{"id":4865,"date":"2011-04-21T08:53:22","date_gmt":"2011-04-21T07:53:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=4865"},"modified":"2011-04-21T08:53:22","modified_gmt":"2011-04-21T07:53:22","slug":"%c2%a1la-fisica-siempre-a-vueltas-con-sus-teorias","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/04\/21\/%c2%a1la-fisica-siempre-a-vueltas-con-sus-teorias\/","title":{"rendered":"\u00a1La F\u00edsica! Siempre a vueltas con sus teor\u00edas."},"content":{"rendered":"

Desde su primera edici\u00f3n, \u00e9ste Blog ha participado de forma generosa con el Carnaval de F\u00edsica que comenz\u00f3 hace ahora algo m\u00e1s de un a\u00f1o. Todos los meses se celebra una nueva edici\u00f3n, y, dentro delos margenes que nos podemos permitir, dejamos aqu\u00ed algunos trabajos de Fisica destinados a ese Carnaval. La idea parti\u00f3 de Gravedad Cero, un par de amigos dela Ciencia, y, ahora, estamos celebrando la edici\u00f3n XVII. As\u00ed que, aqu\u00ed dejamos un trabajo de colobaraci\u00f3n con el t\u00edtulo:<\/strong><\/p>\n

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\"Carnaval<\/a><\/p>\n<\/div>\n

\u00a1La F\u00edsica!\u00a0 Siempre a vueltas con sus teor\u00edas.<\/p>\n

Cuando pienso en la teor\u00eda cu\u00e1ntica, que seg\u00fan los datos que tenemos, fue inventada por Max Planck en 1900 (y, desarrollada m\u00e1s tarde por otros muchos como Einstein<\/a>, Heisenberg, Schr\u00f6dinger, Bhor, Feynman, Dirac\u2026) para explicar la emisi\u00f3n de radiaci\u00f3n de cuerpo negro de cuerpos calientes. Todos sabemos que de acuerdo con esa teor\u00eda la energ\u00eda se emite en cuantos, cada uno de los cuales tiene una energ\u00eda igual a h\u0475, donde h es la constante de Planck<\/a> y \u0475 es la frecuencia de radiaci\u00f3n.<\/p>\n

Esta teor\u00eda condujo a la teor\u00eda moderna de la interacci\u00f3n entre materia y radiaci\u00f3n conocida como mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, que generaliza y reemplaza a la mec\u00e1nica cl\u00e1sica y a la teor\u00eda electromagn\u00e9tica de Maxwell.<\/p>\n

En la teor\u00eda cu\u00e1ntica no relativista se supone que las part\u00edculas no son creadas ni destruidas, que se mueven despacio en relaci\u00f3n a la velocidad de la luz y que tienen una masa que no cambia en relaci\u00f3n a la velocidad. Estas suposiciones se aplican a los fen\u00f3menos at\u00f3micos y moleculares y a algunos aspectos de la f\u00edsica nuclear. La teor\u00eda cu\u00e1ntica relativista se aplica a la velocidad de la luz o cerca de ella.<\/p>\n

Muchas veces hemos o\u00eddo hablar de la teor\u00eda cl\u00e1sica de campos cuando los f\u00edsicos describen un campo mediante la f\u00edsica cl\u00e1sica en vez de por la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Algunos ejemplos de teor\u00eda cl\u00e1sica de campos son la electrodin\u00e1mica cl\u00e1sica, descrita por las ecuaciones de Maxwell, y la teor\u00eda general de la relatividad<\/a>, que describe la gravitaci\u00f3n cl\u00e1sica.<\/p>\n

Una teor\u00eda cl\u00e1sica de campos emerge como l\u00edmite de la correspondiente teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos. Para que una teor\u00eda cl\u00e1sica de campos pueda ser aplicada a escala macrosc\u00f3pica es necesario que la interacci\u00f3n sea de largo alcance, como son en electrodin\u00e1mica y en gravitaci\u00f3n, en lugar de ser de corto alcance, como las fuerzas nucleares. La teor\u00eda cl\u00e1sica de campos tambi\u00e9n se utiliza por conveniencia matem\u00e1tica para describir la f\u00edsica de los medios continuos, como los fluidos.<\/p>\n

La teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos es una teor\u00eda mecano-cu\u00e1ntica aplicada a sistemas que tienen en n\u00famero infinito de grados de libertad. En las teor\u00edas cu\u00e1nticas de campos, las part\u00edculas se representan por campos que tienen modos normales de oscilaci\u00f3n cuantizados. Por ejemplo, la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica es una teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos en la que el fot\u00f3n<\/a> es emitido o absorbido por part\u00edculas; el fot\u00f3n<\/a> es el cuanto de campo electromagn\u00e9tico. Las teor\u00edas cu\u00e1nticas de campos relativistas son usadas para describir las interacciones fundamentales entre part\u00edculas fundamentales. Predice la existencia de anti-part\u00edculas y tambi\u00e9n muestra la conexi\u00f3n entre el esp\u00edn<\/a> y la estad\u00edstica que da lugar al Principio de exclusi\u00f3n de Pauli.<\/p>\n

A pesar de su \u00e9xito, no est\u00e1 claro si una teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos puede dar una descripci\u00f3n unificada de todas las interacciones (incluyendo la interacci\u00f3n gravitacional).<\/p>\n

Con esta \u00faltima observaci\u00f3n nos metemos de lleno en lo que entendemos como una teor\u00eda de conjunto o, campo unificado, que relacionar\u00edan las interacciones electromagn\u00e9ticas, gravitaciones, fuertes y d\u00e9biles en un \u00fanico conjunto de ecuaciones.<\/p>\n

En su contexto original la expresi\u00f3n se refer\u00eda s\u00f3lo a la unificaci\u00f3n de la relatividad<\/a> y la teor\u00eda electromagn\u00e9tica cl\u00e1sica. Hasta el momento, no se ha encontrado ninguna teor\u00eda de ese tipo, pero se han realizado algunos progresos en la unificaci\u00f3n de las interacciones electromagn\u00e9ticas y d\u00e9biles en la llamada teor\u00eda electrod\u00e9bil.<\/p>\n

Einstein<\/a> intent\u00f3 derivar la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica a partir de una teor\u00eda de campo unificado, pero ahora se piensa que cualquier teor\u00eda unificada decampo debe comenzar con la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Intentos de construir teor\u00edas unificadas de campos como la supergravedad y la teor\u00eda de Kaluza-Klein<\/a>, han desembocado en grandes dificultades. En el presente no est\u00e1 claro si el marco de una teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos relativista es adecuado para una teor\u00eda unificada de todas las interacciones fundamentales conocidas y las part\u00edculas fundamentales, o si uno debe recurrir a objetos extensos, como supercuerdas o supermembranas.Las teor\u00edas de campos unificados y otras teor\u00edas fundamentales, como lateor\u00eda de supercuerdas<\/a> o lateor\u00eda de supermembranas, son de gran importancia para entender la cosmolog\u00eda, particularmente, el universo primitivo. A su vez, la cosmolog\u00eda impone restricciones sobre la teor\u00edas decampo unificado.<\/p>\n

As\u00ed, nos metemos de cabeza en la teor\u00eda de gran unificaci\u00f3n (GUT) que intenta combinar las interacciones fuertes, d\u00e9biles y electromagn\u00e9ticas en una \u00fanica teor\u00eda gauge<\/a> con un \u00fanico grupo de simetr\u00eda. Hay una serie de teor\u00edas diferentes, la mayor\u00eda de las cuales postulan que las interaciones se unifican a altas energ\u00edas en una \u00fanica interacci\u00f3n (el modelo est\u00e1ndar se obtiene de la GUT como resultado de una simetr\u00eda rota).<\/p>\n

La energ\u00eda por encima de la cual las interacciones son las mismas es del orden de 10\u00b9\u2075 GeV, que es mucho mayor que las que se pueden alcanzar con los aceleradores existentes incluido el LHC. Otras fuentes postulan que, en realidad, lo que unificar\u00eda a todas las fuerzas fundamentales de la Naturaleza s\u00f3lo ser\u00eda una energ\u00eda como la energ\u00eda de Planck, es decir 10\u00b9\u2079 GeV que, est\u00e1 muy lejos de nuestro alcance.<\/p>\n

Una predicci\u00f3n de las GUTs es la existencia de la desintegraci\u00f3n del prot\u00f3n<\/a>. Algunas tambi\u00e9n predicen que el neutrino<\/a> tiene masa no nula. No tenemos evidencias concluyentes de cualquiera de estas dos predicciones por el momento.<\/p>\n

As\u00ed hemos llegado a la teor\u00eda de supercuerdas<\/a>que unificando a todas las interacciones incorpora supersimetr\u00eda<\/a> y en la que los objetos b\u00e1sicos son objetos unidimensionales (supercuerdas). Se piensa que las supercuerdas tienen una escala de longitud del orden de unos 10 \u207b\u00b3\u2075 metros y,como distancias muy cortas est\u00e1n asociadas a energ\u00edas muy altas, tienen una escala de energ\u00eda (lo dec\u00eda antes) del orden de 10\u00b9\u2079 GeV,muy por encima de la energ\u00eda con la cual podr\u00edamos construir el m\u00e1s moderno acelerador, ya que, en la actualidad, no tenemos la capacidad para ello.<\/p>\n

Las cuerdas asociadas a los Bosones s\u00f3lo son consistentes como teor\u00eda cu\u00e1ntica en un espacio de 26 dimensiones; aquella asociada con los fermiones<\/a> s\u00f3lo lo son en un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Se piensa que las cuatro dimensiones microsc\u00f3picas surgen por un mecanismo de Kaluza-Klein<\/a>, estando las restantes dimensiones enrolladas para ser muy peque\u00f1as. Una de las caracter\u00edsticas m\u00e1s atractivas de la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> es que dan lugar a part\u00edculas de esp\u00edn<\/a> 2, que son identificadas con los gravitones<\/a>. Por tanto, una teor\u00eda de supercuerdas<\/a> autom\u00e1ticamente incorpora y contiene una teor\u00eda cu\u00e1ntica dela interacci\u00f3n gravitacional. Se piensa que las supercuerdas est\u00e1 libre de infinitos que no pueden ser eliminados por renormalizaci\u00f3n, que plagan todos los intentos de construir una teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos que incorpore la gravedad. Hay algunas evidencias de que la teor\u00eda de cuerdas est\u00e1 libre de infinitos,pero no hay a\u00fan una prueba definitiva.<\/p>\n

La \u00faltima versi\u00f3n, la m\u00e1s avanzada, es la llamada teor\u00eda M<\/a>, que desarrollada por E.Witten en 11 dimensiones, parece ser (al menos de momento), la m\u00e1s prometedora hacia el futuro. Aunque no hay evidencias directas de las supercuerdas \u00e9stas son compatibles con los hechos experimentales observadosen las part\u00edculas elementales, como la posibilidad de que las part\u00edculas no respeten paridad, lo que en efecto ocurre en las interacciones d\u00e9biles.<\/p>\n

Est\u00e1 claro quela F\u00edsica Moderna, no descansar\u00e1 hasta encontrar una respuesta clara, que de manera sencilla y sin controversia explique el motivo por el cual el Modelo Est\u00e1ndar de la F\u00edsica de Part\u00edculas, no incluye a la Gravedad, y, eso, amigos m\u00edos, no podr\u00e1 tener una contestaci\u00f3n autosuficiente hasta que, en un futuro (m\u00e1s o menos lejano) podamos obtener la fuente de energ\u00eda de Planck (10\u00b9\u2079 GeV) para que, de una vez por todas, podamos verificar experimentalmente, la Teor\u00eda M que, como sab\u00e9is, unifica todas las versiones de esas nuevas teor\u00edas.<\/p>\n

emilio silvera<\/p>\n

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