La Física: Nunca dejará de sorprendernos

Claro que tal asunto tampoco es tan fantástico. Muchas veces se ha oído decir que la realidad supera a la ficción y, precisamente en física, el salto cuántico es lo que ocurre cuando en el átomo, un electrón es golpeado por un fotón que le inyecta energía. De forma inmediata, el electrón desaparece del nivel en el que está situado y, sin recorrer la distancia que los separa, aparece de forma simultánea y surgiendo de la nada en un nivel inmediatamente superior al que se encontraba, surgido del vacío tras desaparecer Dios sabe cómo. ¿Quién puede explicar este fenómeno? De momento, nadie.

El electrón es un leptón como el muón y la partícula tau. Tiene una estructura (si en realidad la tiene) que aún no la tenemos resuelta. Si el electrón se considera como una carga puntual, su autoenergía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac. Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio r₀, llamado “radio clásico del electrón”, dado por e²/mc² = 2’82 × 10^–13 cm, donde e y m son la carga y la masa del electrón respectivamente, y c la velocidad de la luz.

Pero volvamos al tema que estábamos tratando sobre las estructuras más pequeñas en el espacio-tiempo que podrían representar “supercuerdas”, o quizá sean hebras de “algodón” atadas unas a otras, como defiende Ashteker y sus seguidores. Otros, como Gerard’t Hooft, creen que las estructuras dominantes en las escalas más pequeñas posibles son agujeros negros microscópicos. En cualquier caso, una conclusión parece inevitable: la cantidad de información que uno puede almacenar en un pequeño trozo de espacio parece ser limitada. Cualquiera que haya trabajado con computadoras sabe que la información se representa por una serie de ceros y unos. Si la “interacción” tiene lugar, los ceros y los unos son reemplazados por otros ceros y unos. ¿Significa esto que el mundo en que vivimos no es nada más que una supercomputadora gigante? Cualquier libro sobre los fundamentos de la mecánica cuántica le dirá que esto es una simplificación exagerada. Las leyes de la mecánica cuántica, leemos, son incompatibles con cualquier explicación “mecánica” de lo que vemos que ocurre en la naturaleza. Nuestro futuro no está determinado a partir del pasado por leyes “deterministas” sin ambigüedad.

Esta afirmación está basada en un experimento imaginario inventado por Einstein, Podolski y Rosen. Es un esquema ingenioso diseñado de forma que la predicción de la mecánica cuántica no es compatible con ninguna teoría determinista. Más tarde, John Bell en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Organización Europea para la Investigación Nuclear, situada en Ginebra, Suiza), convirtió este argumento en un teorema matemático rigurosamente formulado. Así podemos imaginar experimentos para los cuales las leyes de la mecánica cuántica conocidas predicen exactamente lo que se observará, y será imposible, de acuerdo con Bell, reproducir esta predicción con ninguna teoría determinista. Él hizo, sin embargo, una suposición: que la información no se puede propagar con una velocidad superior a la de la luz (este experimento se llevó a cabo, y como todo el mundo esperaba, las predicciones de la mecánica cuántica eran las correctas). Aquí tenemos otro ejemplo de un “teorema de imposibilidad”, un teorema que establece con certidumbre cómo no intentar construir una teoría porque no tendría éxito.

Claro que, sobre este asunto, personalmente soy algo escéptico. No me fío mucho de los teoremas de imposibilidad. Un teorema similar nos dijo una vez que no se debería combinar las simetrías internas entre partículas con sus simetrías espacio-temporales y que, por tanto, sería imposible construir supermultipletes de partículas con espines diferentes. ¿Qué pasa entonces con la supersimetría? ¿No tuvo suficiente éxito la construcción de multiplotes conteniendo diferentes espines? Bien, esa era la letra pequeña del teorema: se había supuesto que no se podía juntar bosones con fermiones. A menudo se olvida mencionar detalles importantes, que de esa manera, injustificadamente, tales teoremas impiden investigar posibilidades importantes.

Los teoremas de John Bell también contienen letra pequeña a la cual, generalmente, se presta poca o ninguna atención. Una de las posibles salidas, como yo lo veo, es una teoría en la cual lo que llamamos “espacio vacío” no está vacío en absoluto, sino que muestra una actividad intensa. Nadie ha podido ni sabido exponer una teoría así, que describa el comportamiento mecánico-cuántico que funcione bien aunque se tengan en cuenta las “fluctuaciones del vacío”. Es difícil, pero sospecho que por ahí existe alguna salida a este dilema.

Si alguna vez se encuentra la teoría del todo, sería un auténtico parangón en la física y uno esperaría que tal hazaña extendiera el uso de nuestros eficaces procedimientos en otras ciencias.

Quizá nadie pueda nunca tener una visión completa de todo el camino desde el comienzo “auténtico”, sin dudas, hasta el final de las estructuras más pequeñas de la materia que puebla el universo y que conforma todo lo que vemos, todo lo que detectamos y también, por qué no decirlo, todo lo que deducimos (materia y energía oscura), pero que aún no hemos sido capaces de encontrar.

Mi opinión (muy personal) es que la Humanidad, con el tiempo, no tendrá problema alguno en ir desvelando todos estos misterios y secretos tan bien guardados por la naturaleza, que por otra parte, si como algunos creen es sabia, a lo mejor considera que aún no estamos lo suficientemente preparados para entregarnos el dominio de fuerzas inmensas de las que, hoy en día, seguramente no sabríamos hacer un uso adecuado.

Pero está claro el hecho irrefutable de que nuestra especie cuenta con enormes ventajas para conseguir todo lo que se proponga. Tenemos emociones, libre albedrío, curiosidad insaciable, vida, disposición al sacrificio del trabajo, ambición, algo de humanidad (en aumento), y en definitiva, todos aquellos requisitos necesarios para alcanzar importantes metas en el futuro lejano. Admiramos la inmensa variedad de las estructuras de nuestro universo. El tamaño del universo entero debe ser expresado en términos de unas 10⁵⁴ longitudes de Planck. Su volumen es ese número elevado al cubo (10¹⁶²). Su edad, alrededor de 10⁵⁴ pasos de tiempo de Planck. Tales números contienen “simplemente” 54 dígitos y por lo tanto, a primera vista, podrían parecer pequeños, pero en realidad son tan tremendamente grandes que hay espacio más que suficiente para todos los hecho milagrosos conocidos y desconocidos por el hombre.

La Humanidad, desde el fuego a la rueda, no ha dejado de hacer descubrimientos uno después de otro, todos muy importantes en su momento y, algunos, muy importantes siempre, incluso cada vez más, ya que el avance del conocimiento ha hecho posible obtener progresivamente más rendimiento del mismo. Cada paso que damos en el camino del saber y del conocimiento nos concede la posibilidad de poder emprender nuevos caminos, de poder hacer nuevas preguntas, de comenzar nuevos trabajos…

He hablado aquí de esos objetos minúsculos a los que llamamos partículas elementales y he tratado de explicar lo que son, cómo se comportan, la función que cada una de ellas tiene (al menos las más importantes) en la constitución de la  materia y sus interacciones con las fuerzas fundamentales del universo. He dibujado gráficos, he reseñado tablas de las partículas con algunas de sus características, y los he separado por las familias que conforman ese minúsculo universo de la mecánica cuántica del átomo.

Los hadrones; bariones y mesones: protones, neutrones, sigma, omega, piones, kaones, etc.

Los quarks: up, down, charmed, strange, top y bottom.

Los leptones: electrón, muón y tau, con sus respectivos neutrinos.

Los bosones mediadores de las fuerzas: gluones, fotón, W⁺, W^–, W⁰ y gravitón.

Todo esto es lo que explica el universo de las partículas y de las fuerzas conocidas como nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnetismo y gravitación, que en una teoría llama “modelo estándar” nos explica el funcionamiento del mundo.

Las supersimetrías, la supergravedad, la teoría de cuerdas, los modelos de teorías gauge de Yang-Mills, los de más altas dimensiones de Kaluza-Klein, Veneziano, John Schwarz, Michael Green, Edward Witten, los gráficos y genialidades de Feynman, el trabajo incansable de investigación de Gerard’t Hooft y de Veltman… y tantos otros.

Todo esto es muy preciado y meritorio, aunque personalmente creo que todo, absolutamente todo, está basado e inspirado en el trabajo de dos personajes primordiales en la física: Planck y Einstein.

Planck, con su cuanto de acción h, en su famosa constante fundamental igual al cociente entre la energía E de un cuanto de energía y su frecuencia υ: E = hυ con su valor que se determinó en 6’626176 × 10^-34 Js que finalmente, en su honor, se llamó “constante de Planck”, y que en cálculos en mecánica cuántica (especialmente en física de partículas) es frecuente utilizar la constante de Planck racionalizada ћ = h/2π = 1’054589 × 10^-34 Js.

Este trabajo de Planck sobre la radiación de cuerpo negro es la base, la primera piedra, de la mecánica cuántica, que posteriormente desarrollaron el propio Einstein, que inspirado en el trabajo de Planck expuso uno propio sobre el efecto fotoeléctrico que le valió el premio Nobel de fisica; y otros físicos eminentes que hicieron crecer la semilla de Planck. Fueron Werner Heisemberg (el padre del principio de incertidumbre), Schrödinger (con su función de ondas, ψ), Dirac, Feynman… y otros que mediante la mecánica cuántica hicieron posible explicar el mundo o universo microscópico del átomo.

Einstein, con su teoría relativista que implica la velocidad de la luz, la masa-energía y nuevos conceptos que nos han demostrado cómo se puede conseguir que el tiempo transcurra más lento si viajamos a gran velocidad, o cómo se puede convertir masa en energía, que son dos aspectos de la misma cosa; o cómo en presencia de grandes masas se distorsiona el espacio-tiempo; o cómo nuestro universo (el que vemos y sentimos) tiene cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal.

De sus ecuaciones de campo de la relatividad general (que es una teoría perfecta de la gravedad) se han deducido cuestiones de inmensa importancia, como la existencia de los agujeros negro y otras muchas que han sido comentadas en este trabajo.

De todas las maneras, como el Universo es dinamico y nuestras mentes tambien, tanto el uno como las otras no dejan de evolucionar y, todo continuara hacia adelante hacia unas cotas del conocimiento del mundo que, si pudieramos ver lo que estara presente dentro de los proximos mil años, seguramente, no lo creeriamos.

emilio silvera

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