorbiendo agua, llegó a la conclusión—al igual que muchos antes que él—de que el agua podía transformarse en hojas, flores y bayas. Según dice el químico Harold Goldwhite, de la State University de California, en Los Ángeles, ” Boyle fue un activo alquimista “.

Lavoisier observó que el peso era la clave y que las mediciones eran fundamentales. Puso agua destilada en un hervidor especial en forma de tetera llamado pelícano, un recipiente cerrado con una tapa esférica que tomaba el vapor del agua y lo devolvía a la base del recipiente por dos tubos parecidos a unas asas. Hirvió el agua durante 101 días y encontró un residuo considerable. Pesó l agua, el residuo y el pelícano. El agua pesaba exactamente lo mismo. El pelícano pesaba algo menos, una cantidad exactamente igual al peso del residuo. Por lo tanto, el residuo no era producto de una transmutación, sino parte del recipiente: vidrio disuelto, sílice y otras sustancias.

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Einstein fue el máximo responsable que hizo posible crear la imagen moderna de las leyes de la naturaleza. Desempeñó un papel principal en la creación de la perspectiva correcta sobre el carácter atómico y cuántico del mundo material a pequeña escala, demostró que la velocidad de la luz introducía una relatividad en la visión del espacio de cada observador, y encontró por sí solo la teoría de la gravedad que sustituyó la imagen clásica creada por Isaac Newton más de dos siglos antes que él. Su famosa fórmula de      E = mc² es una fórmula milagrosa, es lo que los físicos definen como la auténtica belleza. Decir mucho con pocos signos y, desde luego, nunca ningún físico dijo tanto con tan poco. En esa reducida expresión de E = mc², está contenido uno de los mensajes de mayor calado del universo: masa y energía, son la misma cosa.

Einstein siempre estuvo fascinado por el hecho de que algunas cosas deben parecer siempre iguales, independientemente de cómo se mueva el que las ve, como la luz en el vacío, c. Él nos dijo el límite con que podríamos recibir información en el universo, la velocidad de c.

La luz recorre la distancia existente entre el el Sol y la Tierra en poco más de ocho minutos, nada podría adelantarla en su caminar

Él reveló todo el alcance de lo que Stoney y Planck simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una constante sobrehumana fundamental de la naturaleza. También sabía el maestro que, en el proceso de nuevas teorías, la búsqueda de la teoría final que incluyera a otras fuerzas de la naturaleza distintas de la gravedad, daría lugar a teorías nuevas y cada vez mejores que irían sustituyendo a las antiguas teorías. De hecho, él mismo la buscó durante los 30 últimos años de su vida pero, desgraciadamente, sin éxito. Ahora se ha llegado a la teoría de supercuerdas que sólo funciona en 10 y 26 dimensiones y es la teoría más prometedora para ser la candidata a esa teoría final de la que hablan los físicos.

El físico espera que las constantes de la naturaleza respondan en términos de números puros que pueda ser calculado con tanta precisión como uno quiera. En ese sentido se lo expresó Einstein a su amiga Ilse Rosenthal-Schneider, interesada en la ciencia y muy amiga de Planck y Einstein en la juventud.

                 Si existen otros universos… ¿Qué constantes podrán tener?

Lo que Einstein explicó a su amiga por cartas es que existen algunas constantes aparentes que son debidas a nuestro hábito de medir las cosas en unidades particulares. La constante de Boltzmann es de este tipo. Es sólo un factor de conversión entre unidades de energía y temperatura, parecido a los factores de conversión entre las escalas de temperatura Fahrenheit y centígrada. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.  Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

En la física las unidades de Stoney forman un sistema de unidades que llevan el nombre del físico irlandés George Johnstone Stoney, que fue el primero que propuso en 1881 el electrón y son el primer ejemplo histórico de unidades naturales, es decir, las unidades de medida diseñado para que ciertas constantes físicas fundamentales sirven de base unidades. El conjunto de constantes que Stoney utiliza como unidades de base es la siguiente:

• Carga elemental, e;
• Velocidad de la luz en el vacío, c;
• Constante gravitacional, G;
• Constante de Coulomb, 1 /.

La interpretación de las unidades naturales de Stoney y Planck no era en absoluto obvia para los físicos. Aparte de ocasionarles algunos quebraderos de cabeza al tener que pensar en tan reducidas unidades, y sólo a finales de la década de 1.960 el estudio renovado de la cosmología llevó a una plena comprensión de estos patrones extraños. Uno de los curiosos problemas de la Física es que tiene dos teorías hermosamente efectivas (la mecánica cuántica y la relatividad general)  pero gobiernan diferentes dominios de la naturaleza.

     Son muchas las maravillas que nos queda por conocer

La mecánica cuántica domina en el micromundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua. Se parece más a una ola delictiva o una ola de histeria: es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

Hay cosas que, siendo auténticas revelaciones de la Naturaleza llegadas a la mente humana, se hacen cotidianas y familiares pero, no por ello dejan de ser asombrosas ni pierden su carácter maravilloso que nos lleva de la mano del asombro hasta los confines más profundos del saber humano como ente pensante componente de un universo mayor, más profundo y con más sentido.

Al contrario de la Mecánica cuántica, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros. Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

La Gravedad cuántica, todavía no es de este mundo y, exige más dimensiones

Pero… ¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son. De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el nombre de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Sus valores no difieren mucho de los de Stoney que figuran en el trabajo siguiente de hoy:

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

La constante de Planck racionalizada (la más utilizada por los físicos), se representa por ћ que es igual a h/2π que vale del orden de 1’054589×10^-34 Julios segundo.

En las unidades de Planck, una vez más, vemos un contraste entre la pequeña, pero no escandalosamente reducida unidad natural de la masa y las unidades naturales fantásticamente extremas del tiempo, longitud y temperatura. Estas cantidades tenían una significación sobrehumana para Planck. Entraban en La Base de la realidad física:

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales cuando sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10^-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck,  10^-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 10³² grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes.

         El Universo es información en forma de energía

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10^-66 cm².  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

emilio silvera

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Reproduzco aquí una parte de un amplio anrtículo: La Nueva Cosmología, que Juan García-Bellido ha escrito y ha siodo publicado por la RSEF, volumen 25 nº 2 que está titulada Partículas elementales y Cosmología I. En estos trabajos, los expertos nos dan cuenta de los adelantos y últimos estudios que, sobre distintas cuestiones se están realizando y los logros que se alcanzan en algunos de ellos.

El fragmento se titula como arriba se reseña y comienza asi:

El gran Colisionador de Hadrones LHC del Laboratorio de Partículas del CERN es sin duda unos de los grandes logros  tecnológicos de la Humanidad. En él se hacen colisionar haces de protones a energías comparables a las que emplea un avión de pasajeros en despegar. El análisis de los productos de estas espectaculares colisiones nos permite conocer la Naturaleza de los constituyentes fundamentales de nuestro universo, buscando entre los “escombros” nuevas partículas aún por descubrir, como el ya famoso -por lo muy esperado- bosón de Higgs, responsable de dar la masa (esto es, inercia) a las partículas conocidas.

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