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teoría del todo Imprimir E-mail

 

En física, una teoría del todo es una teoría que unifica las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza:

  • gravedad
  • fuerza nuclear fuerte
  • fuerza nuclear débil
  • fuerza electromagnética
(Einstein trabajo 30 años de su vida en busca de una única ecuación que resumiera la teoría del todo, la conocida como ecuación maestra), y es el objetivo de las investigaciones en gravedad cuántica. De las diferentes fuerzas la gravedad se explica geométricamente en la teoría de la relatividad general de Einstein mientras que las otras tres fuerzas se explican como expresiones de campos cuánticos. Se han usado otros nombres anteriormente para el concepto de teoría del todo, como son teoría unificada, gran teoría unifícada y teoría de campos unificada. Una teoría del todo es necesaria para explicar fenómenos tales como el big bang o singularidad gravitacional en las que las teorías corrientes de relatividad general y mecánica cuántica no las explican. Motivaciones teóricas para encontrar una teoría del todo incluyen la creencia Platónica de que la naturaleza última del universo es simple y que los modelos corrientes de universo tales como el modelo estándar no pueden ser completados debido a que son demasiado complicados.

Recientemente han surgido dos teorías que podrían algún día evolucionar hacia la mencionada teoría unificada. Una es la Teoría M, una variante de la teoría de cuerdas basada en un espacio de 11 dimensiones. La segunda es la denominada teoría cuántica de bucles que postula que el propio espacio-tiempo estaría cuantizado n_dimensionalmente, algo que por ahora no ha sido demostrado.

Hay que tener en cuenta que la relatividad general, que es la teoría actual cuando se trabaja a gran escala, es una teoría clásica en el sentido de que trabaja, como ya lo hiciera Newton, sobre un espacio-tiempo continuo, es decir, infinitamente divisible.

Einstein pasó los últimos 30 años de su vida persiguiendo en vano esta teoría que es el Santo Grial de la física. El deseó una teoría que pudiera explicar las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan el Universo: la gravedad, el electromagnetismo y las dos fuerzas nucleares (débil y fuerte). Él buscaba una ecuación que pudiera explicar todo, desde el Big Bang, explosiones de estrellas, átomos, etc. El deseo de leer la mente de Dios.

Muchos de sus contemporáneos pensaban en esta idea como absurda o imposible. Pero quizás Einstein ahora está teniendo su venganza (sus pensamientos estaban adelantados en 50 años con respecto a sus colegas de su época). Para la última década, ha habido una gran investigación sobre la combinación de las cuatro fuerzas fundamentales en una sola teoría, especialmente una que puede unir la relatividad general (que explica gravedad) con la teoría del quantum (que puede explicar las dos fuerzas y electromagnetismos nucleares).

El problema es que esa relatividad y la teoría del quantum son contrarios. La relatividad general es una teoría de lo muy grande: galaxias, quasares, hoyos negros, e incluso el Big Bang. Se basa en la flexión de la tela cuadridimensional del espacio y del tiempo. La teoría del quantum, por el contrario, es una teoría de lo muy pequeño, es decir el mundo de partículas subatómicas. Se basa en los paquetes discretos, minúsculos de quanta llamados energía.

Sobre los últimos 50 años, muchas tentativas se han intentado de unir estos contrarios polos, y han fallado. El camino a la teoría unificada del campo, la Teoría del Todo se deja en desorden con los cadáveres de fallidas tentativas.


La llave al rompecabezas puede ser el hiperespacio. En 1915, cuando Einstein dijo que el espacio-tiempo era cuadridimensional y que este era combado y ondulado, él demostró que éste que se doblaba producto de una fuerza llamada gravedad. En 1921, Theodr Kaluza escribió que la ondulación de la quinto dimensión se podría ver como luz. Muchos físicos creen que la luz es creada por la ondulación en espacio-tiempo cinco-dimensional. Pero ¿qué sobre las dimensiones más arriba de 5.

Si agregamos más y más dimensiones, podemos ondularlas y doblar de diversas maneras, de tal modo creando más fuerzas. ¡En 10 dimensiones, en hecho, podemos acomodar las cuatro fuerzas fundamentales!

Realmente, esto no es simple. Yendo a 10 dimensiones, también introducimos un anfitrión de las inconsistencias matemáticas esotéricas (por ejemplo, los infinitos y las anomalías) que han matado a todas las teorías anteriores. La única teoría que ha sobrevivido cada desafío planteado a él se llama la teoría del superfilamento, en la cual este universo 10-dimensional es habitado por filamentos minúsculos.

Esta teoría de la secuencia 10-dimensional nos da una unificación simple, componiendo todas las fuerzas. Como una secuencia del violín, estos filamentos minúsculos pueden vibrar y crear resonancias o notas. Eso explica porqué hay muchas partículas subatómicas: son sólo notas del superfilamento. (esto así parece simple, pero en los años 50 los físicos se ahogaban en una avalancha de partículas subatómicas. Oppenheimer, que ayudó a la construcción de la bomba atómica, incluso dijo que ¡el premio Nóbel debe ir al físico que no descubra una nueva partícula subatómicas ese año!).

Semejantemente, cuando la secuencia se mueve en espacio y tiempo, comba el espacio alrededor de él, apenas como Einstein predijo. Así, en un cuadro notablemente simple, podemos unificar gravedad (como la flexión del espacio causada moviendo secuencias) con las otras fuerzas del quantum (ahora vistas como vibraciones de la secuencia).

Por supuesto, cualquier teoría con esta energía y majestad tiene un problema. Esta teoría, porque es una teoría de todo, es realmente una teoría de la creación. ¡Así, probar completamente la teoría requiere la reconstrucción de la creación!.

Al principio, esto pudo parecer desesperadamente imposible. Pero hay una salida a este problema aparentemente insuperable. Una teoría del todo es también una teoría del diario. Así, esta teoría, cuando está terminada completamente, podrá explicar la existencia de los protones, átomos, moléculas, incluso ADN. La clave es solucionar completamente la teoría y probar la teoría contra las características sabidas del Universo.

Actualmente, nadie en la tierra es bastante inteligente para terminar la teoría. La teoría está perfectamente bien definida, pero, la Teoría del superfilamento es la física del siglo 21 que bajó accidentalmente en el siglo 20. Fue descubierta puramente por accidente, cuando dos físicos jóvenes manoseaban con los dedos a través de un libro de matemáticas. La teoría es de gran alcance, y no estábamos destinados para verla en el siglo 20. El problema es que las matemáticas del siglo 21 no se han inventado todavía.

como las estructuras fractales han aparecido en áreas tan distintas como la distribución de galaxias en el Universo y la propagación de enfermedades infecciosas, es todavía muy pronto para decir si se trata de problemas diferentes que requieren de una explicación particular, o si hay un principio general único que permite explicarlo todo.


¿La luz desviada por el vacío?                                    fernando muñoz sagasta  / 29 abril 2006

Un equipo de físicos de Italia acaba de obtener un fenómeno inédito de rotación de la luz en el vacío bajo el efecto de un campo magnético.

Una prueba de la existencia de una nueva e hipotética partícula resuelve el enigma de la materia negra oculta en el universo.

El efecto, evidenciado por un equipo de investigadores del laboratorio INFN (Instituto Nacional de Física Nuclear) de Legnaro, cerca de Padua, en Venecia, dirigido por Emilio Zavattini (1), es todavía mínimo. Pero el resultado es quizá lo suficientemente importante para confirmar la existencia de nuevas partículas llamadas axiones que constituirían la materia negra, esa masa escamoteada u oculta, que representa una parte importante del universo.

La física clásica afirma que en el espacio reina el vacío. La mecánica cuántica, por su parte, permite teóricamente algunos cambios de la estructura del vacío debidos al efecto de que las partículas pueden aparecer y desaparecer espontáneamente en virtud del famoso principio de incertidumbre de Heinsenberg. Concretamente, un campo magnético intenso podría entonces conferir un índice de refracción al vacío que desviaría la luz o cambiaría su polarización. Los investigadores italianos han trabajado con esta hipótesis a partir de la experiencia bautizada PVLAS Probing vacuum with polarized light(2) [Prueba del vacío con luz polarizada] en el INFN. Principio: un haz de láser atraviesa un campo magnético con una intensidad de 5 Tesla en un espacio vacío y se miden todas las modificaciones de polarización de la luz en una distancia de un metro. El equipo ha realizado más de 44.000 mediciones. Resultados: por una parte, el haz de láser emergente presenta una ligera polarización elíptica; por otra, el vector de polarización sufre una debilísima, pero efectiva, rotación, de menos de una mil millonésima de grado. Según el equipo italiano, el fenómeno de "desviación" por el vacío podría explicarse por la interacción de los fotones con una partícula de tipo axión. Este objeto de escasísima masa, hasta ahora hipotético y supuestamente producido en el interior del sol, es la partícula candidata privilegiada por los físicos para explicar la supuesta existencia de la materia negra en el universo.

El fenómeno constatado en el INFN podría asimismo explicar los efectos astrofísicos en la proximidad de objetos compactos como las estrellas de neutrones: el campo magnético, de hasta 1011 Tesla, sería capaz de desviar la luz de tal manera que se verían entonces varias imágenes diferentes de objetos lejanos. Según los físicos de Lagnaro, este efecto de "lentilla" provocado por el vacío será visible y mensurable próximamente, durante el eclipse del púlsar J037-3039. Su observación probaría la existencia del axión y sería un indicio serio de materia negra.

Pero el eclipse de esta clase más cercano está previsto que se produzca en 2020, lo cual deja tiempo a lo investigadores italianos para afinar sus mediciones del experimento PVLAS.

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