Ideas sobre el universo



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1. Para empezar una obvia, si la luz de las estrellas que se supone nos va a iluminar se encuentra por el camino un gran obstáculo que no la deja pasar, pues ya nos estamos quedando sin luz. Estos objetos opacos pueden ser grandes nubes de polvo que pueden llegar a tener tamaños superiores al parsec (1 pársec = 206,265 UA Unidades Astronómicas). Sin embargo, esta solución no es perfecta ya que si hay luz golpeando continuamente una nube de gas, ésta acabaría calentándose y emitiendo luz a su vez; con lo que al final seguiría iluminando el cielo.

2. Ahora toca meterse con la Relatividad de Einstein: Quizá el espacio (y la cantidad de estrellas) sea infinito pero no lo es la edad del universo, y puesto que la velocidad de la luz es finita sólo la luz de una cantidad finita de estrellas ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros. Y quizá esta cantidad de estrellas no sean suficientes para iluminar todo el cielo.

3. Más relatividad: El universo se está expandiendo, ésto hace que la luz que emiten las estrellas que están muy lejos vaya perdiendo energía (los físicos decimos que la luz sufre un corrimiento al rojo red shift porque se vuelve más roja al perder energía) y si una onda de luz pierde demasiada energía se vuelve infrarroja (o microondas o radio o..) y nuestro ojo no es capaz de verlo.

Hay varias más que se basan en decir, por ejemplo, que no hay estrellas infinitas o que éstas no están repartidas isotrópicamente en el cielo. Pero las que hemos visto me parecen las más interesantes y las más satisfactorias.

Y por cierto, si alguien piensa que esta paradoja es una chorrada y que tampoco hay tantas estrellas en el cielo como para pensar que podría darse la posibilidad de que todo el cielo brillase con estrellas, quizá debería hacer la siguiente reflexión: Incluso en la parte más remota e inóspita de España la contaminación lumínica es altisima y, por tanto, en casi ninguna parte de España se puede ver el cielo como se veía hace un par de siglos. A continuación os pongo una imagen tomada en una carretera del desierto en Texas, EEUU y que NO ha sido retocada en lo más mínimo:

La teoria de la Relatividad General de Einstein no es que se le escape a la gente de a pie, la mayoria de fisicos tampoco la estudian nunca. Y esto es por dos razones:

1) Al estudiar la gravedad y la estructura del espacio-tiempo es muy complicado hacer experimentos o sacar aplicaciones con ella; y

2) ¡es terriblemente complicada! Esto hace que solo los físicos teóricos la estudien con todas las matemáticas e implicaciones que tiene detrás.


Y la teoría de Cuerdas es mucho peor. Quizá hayas oído que la teoría de la relatividad general (la teoría que trata de explicar las cosas MUY grandes como estrellas, galaxias o el propio universo) no encaja bien con la mecánica cuántica (que es lo que explica las cosas muy pequeñas como moléculas, átomos o partículas),

por desgracia aún no sabemos cómo combinar ambas cosas pero se están haciendo intentos de crear una teoría que las unifique.

EL campo que se encarga de esto se llama Gravedad Cuántica y es lo más complejo que hay en la física,

La mayoría de lo que sale de ahí son teorías locas con infinitas dimensiones, siendo las dos más famosas la Teoría de Cuerdas y la Gravedad Cuántica de Bucles (quiza te suenan de la serie The Big Bang heory).


Una teoría cuántica de la gravedad debe generalizar dos teorías de supuestos y formulación radicalmente diferentes:

  • La teoría cuántica de campos que es una teoría no determinista (determinismo científico) sobre campos de partículas asentados en el espacio-tiempo plano de la relatividad especial (métrica de Minkowski) que no es afectado en su geometría por el momento lineal de las partículas.

  • La teoría de la relatividad general que es una teoría determinista que modela la gravedad como curvatura dentro de un espacio-tiempo que cambia con el movimiento de la materia y densidades energéticas.

La gravedad cuántica es el campo de la física teórica que procura unificar la teoría cuántica de campos, que describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, con la relatividad general, la teoría de la cuarta fuerza fundamental: la gravedad. La meta es lograr establecer una base matemática unificada que describa el comportamiento de todas las fuerzas de las naturalezas, conocida como la Teoría del campo unificado

Las fuerzas fundamentales son 4:


Gravitación: la que tiene lugar entre cuerpos dotados de masa. (es la más general de las fuerzas, pues su influencia afecta incluso a la luz). El comportamiento del universo viene descrito por esta fuerza. Es la más débil de las 4, depende del producto de las masas que se atraen y de la inversa del cuadrado de la distancia. Su alcance, en teoría, es infinito; es decir que vos, con tu masa estás interactuando en todo momento con el universo. La expresión matemática para esta fuerza es:
Fg = G.m(1).m(2)/r² (G es la constante de gravitación universal) por cuestiones de sistemas de referencia, a esta expresión generalmente se la pone con signo negativo.

Fuerza electromagnética: la que se establece entre partículas cargadas. Una partícula con carga (por ejemplo un electrón), genera un campo eléctrico en el espacio, y toda carga que se ubique en ese campo siente una fuerza de tipo eléctrico. La dirección de esta fuerza coincide con la recta que une a las cargas y su sentido depende del signo (si son de igual signo se repelen, y se atraen si tienen distinto signo). Cuando las cargas están en movimiento generan, además del campo eléctrico un campo magnético. Estos campos están unificados mediante unas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell, y se conoce como campo electromagnético. El alcance también es infinito y la forma de la ecuación para la fuerza electrostática es similar a la de la gravedad.


F(e) = k.q(1).q(2)/r² (aquí k es la constante eléctrica).

Fuerza nuclear fuerte. Es la responsable de la estabilidad de los núcleos. En los núcleos atómicos hay partículas con carga positiva (protones) y sin carga (neutrones). Si no existiera esta fuerza, los protones por tener igual carga se repelen y harían estallar el núcleo. Esta fuerza es más potente que la repulsión eléctrica (es la más potente de las cuatro fuerzas) y actúa en la interacción protón - protón; protón con neutrón; y neutrón con neutrón. Su alcance es muy corto, del orden del radio atómico; es decir que para distancias mayores a 10^-15m (aproximadamente) esta fuerza ya no actúa.

Fuerza nuclear débil. Se la llama así por razones históricas, pero en realidad no es una fuerza que "una" o "separe" algo, es la interacción responsable de la desintegración beta de los núcleos. Cuando un neutrón está en un núcleo atómico, es relativamente estable; pero si se lo saca del núcleo se desintegra al cabo de unos 15 minutos generando protón, electrón, antineutrino electrónico y radiación de alta frecuencia. (en otro esquema de desintegración permitido por las leyes de conservación puede generar antiprotón, positrón y neutrino electrónico).

En 1976 se logró unificar esta interacción con la fuerza electromagnética, de modo que hoy podríamos hablar de 3 (en lugar de 4) interacciones fundamentales: gravitación, electrodébil y fuerza nuclear fuerte



Teoría de cuerdas






¿Cómo son las interacciones en el mundo subatómico?: líneas espacio-tiempo como las partículas subatómicas. en el Modelo estándar (izquierda) o Cuerda cerrada sin extremos y en forma de círculo como afirma la teoría de cuerdas (derecha).

Niveles de aumento de la materia:



  1. Materia.

  2. Estructura molecular.

  3. Átomos.

  4. Electrones.

  5. Quarks.

  6. Cuerdas.

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de física teórica que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".

De acuerdo con esta propuesta, un electrón es considerado como un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que desplazarse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.

La siguiente formulación de una teoría de cuerdas se debe a Jöel Scherk y John Schwuarz, que en 1974 publicaron un artículo en el que mostraban que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas" en lugar de partículas puntuales podía describir la fuerza gravitatoria. Aunque estas ideas no recibieron en ese momento mucha atención hasta la Primera revolución de supercuerdas de 1984. De acuerdo con la formulación de la teoría de cuerdas surgida de esta revolución, las teorías de cuerdas pueden considerarse de hecho un caso general de teoría de Kaluza-Klein cuantizada. Las ideas fundamentales son dos:



  • Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.

  • El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.

La inobservabilidad de las dimensiones adicionales está ligada al hecho de que éstas estarían compactificadas, y sólo serían relevantes a escalas pequeñas comparables con la longitud de Planck. Igualmente, con la precisión de medida convencional las cuerdas cerradas con una longitud similar a la longitud de Planck se asemejarían a partículas puntuales.

Desarrollos posteriores

Tras la introducción de las teorías de cuerdas, se consideró la conveniencia de introducir el principio de que la teoría fuera supersimétrica; es decir, que admitiera una simetría abstracta que relacionara fermiones y bosones. Actualmente la mayoría de teóricos de cuerdas trabajan en teorías supersimétricas; de ahí que la teoría de cuerdas actualmente se llame teoría de supercuerdas. Esta última teoría es básicamente una teoría de cuerdas supersimétrica; es decir, que es invariante bajo transformaciones de supersimetría.

Actualmente existen cinco teorías de supercuerdas relacionadas con los cinco modos que se conocen de implementar la supersimetría en el modelo de cuerdas. Aunque dicha multiplicidad de teorías desconcertó a los especialistas durante más de una década, el saber convencional actual sugiere que las cinco teorías son casos límites de una teoría única sobre un espacio de 11 dimensiones (las 3 del espacio, 1 temporal y 6 adicionales resabiadas o "compactadas" y 1 que las engloba formando "membranas" de las cuales se podría escapar parte de la gravedad de ellas en forma de "gravitones"). Esta teoría única, llamada teoría M, de la que sólo se conocerían algunos aspectos, fue conjeturada en 1995.

Variantes de la teoría

La teoría de supercuerdas es algo actual. En sus principios (mediados de los años 1980) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son:



  1. La Teoría de cuerdas de Tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.

  2. La Teoría de cuerdas de Tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitines (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.

  3. La Teoría de cuerdas de Tipo IIB. Difiere de la teoría de tipo IIA principalmente en el hecho de que esta última es no quiral (conservando la paridad).

  4. La Teoría de cuerda heterótica SO(32) (Heterótica-O), basada en el grupo de simetría O(32).

  5. La Teoría de cuerda heterótica E8xE8 (Heterótica-E), basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.

El término teoría de cuerda se refiere en realidad a las teorías de cuerdas bosónicas de 26 dimensiones y la teoría de supercuerdas de 10 dimensiones, esta última descubierta al añadir supersimetría a la teoría de cuerdas bosónica. Hoy en día la teoría de cuerdas se suele referir a la variante supersimétrica, mientras que la antigua se conoce por el nombre completo de "teoría de cuerdas bosónicas". En 1995, Edward Witten conjeturó que las cinco diferentes teorías de supercuerdas son casos límite de una desconocida teoría de 11 dimensiones llamada Teoría-M. La conferencia donde Witten mostró algunos de sus resultados inició la llamada Segunda revolución de supercuerdas.

En esta teoría M intervienen como objetos animados físicos fundamentales no sólo cuerdas unidimensionales, sino toda una variedad de objetos no perturbativos, extendidos en varias dimensiones, que se llaman colectivamente p-branas (este nombre es una aféresis de "membrana").



Controversia sobre la teoría

Aunque la teoría de cuerdas, según sus defensores, pudiera llegar a convertirse en una de las teorías físicas más predictivas, capaz de explicar algunas de las propiedades más fundamentales de la naturaleza en términos geométricos, los físicos que han trabajado en ese campo hasta la fecha no han podido hacer predicciones concretas con la precisión necesaria para confrontarlas con datos experimentales. Dichos problemas de predicción se deberían, según el autor, a que el modelo no es falsable, y por tanto, no es científico,[1] o bien a que «La teoría de las supercuerdas es tan ambiciosa que sólo puede ser del todo correcta o del todo equivocada. El único problema es que sus matemáticas son tan nuevas y tan difíciles que durante varias décadas no sabremos cuáles son».[2]



Falsacionismo y teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas o la Teoría M podrían no ser falsables, según sus críticos.[3] [4] [5] [6] [7] Diversos autores han declarado su preocupación de que la Teoría de cuerdas no sea falsable y como tal, siguiendo las tesis del filósofo de la ciencia Karl Popper, la Teoría de cuerdas sería equivalente a una pseudociencia.[8] [9] [10] [11] [12] [13]

El filósofo de la ciencia Mario Bunge ha manifestado recientemente:

La consistencia, la sofisticación y la belleza nunca son suficientes en la investigación científica.La Teoría de cuerdas es sospechosa (de pseudociencia). Parece científica porque aborda un problema abierto que es a la vez importante y difícil, el de construir una teoría cuántica de la gravitación. Pero la teoría postula que el espacio físico tiene seis o siete dimensiones, en lugar de tres, simplemente para asegurarse consistencia matemática. Puesto que estas dimensiones extra son inobservables, y puesto que la teoría se ha resistido a la confirmación experimental durante más de tres décadas, parece ciencia ficción, o al menos, ciencia fallida.



La física de partículas está inflada con sofisticadas teorías matemáticas que postulan la existencia de entidades extrañas que no interactúan de forma apreciable, o para nada en absoluto, con la materia ordinaria, y como consecuencia, quedan a salvo al ser indetectables. Puesto que estas teorías se encuentran en discrepancia con el conjunto de la Física, y violan el requerimiento de falsacionismo, pueden calificarse de pseudocientíficas, incluso aunque lleven pululando un cuarto de siglo y se sigan publicando en las revistas científicas más prestigiosas.
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