Nuestra Mente y la Física

En mecánica cuántica es corriente trabajar con la constante de Planck racionalizada,  (ħ = h/2p = 1’054589×10^-34 Julios/segundo), con su ley de radiación (I_v = 2hc^-2v³/[exp(hv/KT)-1]), con la longitud de Planck, (), con la masa de Planck denotada .

Todo lo anterior son herramientas de la mecánica cuántica que en su conjunto son conocidas como unidades de Planck, que como su mismo nombre indica son un conjunto de unidades, usado principalmente en teorías cuánticas de la gravedad, en que longitud, masa y tiempo son expresadas en múltiplos de la longitud, masa y tiempo de Planck, respectivamente. Esto es equivalente a fijar la constante gravitacional (G), como la velocidad de la luz (c), y la constante de Planck racionalizada (ħ) iguales todas a la unidad.  Todas las cantidades que tienen dimensiones de longitud, masa y tiempo se vuelven adimensionales en unidades de Planck. Debido a que en el contexto donde las unidades de Planck son usadas es normal emplear unidades gaussianas o unidades de Heaviside-Lorentz para las cantidades electromagnéticas, éstas también se vuelven adimensionales, lo que por otra parte ocurre con todas las unidades naturales. Un ejemplo de esta curiosidad de adimiensionalidad, está presente en la constante de estructura fina (2pe²/hc) de valor 137 (número adimensional) y cuyo símbolo es la letra griega a (alfa).

Estas unidades de Planck nos llevan a la cosmología del nacimiento del universo y nos proporciona un marco elegante, coherente y manejable mediante cálculos para conocer el universo remontándonos a los primeros momentos más breves posteriores a la explosión o Big Bang. El tiempo de Planck por ejemplo, expresado por , o lo que es lo mismo, el tiempo que pasó desde la explosión hasta el tiempo de Planck fue de:

0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001 de 1 segundo. En la fórmula, G es la constante universal de Newton, ħ es la constante de Planck racionalizada y c es la velocidad de la luz.

Es una unidad de tiempo infinitesimal, como lo es el límite de Planck que se refiere al espacio recorrido por un fotón (que viaja a la velocidad de la luz) durante una fracción de tiempo de ínfima duración y que es de 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0101 de cm.

Hasta tal punto llegan los físicos en sus cálculos para tratar de adecuar los conocimientos a la realidad por medio del experimento.

Sin embargo, cuando hablamos de estas unidades tan pequeñas, no debemos engañarnos. Precisamente, para tratar de llegar hasta esos límites tan profundos se necesitan máquinas que desarrollan inmensas energías: los aceleradores de partículas, que como el Fermilab o el CERNE, han facilitado a los físicos experimentadores entrar en las entrañas de la materia y descubrir muchos de los secretos antes tan bien guardados.

Desgraciadamente, aún no se han fabricado aceleradores tan potentes como para poder detectar la partícula de Higgs, esa partícula responsable de proporcionar masa a todas las demás partículas. Y, por supuesto, más lejos queda la posibilidad de que podamos construir un acelerador que pudiera alcanzar la energía de Planck, del orden de 10¹⁹ eV (1 eV = 10^-19 julios) = 1’60210×10^-19. Hoy por hoy, ni nuestra tecnología ni todos los recursos que tenemos disponibles si empleáramos todo el presupuesto bruto de todos los países del globo unidos, ni así digo, podríamos alcanzar esta energía necesaria para comprobar experimentalmente la existencia de “cuerdas” vibrantes que confirmen la teoría de Todo.

Ante tal imposibilidad material, los físicos y matemáticos continúan por el camino de la teórica y de las comprobaciones indirectas que, aunque mucho más lenta, está dando muy buenos resultados.

La teoría de supercuerdas que pretende explicarlo todo es muy compleja y se han encontrado cinco versiones distintas.

Todas estas versiones: tipo I, tipo IIA, tipo IIB, heterótica 0 (32) y heterótica E₈×E₈, en realidad son partes de una sola teoría que las une a todas y que provisionalmente se ha dado en llamar teoría M.

Aunque todavía queda mucho trabajo por hacer, hay dos características esenciales de la teoría M que los físicos todavía no han descubierto. En primer lugar, la teoría M tiene once dimensiones (diez espaciales y una temporal). Más o menos del mismo modo que Kaluza descubrió que una dimensión espacial adicional permitía realizar una fusión inesperada de la relatividad general y el electromagnetismo (Einstein-Maxwell), los especialistas en teoría  de  cuerdas  han  constatado  que una dimensión espacial adicional dentro de dicha teoría (la teoría de cuerdas normal tiene nueve dimensiones de espacio y una de tiempo), permite realizar una síntesis profundamente satisfactoria de las cinco versiones de esta teoría.

Los resultados de la segunda revolución de las supercuerdas han demostrado que las 5 terorías de cuerdas forman parte de un solo marco unificado, llamado Teoría M.

Además, esta dimensión espacial adicional no está tirada de los pelos, al contrario; los expertos en teoría de cuerdas que con 11 dimensiones todos los razonamientos anteriores son exactas y que así se pueden completar, demostrando que la dimensión número 11 había pasado desapercibido hasta ahora.

La segunda característica que se ha descubierto respecto a la teoría M es el hecho de que contiene cuerdas vibratorias, pero también incluye otros objetos: membranas vibratorias bidimensionales, burbujas tridimensionales que se ondulan (llamadas “tri-branas”) y además una gran cantidad de otros ingredientes diversos. Como sucede con la undécima dimensión, esta característica de la teoría M se pone de manifiesto cuando los cálculos se liberan de su dependencia de las aproximaciones utilizadas allá por la década de 1.990.

Aparte de estas y otras varias ideas a las que se ha llegado recientemente, gran parte de la verdadera naturaleza de la teoría M sigue siendo un misterio. En realidad, la teoría M de cuerdas es el principal reto que tienen planteado los físicos del siglo XXI, con Edward Witten a la cabeza de todos, abriendo la marcha de un profundo y complejo entramado de conocimientos que, según se cree, nos puede llevar al origen del universo mismo, explicando todos aquellos puntos oscuros que ahora no sabemos comprender y uniendo todas las fuerzas en una sola ecuación maravillosa que responda a todo lo que le podamos preguntar.

Está claro que, la Humanidad siempre tendrá un sueño que cumplir, y, cuando éste sea alcanzado, surgirá otro nuevo que tendremos que perseguir, es nuestra naturaleza que nos empuja a saber, a conquistar los secretos del Universo, y, para ello, nos inventamos herramientas matemáticas que nos lleven por los complejos caminos que, dentro de nuestras mentes, nos forjamos de lo que el Universo es. Sin embargo, no debemos olvidarnos de lo esencial que es, observar lo que es el hombre hoy, para procurar que sea, lo que debe ser mañana.

emilio silvera

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