Ayer, cuando hablaba de la T. de cuerdas, al final decía:
Las amplitudes duales, aunque implementaban la idea de democracia nuclear, daban ineludiblemente lugar a un comportamiento de las amplitudes a altas energías mucho más suave del que se observaba en la realidad. Por otro lado los avances formales habían mostrado que la consistencia de la teoría exigía un espacio tiempo de dimensión 26 y que el espectro contenía al menos un taquión (una partícula con masa imaginaria). Estos defectos fueron pronto, parcialmente subsanados, dando lugar a conceptos que han ocupado un papel crucial en la Física de los últimos lustros; estoy hablando de la supersimetría y al renacimiento de las ideas de Kaluza y Klein sobre espacio-tiempo con más de cuatro dimensiones.
Seguiremos hablando de la Teoría de Cuerdas y llegaremos hasta la actual posición que ocupa ésta compleja idea que algunos físicos han venido desarrollando en los últimos cuarenta años y que, nadie sabe en qué pueda desembocar. Muchas han sido las teorías que han sido desarrolladas y, siempre, nos dieron respuestas a cuestiones que, en un principio, ni podíamos imaginar.
Con la llegada de la QCD (Cromo Dinámica Cuántica) quedó de manifiesto que la democracia nuclear era una ilusión resultado de nuestra ignorancia como tantas veces nos ha pasado a lo largo de la historia de la física y de la astronomía. Las resonancias son objetos compuestos, y la teoría fundamental que describe sus constituyentes no se rige por el principio de democracia nuclear sino por un principio distinto: el de libertad asintótica.
Lo que este principio nos dice es que la teoría deviene invariante de escala a distancias muy pequeñas, es decir, a altas energías, y que los constituyentes fundamentales son los grados de libertad de esta teoría conforme. Una manera fácil de entender la diferencia entre “democracia” y “libertad” es analizando el comportamiento de las amplitudes de colisión a altas energías.
El sueño de Einstein es el sueño de la física teórica moderna: unificar la gravedad con las otras interacciones fundamentales de la naturaleza. Un artículo publicado en Nature estudia cómo se ve afectado el electromagnetismo (una teoría gauge abeliana) debido a la existencia de la gravedad. Las constantes de acoplamiento que caracterizan la “fuerza” de las interacciones fundamentales cambian con la energía. A energías muy altas, o distancias muy cortas, las tres constantes convergen entre sí (de forma aproximada en el modelo estándar y de forma exacta en las teorías supersimétricas). Sin embargo, el comportamiento de la gravedad a distancias ultracortas, en el rango entre 10-32 m y 10-35 m, influye o afecta a las constantes de acoplamiento incluso aunque no se conoce la teoría cuántica correcta de la gravedad, ya que dicha teoría solo es necesaria a distancias menores de 10-35 m. El nuevo análisis indica que el efecto de la gravedad sobre las otras interacciones fundamentales podría ser observado a distancias entre 10-33 m y 10-35 m; en concreto se observaría un cambio en el fenómeno llamado libertad asintótica de las constantes de acoplamiento. La idea ya fue propuesta por Robinson y Wilczek, pero el autor, David J. Toms, va más allá en dicho análisis. Para mí ha sido muy sorprendente encontrar un artículo de física teórica “exótica” en una revista tan poco amante de la teoría “pura” como Nature. Espero que sirva de precedente para futuros análisis. Nos ha comentado el artículo el genial Giovanni Amelino-Camelia, “Fundamental physics: Gravity’s weight on unification,” Nature 468: 40–41, 04 November 2010; el artículo técnico es David John Toms, “Quantum gravitational contributions to quantum electrodynamics,” Nature 468: 56–59, 04 November 2010 [acceso gratis al artículo en ArXiv, 5 oct. 2010]. (De Francis (th)E mule Science’s News).
Ocho piezas fáciles de Frank Wilczek
La Libertad Asintótica nos habla de que las fuerzas entre partículas como los Quarks se hacen más débiles a distancias más cortas (es decir, a altas energías) y se anulan a medida que las distancias entre las partículas tienden a cero. Este fenómeno se puede observar en la fuerza nuclear fuerte, entre los quarks que si se alejan los unos de los otros aumenta la fuerza y, cuando se juntan, esta disminuye.
En una versión democrática basada en la teoría de Cuerdas todos los constituyentes tienen un tamaño mínimo igual al de la longitud L de la cuerda (si estamos tratando con resonancias nucleares esta longitud será del orden de su tamaño, es decir 1/Λ(QCD). Como consecuencia de ello la colisión con transferencias de momento mayores que 1/L deberá estar muy suprimida. Por el contrario, la libertad asintótica predice que a estas pequeñas distancias la teoría deviene esencialmente libre y como consecuencia la amplitud es invariante de escala, presentando un comportamiento característico que se conoce como “scaling” de Bjorken. La constatación experimental de este hecho constituyó el primer deceso de la Teoría de Cuerdas.
(Scaling Bjorken se refiere a una importante simplificación en características ampliación de una gran clase de adimensionales cantidades físicas en partículas elementales, sino que sugiere fuertemente que observados experimentalmente partículas de interacción fuerte (hadrones) se comportan como colecciones de punto-como componentes cuando se probaron a altas energías. Una característica de hadrones probaron en experimentos de dispersión de alta energía se dice que la escala cuando se determina no por la energía absoluta de un experimento, pero por adimensionales cantidades cinemáticas, tales como un ángulo de dispersión o la relación de la energía a una transferencia de momento. Debido a que el aumento de energía implica potencialmente resolución espacial mejorada, escalamiento implica independencia de la escala de resolución favorable, y la subestructura por lo tanto eficaz como un punto. Comportamiento de la escala fue propuesta por primera vez por James Bjorken en 1968 para las funciones de la estructura profunda de dispersión inelástica de electrones en nucleones. Esta idea, junto con el concepto contemporáneo de partons propuestas por Feynman, y el descubrimiento experimental de (aproximadamente) comportamiento de escala, junto inspiró la idea de la libertad asintótica, y la formulación de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría moderna fundamental de las interacciones fuertes.)
Ejemplo de estructura de color de un neutrón. Puede observarse la composición de quarks y la carga de color que adopta.
La QCD no sólo se convirtió en la teoría canónica de dichas formas de interacción, sino también en modelo de Teoría Cuántica de campos, dando lugar a lo que se conoce como el paradigma Wilsoniano de definición de una teoría cuántica relativista como aquella que en el ultravioleta, es decir, a pequeñas distancias, deviene invariante conforme.
Este primer deceso de la Teoría de Cuerdas no fue en absoluto definitivo. La Teoría contenía en su interior secretos que una vez convenientemente entendidos la harían renacer con objetivo muy distinto y mucho más ambicioso: ¡convertirse en el paradigma de la Teoría Cuántica de la Gravedad! ¿Cómo fue eso posible?
¿Dónde estará la verdad?
Lo primero que debemos entender es la inevitabilidad de la gravitación en la Teoría de Cuerdas. Una vez conjugamos efectos cuánticos con el carácter extenso de la cuerda aparece inevitablemente en el espectro un gravitón, y es esta inevitabilidad de la gravitación la que nos aporta una comprensión nueva de la escala de longitud de la cuerda. En breves palabras, si parametrizamos por g la amplitud cuántica de que una cuerda se divida en dos y por L la escala de longitud de la misma, nos encontramos conque gL es precisamente la longitud de Planck:
Dicho de otra manera, la constante de Newton G, que define la intensidad gravitatoria, ¡es simplemente (gL)! Y, este hecho, tiene importantísimas consecuencias. En efecto, si la longitud de Planck está definida de manera intrínseca, podemos asociar, sin salirnos de la propia teoría, con cualquier modo de vibración de la cuerda de masa M su radio gravitacional, o, si se prefiere, su tamaño gravitatorio: R(M) = MG. Una vez hacemos esto aparece de manera inmediata una masa o energía crítica por encima de la cual el modo de vibración de la cuerda adquiere un tamaño gravitacional mayor que su propia longitud.
Este modo de vibración se ha convertido en ¡un agujero negro! Dicho con otras palabras, cuando profundizamos en el ultravioleta llega un momento en el que las excitaciones de la cuerda no nos desvelan una estructura de constituyentes más elementales sino algo completamente nuevo, a saber: agujeros negros cuyo tamaño en vez de disminuir con la energía aumenta. El paradigma de teoría cuántica de campos Wilsoniana caracterizado por la libertad asintótica, en suma por unos constituyentes casi libres, se transforma, en la Teoría de Cuerdas, en una oscuridad asintótica controlada por agujeros negros. En otras palabras, la cuerda, de manera inevitable, se completa en el ultravioleta gravitacionalmente sin desvelar una subestructura Wilsoniana de constituyentes más fundamentales regidos por alguna teoría conforme.
Es importante que apreciemos que la manera en la que la teoría se completa en el ultravioleta no es en término de un espectro nuevo, como podrían ser los quarks y gluones en el caso de la QCD, sino en término de objetos, como son los agujeros negros, cuya definición no nos exige en ningún momento invocar nuevos grados de libertad, sino tan solo la propia dinámica de la teoría.
Así, la Teoría de Cuerdas es una teoría cuántica cuya física en el ultravioleta profundo, a distancias más pequeñas que la propia longitud de la cuerda, está dominada por agujeros negros clásicos. ¿Cómo derivar estos comentarios a un principio rector y definitorio de la Teoría?
No, la potencia utilizada en estas colisiones, no dejan ver las cuerdas que, están mucho más allá de las energías que ahora podemos utilizar
Hay que conseguir que se puedan hacer consistentes los principios de la Mecánica Cuántica con nuevos postulados: el de la existencia de una longitud mínima. Cuando intentamos combinar estos dos principios de una manera consistente nos encontramos con una teoría en el ultravioleta, es decir, más allá de la longitud mínima, debe poder ser descrita no en términos de constituyentes más primitivos sino necesariamente en términos de configuraciones o entidades de la propia teoría cuyo tamaño efectivo es necesariamente mayor que la longitud mínima. Esta descripción “infrarroja” (grandes distancias) del mundo ultravioleta es lo que se conoce como correspondencia UV/IR y es el corazón de la celebradísima e importantísima correspondencia descubierta hace ya más de diez años por Juan Maldacena.
Juan Maldacena ha realizado importantes avances relacionados con la teoría de cuerdas, un marco de unificación teórica de los dos grandes pilares de la física contemporánea: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general, de Einstein. Maldacena ha propuesto una relación sorprendente entre dos sistemas aparentemente diferentes:
La teoría de cuerdas IIB propagándose en un espacio-tiempo con una geometría dada por el producto de un espacio anti de Sitter 5-dimensional y una 5-esfera.
Una teoría cuántica de campos en 4 dimensiones con simetría gauge SU(N) y supersimetría N=4.
Su descubrimiento es conocido como “la conjetura de Maldacena”, la “correspondencia AdS/CFT” o la “correspondencia gauge/cuerda”. Se trata de una relación explícita del principio holográfico (de ´t Hooft y Susskind), que relaciona una teoría con interacciones gravitacionales con una teoría sin gravedad y en un número menor de dimensiones. Tiene profundas implicaciones para el estudio de la gravedad cuántica. Por ejemplo, la correspondencia permite en principio estudiar la descripción microscópica y la dinámica de un agujero negro, y el problema de la pérdida de información en agujeros negros, utilizando el punto de vista dual de un proceso en una teoría cuántica de campos. Esto implica automáticamente que la formación y evaporación de agujeros negros es un proceso descrito de forma unitaria en mecánica cuántica, y que la información no se pierde al caer a un agujero negro. Por otro lado, la correspondencia tiene también aplicación al estudio de fenómenos de interacción fuerte en teorías gauge mediante el dual gravitacional. De hecho, el uso de técnicas basadas en la correspondencia AdS/CFT han supuesto nuevos puntos de vista sobre problemas de QCD como el del confinamiento, y están encontrando aplicación en el análisis de las propiedades del plasma de quarks-gluones, experimentalmente obtenido en el experimento RHIC.
La propuesta de esta correspondencia por parte de Maldacena, y su amplia y profunda investigación sobre sus diversas ramificaciones, le han significado un reconocimiento mundial de la comunidad científica.
Lo cierto es, amigos míos que, entre unos pensadores y otros, vamos acercándonos más y más al saber del mundo. Hemos desvelado importantes secdretos del mundo mágico de las galaxias en el Universo, y, posiblemente, habiendo podido desvelar también, ese otro “mundo” no menos maravilloso de lo muy pequeño donde se encuentra el ámbito de los átomos, no podemos dudar de que, en el futuro, también sabremos llegar a esas cuerdas vibrantes que, de ser cierto que están ahí, nosotros las podremos encontrar, toda vez que, como tenenmos más que demostrado, imaginación no nos falta.
Para finalizar el trabajo de César Gómez, en el que se pregunta qué es la teoría de cuerdas, habrá que cerar con sus mismas palabras:
“De esta forma alcanzamos lo que podría ser una primera definición de la Teoría de Cuerdas: una teoría cuántica con una longitud fundamental mínima. Pero para entender el siggnificado profundo de esta definición deberemos aproximarnos a ella como lo hacemos cuando Einstein nos desveló que la teoría de la Relatividad es una cinemática con una velocidad fundamental máxima. Lo esencial no es entender desde una perspectiva galileana -sobre la base de complicados modelos de éter- cómo es que la de la luz puede ser la velocidad máxima. Lo crucial es postular que es máxima y acomodar la Cinemática y el propio espacio-tiempo a este postulado.
Ciertamente creo que existe un mínimo para todo:
Existe una unidad mínima de tiempo posible, y es o,0000000000000000000000000000000000000000001 seg. Bueno, lo que se conoce como Tiempo de Planck. Sus Unidades, las unidades de Planck, son las que marcan el límite de nuestras teorías, nunca nadie, ha podido sobrepasar lo que miden esas unidades de espacio, masa, tiempo…
Así, continúa diciendo César, al decir que hay una longitud mínima no se trata de explicar desde una perspectiva Wilsoniana cómo surge esta escala o por qué es mínima, sino postular la existencia de una longitud mínima y deducir de ello un paradigma no Wilsoniano de Teoría Cuántica. Y es esto lo que la Teoría de Cuerdas intenta conseguir desde su primer deceso.
Quizás la clave última de la respuesta es que la propia Longitud de Planck es una longitud mínima e intentar entender esta afirmación como un postulado en pie de igualdad con el postulado relativista sobre la imposibilidad de una velocidad mayor a la de la velocidad de la luz en el vacío. “La Velocidad de la Luz y la Longitud de Planck, definen cotas en la teoría de la información; en un caso a la velocidad de transmisión y en el otro a la capacidad de almacenamiento.”
Lo cierto es que, la primera expresión de las TC’s fue desarrollada por Jöel Scherk, de París, y John Schwuarz, del Instituto de Tecnología de California, quienes en el año 1974 publicaron un artículo en el que demostraban que la TC podía describir la fuerza gravitatoria, pero sólo si la tensión en la cuerda se tensiometrara alrededor de un trillón de toneladas métricas. Las predicciones de la teoría de cuerdas serían las mismas que las de la relatividad general a escala de longitudes normales, pero diferirían a distancias muy pequeñas, menores que una trillonésima de un cm. Claro está, que en esos años, no recibieron mucha atención por su trabajo.
Esta figura muestra el suceso con los dos chorros hadrónicos más energéticos grabado por CMS en el LHC Run 2 hasta ahora. La masa invariante alcanza 7,7 TeV. Gracias a sucesos tan energéticos, CMS excluye la existencia de las resonancias predichas por la teoría de cuerdas con una masa inferior a 7,4 TeV en las búsquedas basadas en colisiones con dos chorros hadrónicos.
Fuente: Ciencia de la Mula Francis
Ahora se buscan indicios de la teoría de cuerdas en los grandes aceleradores de partículas donde parece que algunos indicios nos dicen que se va por el buen camino, sin embargo, nuestros aceleradores más potentes necesitarían multiplicar por un número muy elevado su potencia para poder, comprobar la existencia de las cuerda situadas a una distancia de 10-35 m, lugar al que nos será imposible llegar en muchas generaciones. Sin embargo, en las pruebas que podemos llevar a cabo en la actualidad, aparecen indicios de una partlicula de espín 2 que todos asocian con el esquivo Gravitón, y, tal indicio, nos lleva a pensar que, en la teoría de supercuerdad, está implícita una Teoría Cuántica de la Gravedad.
Bueno, buscamos las cuerdas y aún, no henmos encontrado el Gravitón
Los motivos que tuvo la comunidad científica, entonces, para no brindarle la suficiente atención al trabajo de Scherk y Schwuarz, es que, en esos años, se consideraba más viable para describir a la interacción fuerte a la teoría basada en los quarks y los gluones, que parecía ajustarse mucho mejor a las observaciones. Desafortunadamente, Scherk murió en circunstancias trágicas (padecía diabetes y sufrió un coma mientras se encontraba solo en su estudio). Así, Schwuarz se quedó solo, en la defensa de la teoría de cuerdas, pero ahora con un valor tensiométrico de las cuerdas mucho más elevado.
Pero con los quarks, gluones y también los leptones, en la consecución que se buscaba, los físicos entraron en un cuello de botella. Los quarks resultaron muy numerosos y los leptones mantuvieron su número e independencia existencial, con lo cual seguimos con un número sustancialmente alto de partículas elementales (60), lo que hace que la pregunta ¿son estos los objetos más básicos?
Los físicos creen que no, que son las cuerdas vibrantes los objetos más pequeños que componen la materia. Claro que, del dicho al hecho… ¡va un largo, largo, largo, muy largo trecho!
Licenciada en Historia, máster en Periodismo y Comunicación Digital. Redactora en Ok Diario. Cuento historias, soy amante de los astros, sigo a la luna, los TT de Twitter y las tendencias en moda. Experta en noticias de consumo, lifestyle, recetas y Lotería de Navidad.
Publicado en O.K. Diario
Parece que las Islas Canarias t las Costas occidentales de Andalucía son las que están en peligro
La llegada de un tsunami a España ya tiene fecha, hay una serie de ciudades que serán las más afectadas. El futuro del planeta es incierto, los expertos hablan de un cambio que puede acabar con la humanidad tal y como la conocemos. Volvemos a cambiar de ciclo o al menos de forma en la que afrontamos el futuro climático, acelerado o no por el hombre, la Tierra ha sufrido una serie de episodios que debemos conocer. Los científicos están muy pendientes de una serie de elementos que van llegando con fuerza.
Habrá una serie de ciudades que se verán afectadas y que pueden acabar siendo las costas las que peor sufran este cambio climático que ya se está materializando. Parecerá que el tiempo juega en nuestra contra cuando descubramos que zonas que hasta hace no mucho estaban al margen de cualquier alerta, sufren las consecuencias de un posible tsunami. Algo que podemos percibir en verano, y no solo ante la llegada de grandes cambios personales, a los que nos enfrentamos, es ese aumento del nivel del mar, que se relaciona con ese aumento de las temperaturas que empezamos a ver llegar.
Los expertos ponen fecha para la llegada de un tsunami a España
En 2011 pudimos ver los efectos devastadores de un tsunami en una isla, que está preparada para hacer frente a todo tipo de terremotos. Japón se quedó en shock, y el resto del mundo también, al ver casi en directo de qué eran capaces unas olas devastadoras que se originaron después de un terremoto.
Los efectos de este tipo de fenómeno natural que puede acabar con gran parte de nuestras principales ciudades. Teniendo en cuenta que estamos en una península, el agua nos rodea y puede acabar siendo más peligrosa de lo que nos imaginamos. Por lo que, es importante empezar a pensar en qué puede pasar si se repiten las circunstancias que originaron uno de los peores terremotos que el mundo ha conocido.
España podría ser una de las zonas más afectadas de un tsunami que ya puede tener fecha. Según los últimos estudios que se han puesto sobre la mesa, estamos en una zona amenazada por unas olas y un nivel del mar que puede acabar siendo el que marque una diferencia importante. Sin duda alguna estamos ante un riesgo que hay que conocer.
Estas serían las ciudades afectadas en España por un posible tsunami
El estudio ‘Probabilistic Tsunami in the Mediterranean Sea’ no deja lugar a duda: «La estimación de la probabilidad de ocurrencia de desastres naturales es fundamental para establecer estándares de construcción y, en términos más generales, priorizar los esfuerzos de mitigación de riesgos. El peligro de tsunami en la región mediterránea se ha estimado tradicionalmente considerando los llamados escenarios “más creíbles” de impacto de tsunami para regiones geográficas limitadas, pero se ha prestado poca atención a la probabilidad de un escenario determinado. Aquí presentamos la primera estimación probabilística del peligro de tsunami generado por terremotos para todo el mar Mediterráneo. Estimamos la probabilidad anual de exceder una amplitud de tsunami dada en cualquier ubicación costera de la región aplicando una técnica basada en Monte Carlo. Las tasas de actividad sísmica se estiman a partir de la sismicidad observada, y el impacto del tsunami se deriva de escenarios deterministas de propagación de olas de tsunami. El mayor peligro se encuentra en el Mediterráneo oriental debido a los terremotos a lo largo del Arco Helénico, pero la mayor parte de la costa mediterránea es propensa al impacto de tsunamis. Nuestro método nos permite identificar las principales fuentes de peligro de tsunami en cualquier ubicación determinada e investigar el potencial para emitir alertas de tsunami oportunas. Hemos comprobado que la probabilidad de que en los próximos 30 años se produzca una ola de tsunami de más de un metro de altura en algún lugar del Mediterráneo es cercana al 100%. Esto subraya la urgente necesidad de contar con un sistema de alerta de tsunamis en la región».
Siguiendo este mismo estudio, las zonas más vulnerables ante este tsunami que llegará en los próximos 30 años serán las Islas Canarias y la vertiente occidental de Andalucía. Por lo que muchas ciudades de estas partes de España están empezando a elaborar planes de evacuación y de emergencias que ya contemplan el tsunami como posible causa de activación de las alertas por desastres naturales.
El futuro estará marcado por este fenómeno que, según este estudio publicado en 2012 estaría a la vuelta de la esquina, de hecho, sería uno de los elementos por los que debemos preocuparnos durante la próxima década. Especialmente si el clima no cambia y seguimos con unos problemas ambientales que acabarán siendo una realidad. El futuro no parece que traiga buenas noticias siguiendo las teorías de estos científicos.
Bueno esa es “la noticia” que aparece en la prensa de hoy, y, me pregunto sino deberían ser más exigentes y pedir datos y certezas de estas publicaciones: Un estudio de hace más de 10 años se titula: ‘Probabilistic Tsunami in the Mediterranean Sea’ , aparece ahora metiendo el miedo en el cuerpo al personal, y, por esa misma vía, podríamos decir que en los próximos 20 años más de 50 volcanes del planeta s4e pondrán en erupción y causaran daños irreparables.
Dicho esto… ¿Quién vendrá dentro de 30 o de 20 años a pedir explicaciones si nada de eso sucede. Además, lo adornan con el arrojadizo “Cambio Climático”, ese cuento que nos lanzan a la cabeza como si el planeta no hubiera sido un continuado cambio a lo largo de su existencia.
¿Qué puede haber un Tsunami?
¿Qué los cambios del planeta son continuados a lo largo del Tiempo?
¿Qué en cualquier momento las placas tectónicas pueden hacer de las suyas y cambiar la faz del planeta en algunas regiones?
¿Qué la actividad volcánica aumentará?
¿Qué regiones hoy fértiles se convertirán en eriales?
Todo eso y mucho más y, nada se eso quiere decir que “el Cambio Climático” sea responsable de todo lo que pase y, sobre todo, que esté inducido por la Humanidad, cuando en realidad, todos esos cambios son debidos a proc4esos naturales en los que nosotros… ¡No tenemos la menor posibilidad de influir!
Claro que, en unos miles de millones de años el Sol se convertirá en Gigante roja, y, Andrómeda vendrá a fusionarse con la Vía Láctea… ¿Tenemos nosotros la culpa?
Un grupo de amigos científicos que, discuten sobre un tema que desconocen
Ellos (los de la imagen), hablan del contenido del núcleo atómico como si hubieran tenido la posibilidad de visitar aquel lugar fantástico, como si pudieran haber visto todo lo que allí está pasando, como si sus ojos asombrados hubieran podido contemplar como los Gluones mantienen confinados a los Quarks dentro de los nucleones, y, cómo la fuerza nuclear fuerte impide que que los Quarks se separen.
En realidad, todo eso, solo lo pueden deducir e imaginar de los indicios que captan en las investigaciones con aceleradores de partículas, ya que, el núcleo atómico que es una parte de cien mil del átomo, es una maravilla de la Naturaleza que debemos continuar investigando y, en el ,futuro, cuando los conocimientos técnicos y más avanzado de la mecánica cuántica lo permitan, podremos saber, a ciencia cierta, lo que realmente hay ahí dentro de tan infinitesimal espacio.
Hoy en día puede que la posición de la Tierra no nos cause conflicto alguno, sin embargo, hubo un tiempo en que esta cuestión ocasionó severos castigos. Para claro ejemplo de ello tenemos a Galileo Galilei cuya aseveración de un sistema heliocéntrico le costó audiencias frente a la Santa Inquisición y un arresto domiciliario que duró hasta el último día de su vida. Pero no fue él quien estableció esta idea como una posibilidad, Aristarco de Samos en el siglo III a.C., ya se había planteado un sistema donde la Tierra no era el centro. Pero su teoría no obtuvo gran impacto hasta que el matemático Nicolás Copérnico estableció el principio que ahora forma parte básico de la astronomía.
El “Principio Copernicano”, invocado frecuentemente en la Cosmología moderna, insiste en la homogeneidad del Universo, negando cualquier primacía de posición o propiedades asociadas con la existencia humana. Si miramos por ahí, en cualquier sitio podremos leer: “En cosmología física, el principio de Copérnico, llamado así en honor a Nicolás Copérnico, es un principio que postula que nuestro planeta -la Tierra- no ocupa ninguna posición central favorecida. Recientemente, el principio fue generalizado hacia el concepto relativista que enuncia: «los humanos no somos observadores privilegiados del universo»; en este sentido, es equivalente al principio de mediocridad, con importantes implicaciones en la filosofía de las ciencias.”
Lo cierto es que, miremos hacia donde miremos y por muy lejos que esté el lugar que podamos observar, por lo general y exceptuando regiones locales en las que puedan hallarse objetos singulares, en todas partes existen las mismas cosas, funcionan las mismas leyes, podemos medir las mismas constantes y ver las mismas nebulosas, mundos, estrellas y galaxias con inmensos espacios vacíos entre ellas, es la tónica de un Universo en expansión que tratamos de conocer.
El principio toma su nombre de la propuesta de Copérnico (ya anteriormente formulada por Aristarco) de desplazar a la Tierra de la posición central ocupada en el sistema de Tolomeo, aunque tal centralidad se debiese a la falta de paralaje estelar y no a una sobrevaloración de nuestra existencia en el planeta.
El paso siguiente lo dio Shapley hace un siglo, al mostrar que tampoco el Sol ocupa el centro de la Vía Láctea. Finalmente, el Universo “finito pero ilimitado” de Einstein niega la posibilidad de encontrar un centro en su volumen tridimensional, y afirma la equivalencia de posición de todos los puntos del espacio. No tiene sentido preguntar dónde estamos en el continuo expandirse de un Universo que contiene probablemente más de 100.000 millones de galaxias, y que vuelve a la insignificancia aun la majestuosa estructura de la Vía Láctea, nuestra ciudad cósmica.
Sin embargo, a partir de la década de los años 30, se da una reacción interesante, que afirma, cada vez con argumentos más fuertes y detallados, que el Hombre está en un tiempo y un lugar atípicos y privilegiados en muchos respectos, que obligan a preguntarnos si nuestra existencia está ligada en un modo especial a características muy poco comunes en el Universo. Esta pregunta adquiere un significado especial al considerar las consecuencias previsibles (según las leyes físicas) de cualquier alteración en las condiciones iniciales del Universo. Con un eco de las palabras de Einstein: ¿tuvo Dios alguna alternativa al crear?. No solamente debemos dar razón de que el Universo exista, sino de que exista de tal manera y con tales propiedades que la vida inteligente puede desarrollarse en él. Tal es la razón de que se formule el Principio Antrópico, en que el Hombre (entendido en el sentido filosófico de “animal racional”, independientemente de su hábitat y su morfología corporal) aparece como condición determinante de que el Universo sea como es.
Escenas cotidianas como la de arriba… ¿En cuantos mundos se podrían contemplar?
Son tantas las galaxias cuajadas de mundos y estrellas que, la vida inteligente estará por todas partes. El problema está en las inmensas distancias que nos separan, y, a veces me pregunto… ¿No será algo hecho a propósito para alejarnos a los unos de los otros?
Las primeras sugerencias de una conexión entre vida inteligente y las propiedades del Universo en su momento actual aparecen en las relaciones adimensionales hechas notar por Eddington: la razón de intensidad entre fuerza electromagnética y fuerza gravitatoria entre dos electrones, entre la edad del Universo y el tiempo en que la luz cruza el diámetro clásico de un electrón, entre el radio del Universo observable y el tamaño de una partícula subatómica, nos da cifras del orden de 10 elevado a la potencia 40. El número de partículas nucleares en todo el cosmos se estima como el cuadrado de ese mismo número (1080). ¿Son éstas coincidencias pueriles o esconden un significado profundo?. La hipótesis de los grandes números sugiere que el Hombre solamente puede existir en un lugar y momento determinado, cuando tales coincidencias se dan, aunque no se avanza una explicación de estas relaciones.”
Una versión más especulativa, el principio antrópico fuerte, asegura que las leyes de la física deben tener propiedades que permitan evolucionar la vida. La implicación de que el universo fue de alguna manera diseñado para hacer posible la presencia de la vida humana hace que el principio antrópico fuerte sea muy controvertido, ya que nos quiere adentrar en dominios divinos que, en realidad, es un ámbito incompatible con la certeza comprobada de los hechos a que se atiene la ciencia, en la que la fe, no parece tener cabida. Por otra parte, pensar en nosotros como los únicos seres inteligentes de un inmenso universo… ¿Dónde nos dejaría tal pensamiento? ¿Qué inteligencia demostraríamos?
Grupo Local de galaxias
Supercúmulo de Virgo
Las mismas fuerzas y constantes actúan en las galaxias del Grupo Local y en el supercúmulo de galaxias de Virgo, y, en todas ellas, están presentes los mismos materiales, es decir, los elementos de la Tabla Periódica. En aquellos mundos que, como en la Tierra, se den las condiciones necesarias, allí estarán presentes formas de vida que ni podemos imaginar, unas inteligentes y otras no pero… ¡Vida al fin y al cabo!
Es decir, el problema del ajuste fino significa que las constantes fundamentales de un modelo físico para el universo deben ser ajustados de forma precisa para permitir la existencia de vida. Sobre estas constantes fundamentales no hay nada en la teoría que nos indique que deban tomar esos valores que toman. Podemos fijarlas de acuerdo con las observaciones, pero esto supone fijarlas de entre un rango de valores colosal. Esto da la impresión de cierta arbitrariedad y sugiere que el universo podría ser una realización improbable entre tal rango de valores. He ahí el problema.
El principio antrópico nos invita al juego mental de probar a “cambiar” las constantes de la Naturaleza y entrar en el juego virtual de ¿Qué hubiera pasado si…?
La correspondencia entre las formas del universo, del macrocosmos y del microcosmos, nos hace pensar en una correspondencia de las funciones. Es decir, a diferentes escalas, tal vez a diferentes niveles evolutivos, todas las cosas parecen operar bajos los mismos principios y manifestar una interconectividad que llena de asombro y “refleja” una enorme belleza en su arquitectura cósmica.”
¿Habrá una consciencia cósmica?
Especulamos con lo que podría haber sucedido si algunos sucesos no hubieran ocurrido de tal o cual manera para ocurrir de esta otra. ¿Qué hubiera pasado en el planeta Tierra si no aconteciera en el pasado la caída del meteorito que acabó con los dinosaurios? ¿Habríamos podido estar aquí hoy nosotros? ¿Fue ese cataclismo una bendición para nosotros y nos quitó de encima a unos terribles rivales?
Fantasean con lo que pudo ser…. Es un ejercicio bastante habitual; sólo tenemos que cambiar la realidad de la historia o de los sucesos verdaderos para pretender fabricar un presente distinto. Cambiar el futuro puede resultar más fácil, nadie lo conoce y no pueden rebatirlo con certeza. ¿Quién sabe lo que pasará mañana? A pesar de la gran imaginación de los escritores de ciencia ficción, el pasado es inamovible y el futuro impredecible. ¡Depende de tantas variables!
Lo cierto es que estamos confinado en este pequeño mundo en el que tenemos motivos para no aburrirnos, y, desde él, miramos hacia la inmensidad en la que estamos inmersos y tratamos de comprender.
Siempre estamos imaginando el futuro que vendrá. Los hombres tratan de diseñarlo pero, finalmente, será el Universo el que tome la última palabra de lo que deba ser. Por mucho que nosotros nos empeñemos, las estructuras del Universo nunca podrán ser cinceladas por nuestras manos ni por nuestros ingenios, sólo las inmensas fuerzas de la Naturaleza pueden transformar las estrellas, las galaxias o los mundos… lo demás, por muy bello que pudiera ser, siempre será lo artificial.
Lo que ocurra en la naturaleza del universo está en el destino de la propia naturaleza del cosmos, de las leyes que la rigen y de las fuerzas que gobiernan sus mecanismo sometidos a principios y energías que, en la mayoría de los casos, se pueden escapar a nuestro actual conocimiento.
No importa cuán atentamente miremos por la ventana de la moderna nave espacial la imagen de la Tierra, su futuro es incierto. Conocemos lo probable pero no lo imprevisto. Por mucho que profundicemos en nuestras mentes, nunca podremos saber lo que mañana pasará, el futuro no existe, es algo por llegar y, aunque podemos formular teorías de lo que será…sólo serán eso, teorías.
Lo que le pueda ocurrir a nuestra civilización, además de estar supeditado al destino de nuestro planeta, de nuestro Sol y de nuestro Sistema Solar y la Galaxia, también está en manos de los propios individuos que forman esa civilización y que, con sensibilidades distintas y muchas veces dispares, hace impredecibles los acontecimientos que puedan provocar individuos que participan con el poder individual de libre albedrío otorgado en ese plano político a quien no siempre lo merece. Todos sabemos de la imperfección humana y también, de sus ambiciones.
Siempre hemos sabido especular con lo que pudo ser o con lo que podrá ser si…, lo que, la mayoría de las veces, es el signo de cómo queremos ocultar nuestra ignorancia. Bien es cierto que sabemos muchas cosas pero, también es cierto que son más numerosas las que no sabemos.
Las imágenes nos muestra el escenario futuro para la Galaxia de la que formamos parte
Cuando el Sol agote su combustible nuclear se convertirá en una Gigante roja y su órbita engullirá a Mercurio y Venus y, probablemente a la Tierra. Dentro de mil millones de años las temperaturas en nuestro planeta alcanzarán los 100 ºC, los mares y océanos se evaporarán y, la vida, tal como la conocemos, habrá dejado de existir en éste planeta. Si quiere evitar la extinción tendrá que emigrar a otros mundos.
No sabemos si para entonces… ¡La Humanidad seguirá por aquí! Si es el caso, tendremos que haber encontrado la manera huir de estos dos acontecimientos que pondrán fin a nuestro entorno amigable
Cuando el Sol agote todo su combustible nuclear -o cuando Andrómeda se acerque a la Vía Láctea-, estará acercándose el final de la Tierra como planeta que albergó la vida. Los cambios serán irreversibles, los océanos se evaporarán y sus aguas hirvientes comenzarán a llenar la atmósfera de gases. La Gigante roja engullirá a los planetas Mercurio, Venus y probablemente se quedará muy cerca de la Tierra calcinada y sin vida. Con la fusión prevista para la Vía Láctea y Andrómeda dentro de unos miles de millones de años… ¿Qué podrá pasar? Para cuando ese tiempo llegue, no será probable que la especie humana continúe por aquí.
Sabiendo que el destino irremediable de nuestro mundo, el planeta Tierra, es de ser calcinado por una estrella gigante roja en la que se convertirá el Sol cuando agote la fusión de su combustible de hidrógeno, helio, carbono, etc, para que sus capas exteriores de materia formen una nebulosa planetaria en el espacio interestelar, mientras que, el resto de su masa se contraerá hacia su núcleo bajo su propio peso, a merced de la gravedad, convirtiéndose en una estrella enana blanca de enorme densidad y de reducido diámetro. Sabiendo eso, el hombre está poniendo los medios para que, antes de que llegue ese momento, si aún existe la espoecie humana, esté aposentada en otros mundos y, para ello, se está trabajando desde hace algún tiempo siendo el mejor ejemplo la Estación Espacial Internacional, siempre ocupada por humanos que estudian lo que es, vivir fuera de la Tierra.
Siempre hemos soñado con escapar de la Tierra. ¿Será intuición del futuro que nos espera?
Pero el problema no es tan fácil y se extiende a la totalidad del universo que, aunque mucho más tarde, también está abocado a la muerte térmica, el frío absoluto si se expande para siempre como un universo abierto y eterno, o el más horroroso de los infiernos, si estamos en un universo cerrado y finito en el que, un día, la fuerza de gravedad, detendrá la expansión de las galaxias que comenzarán a moverse de nuevo en sentido contrario, acercándose las las galaxias las unas a las otras de manera tal que el universo comenzará, con el paso del tiempo, a calentarse, hasta que finalmente, se junte toda la materia-energía que existen en una enorme bola de fuego de millones de grados de temperatura para que se produzca lo que se conoce como Big Crunch, a partir de ahí, todo comenzará de nuevo con otro Big Bang.
Un universo replegándose sobre sí mismo no parece probable
El irreversible final está entre los dos modelos que, de todas las formas que lo miremos, es negativo para la Humanidad (si es que para entonces aún existe). En tal situación, algunos ya están buscando la manera de escapar. Stephen Hawking ha llegado a la conclusión de que estamos inmersos en un multiuniverso, esto es, que existen infinidad de universos conectados los unos a los otros. Unos tienen constantes de la naturaleza que permiten vida igual o parecida a la nuestra, otros posibilitan formas de vida muy distintas y otros muchos no permiten ninguna clase de vida.
Este sistema de inflación autorreproductora nos viene a decir que cuando el universo se expande (se infla) a su vez, esa burbuja crea otras burbujas que se inflan y a su vez continúan creando otras nuevas más allá de nuestro horizonte visible. Cada burbuja será un nuevo universo, o mini-universo en los que reinarán escenarios diferentes o diferentes constantes y fuerzas.
“Kashlinsky y su equipo afirman que sus observaciones representan la primera pista de lo que hay más allá del horizonte cósmico. Al averiguarlo, podremos saber cómo se veía el universo inmediatamente después del Big Bang, o si nuestro universo es uno de muchos. Otros no están tan seguros. Una interpretación diferente dice que no tiene nada que ver con universos extraños sino el resultado de un defecto en una de las piedras angulares de la cosmología, la idea de que el universo debe verse igual en todas direcciones. O sea, si las observaciones resisten un escrutinio preciso.”
“Las estructuras más allá del “borde” del Universo observable, el cual están esencialmente confinados a una región con un radio de 14 mil millones de años luz, dado que sólo la luz dentro de esta distancia ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros desde el Big Bang.
Algunos Modelos han sido explorados y el resultado hallado es que en cada uno de esos mini-universos, puede haber muchas cosas diferentes; pueden terminar con diferentes números de dimensiones espaciales o diferentes constantes y fuerzas de la naturaleza, pudiendo unos albergar la vida y otros no.
El reto que queda para los cosmólogos es calcular las probabilidades de que emerjan diferentes mini-universos a partir de esta complejidad inflacionaria ¿Son comunes o raros los mini-universos como el nuestro? Existen, como para todos los problemas planteados, diversas conjeturas y consideraciones que influyen en la interpretación de cualquier teoría cosmológica futura cuántico-relativista. Hasta que no seamos capaces de exponer una teoría que incluya la relatividad general de Einstein (la gravedad-cosmos) y la mecánica cuántica de Planck (el cuanto-átomo), no será posible contestar a ciertas preguntas.
Cuando nos introducimos en el “universo” de la teoría de cuerdas, parece como si estuviéramos entrando en otro mundo fuera de este nuestro, allí, se pueden ver cosas asombrosas que no podemos observar en nuestro mundo y nuestra capacidad de apreciación se deja escapar esas once dimensiones en las que, apaciblemente pueden convivir sin estridencias, la mecánica cuántica con la relatividad general.
Aunque no todos la entiendan la teoría de cuerdas tienen un gancho tremendo. Te transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y partículas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a diferentes frecuencias. Además, te dice que no se trata de analogías sino de la estructura más profunda de la realidad, y que ésta podría ser la teoría final que unificara por fin a toda la física. ¿No estaremos hablando de Filosofía o metafísica?
Todas las soluciones que buscamos parecen estar situadas en teorías más avanzadas que, al parecer, sólo son posibles en dimensiones superiores, como es el caso de la teoría de supercuerdas situada en 10, 11 ó 26 dimensiones. Allí, si son compatibles la relatividad y la mecánica cuántica, hay espacio más que suficiente para dar cabida a las partículas elementales, las fuerzas gauge de Yang-Mill, el electromagnetismo de Maxwell y, en definitiva, al espacio-tiempo y la materia, la descripción verdadera del universo y de las fuerzas que en él actúan.
Científicamente, la teoría del hiperespacio lleva los nombres de Teoría de Kaluza-Klein y super-gravedad. Pero en su formulación más avanzada se denomina Teoría de Supercuerdas, una teoría que desarrolla su potencial en nueve dimensiones espaciales y una de tiempo: diez dimensiones. Así pues, trabajando en dimensiones más altas, esta teoría del hiperespacio puede ser la culminación que conoce dos milenios de investigación científica: la unificación de todas las fuerzas físicas conocidas. Como el Santo Grial de la Física, la “teoría de todo” que esquivó a Einstein que la buscó los últimos 30 años de su vida, sin que él supiera que, las matemáticas que desarrollan tal teoría hasta el final, ni existían en su tiempo, ni existen todavía.
Un Universo de “cuerdas” y de “Agujeros de Gusano”
Es cierto, los mejores siempre han buscado el Santo Grial de la Física. Una Teoría que lo pueda explicar todo, la más completa que, mediante una sencilla ecuación, responda a los misterios del Universo. Claro que tal hazaña, no depende siquiera de la inteligencia del explorador que la busca, es más bien un problema de que, las herramientas necesarias (matemáticas) para hallarla, aún no han sido inventadas.
Durante el último medio siglo, los científicos se han sentido intrigados por la aparente diferencia entre las fuerzas básicas que mantienen unido al cosmos: la Gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los intentos por parte de las mejores mentes del siglo XX para proporcionar una imagen unificadora de todas las fuerzas conocidas han fracasado. Sin embargo, la teoría del hiperespacio permite la posibilidad de explicar todas las fuerzas de la naturaleza y también la aparentemente aleatoria colección de partículas subatómicas, de una forma verdaderamente elegante. En esta teoría del hiperespacio, la “materia” puede verse también como las vibraciones que rizan el tejido del espacio y del tiempo. De ello se sigue la fascinante posibilidad de que todo lo que vemos a nuestro alrededor, desde los árboles y las montañas a las propias estrellas, no son sino vibraciones del hiperespacio.
Antes mencionábamos los universos burbujas nacidos de la inflación y, normalmente, el contacto entre estos universos burbujas es imposible, pero analizando las ecuaciones de Einstein, los cosmólogos han demostrado que podría existir una madeja de agujeros de gusano o tubos, que conectan estos universos paralelos.
Aunque muchas consecuencias de esta discusión son puramente teóricas, el viaje en el hiperespacio puede proporcionar eventualmente la aplicación más práctica de todas: salvar la vida inteligente, incluso a nosotros mismos, de la muerte de este universo cuando al final llegue el frío o el calor.
Esta nueva teoría de supercuerdas tan prometedora del hiperespacio es un cuerpo bien definido de ecuaciones matemáticas. Podemos calcular la energía exacta necesaria para doblar el espacio y el tiempo o para cerrar agujeros de gusano que unan partes distantes de nuestro universo. Por desgracia, los resultados son desalentadores. La energía requerida excede con mucho cualquier cosa que pueda existir en nuestro planeta. De hecho, la energía es mil billones de veces mayor que la energía de nuestros mayores colisionadores de átomos. Debemos esperar siglos, o quizás milenios, hasta que nuestra civilización desarrolle la capacidad técnica de manipular el espacio-tiempo utilizando la energía infinita que podría proporcionar un agujero negro para de esta forma poder dominar el hiperespacio que, al parecer, es la única posibilidad que tendremos para escapar del lejano fin que se avecina. ¿Que aún tardará mucho? Sí, pero el tiempo es inexorable, la debacle del frío o del calor llegará, lo que no sabemos es dónde podremos estar nosotros o, simplemente, si estaremos para entonces.
Son muchas las cosas que no sabemos y, las preguntas, son más abundantes que las respuestas que podemos dar
No existen dudas al respecto, la tarea es descomunal, imposible para nuestra civilización de hoy, ¿pero y la de mañana?, ¿no habrá vencido todas las barreras? Creo que el hombre es capaz de plasmar en hechos ciertos todos sus pensamientos e ideas, sólo necesita tiempo: Tiempo tenemos mucho por delante si las cosas no se tuercen para nuestra especie y la Naturaleza no se ensaña con nosotros de alguna manera. Y, si es así…
¿Sabremos aprovecharlo? Lo cierto es que nuestra osadía no tiene límites. No hemos podido solucionar -todavía- como llegar a esa primera fracción de tiempo que reside más alla del Tiempo de Planckc y estamos hablando de universos paralelos y otras cuestiones que estarán después de aquella primera que nos queda por resolver. Siempre ha sido así, sin terminar una cosa nos hemos pasado a otras y, por eso, precisamente, vamos algo embarullados y tenemos ese caos mental que no nos deja ver… ¡lo sencillo!
“En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo.”
Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes. También en el extremo opuesto, estamos buscando para ver si, finalmente, encontramos esos otros universos.
Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar. La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.
Sin embargo, seguimos sin saber qué fue lo que pasó antes del Tiempo de Planck y, si existen otros universos. Pero, no por ello dejamos de especular con lo que pasará, imaginando cómo será el futuro del Universo cuando, en realidad, no podemos saber ni lo que pasará mañana.
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por Emilio Silvera ~
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