Espacio, Tiempo,
Energía y Materia
La idea que el "Big Bang" fue producido de una fuente puntual está en
tren de ser reemplazada por la teoría según la cual el espacio,
el tiempo, la energía y la materia han bruscamente aparecido a partir de
un acontecimiento infinitamente pequeño, pero sin embargo de dimensiones
reales. La hipótesis de la fuente puntual sin dimensiones es actualmente
percibida como una aproximación que se debe abandonar pues ella conduce
a matemáticas aberrantes.
El conocimiento avanza a través de una serie de aproximaciones, cada
una mejora la precisión y utilidad de la precedente. Por ejemplo, una ecuación
simple describiendo la variación del volumen de una cantidad de gas con
los cambios de temperatura y de presión puede ser deducida del modelo de
un "gas perfecto" compuesto de moléculas idealizadas sin dimensiones, pero
ella no suministra más que una aproximación del comportamiento de
los gases reales porque las moléculas reales no son puntos sin dimensiones.
Una tal ecuación idealizada puede ser útil para predecir el comportamiento
de los gases a temperaturas y presiones relativamente bajas, pero progresivamente
ella ha fracasado cuando la forma y la dimensión de las moléculas
influencian cada vez más la comprensibilidad de los gases a presiones y
temperaturas más elevadas. Felizmente, en este caso, nosotros podemos medir
los errores y crear tablas de factores de corrección aplicables a los diversos
gases reales.
La mayor parte de lo que sabemos sobre el universo data de un período
relativamente reciente, desde el descubrimiento de la mecánica cuántica
y de las leyes de la relatividad restringida y general, al comienzo del siglo
20. La mecánica cuántica da excelentes resultados en la descripción
del comportamiento de la energía y de la materia a escala ultra microscópica
de las partículas fundamentales. La relatividad general alcanza también
a predecir como la fuerza de la gravedad deforma la trama del espacio-tiempo en
la vecindad de masas y gobierna el universo a la escala gigantesca del cosmos.
Desgraciadamente, todas las tentativas de unificar las matemáticas de estas
dos teorías que funcionan bien, hasta este día han conducido a resultados
absurdos y a contradicciones que indican que falta alguna cosa.
La mecánica cuántica trata de la manera en que la energía
existe solamente en pequeñas unidades distintas, o quanta, a la escala
ultra microscópica de los bloques elementales que constituyen el universo,
más que en cantidades que pueden variar continuamente con las cuales nos
encontramos familiarizados en la física clásica. Por ejemplo, el
único electrón del átomo del hidrógeno gira alrededor
del núcleo solamente sobre ciertas órbitas que corresponden a niveles
determinados de energía. El electrón no puede ocupar órbitas
intermediarias pero él puede saltar de una órbita a otra, más
alta o más baja, adquiriendo o perdiendo un quanta de energía bajo
la forma de un fotón.
La mecánica cuántica describe como la fuerza electromagnética,
la fuerza fuerte y la fuerza débil interaccionan con la materia. El modelo
sobre el cual la mecánica cuántica está basado usa el mismo
concepto idealizado de las partículas sin dimensiones utilizado en el modelo
de un gas perfecto. El supone que los fermiones que componen la materia (los electrones,
los quarks y sus asociados antimateria), y los elementos que transmiten la energía
(los fotones, los gluones y los bosones de norma débil), son entidades
sin dimensión que no difieren sino por sus diversos atributos tales como
la masa, carga y spin.
La mecánica cuántica funciona perfectamente bien con las tres
fuerzas mencionadas aquí arriba, pero ella no funciona con la fuerza de
la gravedad pues la hipótesis de entidades de dimensiones nulas conduce
a absurdos como densidades infinitas, energías infinitas y una deformación
infinita del continuo del espacio-tiempo.
Actualmente, la ciencia está en tren de advertir que la hipótesis
de partículas fundamentales de dimensiones nulas no es más que una
aproximación útil que debe ser reemplazada por una percepción
más sutil de la realidad. Desgraciadamente, nosotros no podemos, en este
caso, medir los errores causados por la hipótesis simplificadora de puntos
sin dimensión, como lo pudimos para corregir la diferencia entre gas ideal
y gas real. Deberemos pues poner las manos a la obra para desarrollar el formalismo
matemático que se impone.
La idea según la cual las partículas fundamentales podrían
no tener dimensiones apareció en 1955, pero ella fue descartada a causa
de la extrema complejidad de las matemáticas asociadas. Sin embargo ella
fue retomada un decenio más tarde cuando se volvió evidente que
esta nueva teoría era el único medio de reconciliar la relatividad
general con la mecánica cuántica.
Según esta teoría, las partículas fundamentales son las
manifestaciones de la vibración de regiones extremadamente pequeñas
del espacio, los diversos modos de estas vibraciones dan nacimiento a todos los
fermiones y bosones conocidos. Por ejemplo, una partícula como el electrón
podría ser el resultado de un cierto modo de vibración de una región
unidimensional extremadamente pequeña del espacio (1.6 X 10-33 cm de largo).
La analogía con los diversos modos de vibración posibles de una
cuerda de violín ha dado a este nuevo concepto su nombre de la "teoría
de cuerdas". Una región tal en vibración podría tener dos
extremos como una cuerda de violín, o estar en anillo como una banda elástica.
La teoría inicial relativa a los modos de vibración de una cuerda
unidimensional ha sido extendida para cubrir los modos de la vibraciones posibles
de una membrana de dos dimensiones (llamada 2-brane) o de un volumen de tres dimensiones
llamado 3-brane, y últimamente a aquellos de una n-brane multidimensional,
pero el nombre imaginado de teoría de cuerdas le ha quedado. La teoría
de cuerdas ha finalizado por postular la existencia de seis dimensiones "enrolladas",
en más de las cuatro dimensiones "extendidas" que nosotros conocemos (derecha-izquierda,
alto-bajo,delante-atrás y pasado-futuro), para permitir todos los modos
de vibración requeridos para dar lugar a todas las partículas fundamentales
conocidas.
La teoría de las cuerdas conoció altos y bajos a causa de la
enorme dificultad de desarrollar los procedimientos matemáticos adecuados
para describir los modos de vibración posibles en un universo de diez dimensiones.
Algunos progresos no obstante son realizados de tiempo en tiempo. En 1985 la teoría
de las cuerdas se ha convertido en la teoría de las supercuerdas para integrar
el concepto de la super simetría de la mecánica cuántica.
En 1996 la teoría ha tenido un nuevo impulso cuando se ha reconocido que
las cinco pistas hacia una solución matemática hasta entonces descubiertas,
podían ser aspectos de la misma realidad más que enfoques contradictorios.
Hoy en día, centenares de físicos y de matemáticos buscan
intensamente la compresión que transformará el misterio en evidencia.
El tratamientos matemático de la teoría de las cuerdas es siempre
incompleto y la teoría no ha sido todavía puesta a prueba experimentalmente.
En consecuencia ella no está todavía ampliamente aceptada por la
comunidad científica, pero esta es la sola teoría disponible que
trata correctamente la gravedad a la escala ultra microscópica. La gran
esperanza de la física es desarrollar una Teoría del Todo (TDT)
que abrirá la puerta a una percepción más profunda de la
naturaleza del universo, y en un nivel práctico, a invenciones y realizaciones
que todavía pertenecen al dominio de la ciencia ficción.
Algunos piensan que una Teoría del Todo anunciará el fin de
la física, pero yo pienso al contrario que ella será el comienzo
de una nueva era, igual como la delimitación de los continentes no ha sido
más que el comienzo de la exploración y la explotación de
los recursos ocultos de nuestro planeta. ¡Más bien será el
alba de un día nuevo! -
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