Conocer la mente de Dios: Siete "teorías del Todo"
Uno de los grandes objetivos de la ciencia es explicar todos los aspectos de la naturaleza en términos de leyes simples y fundamentales pero ¿es esto posible? Un equipo de físicos afirma haber encontrado un indicio de que algunas cosas simplemente no se puede calcular, y que la naturaleza puede ser más que la suma de sus partes. La idea del reduccionismo, una herramienta clave en la ciencia desde hace siglos, sostiene que todo en la naturaleza en última instancia, puede ser entendido mediante la obtención de conocimiento de sus partes constituyentes. Las ley de flujos de fluidos, por ejemplo, se pueden derivar de las leyes más profundas del movimiento atómico y molecular, que a su vez se derivan de la física cuántica. En 1972, el físico Philip Anderson señaló que podría haber un problema con este enfoque. Anderson sugirió que algunos sistemas pueden ser más que la suma de sus partes...
Siete teorías del todo
La "teoría del todo" es uno de los sueños más preciados de la ciencia. Si alguna vez se la descubre, se describirá el funcionamiento del universo en el nivel más fundamental completando nuestra comprensión de la naturaleza. También respondería a grandes incognitas como lo que es la materia oscura, porque el tiempo fluye en una sola dirección y cómo funciona la gravedad. No es de extrañar la famosa frase de Stephen Hawking, tal teoría sería "el último triunfo de la razón humana - para entonces debemos conocer la mente de Dios".
Pero los teólogos no necesitan perder el sueño aún. A pesar de décadas de esfuerzos, el progreso ha sido lento. Muchos físicos se han limitado al desarrollo de la "gravedad cuántica" teorías que tratan de conciliar la mecánica cuántica con la relatividad general - un requisito previo para una teoría del todo. Pero en lugar de subir con una o dos teorías rivales cuyos méritos se evaluarán de acuerdo con la evidencia, hay una profusión de candidatos que se ocupan de diferentes partes del problema y muy pocas pistas sobre cuál (si existe) podría llegar a ser la correcta.
He aquí una breve guía de algunos de las candidatas.
1.Teoría de Cuerdas
Esta es probablemente la teoría más conocida de todas, y en gran medida la más estudiada. Se sugiere que las partículas fundamentales que observamos no son en realidad partículas en absoluto, sino cuerdas muy pequeñas que "parecen" partículas para los instrumentos científicos porque son muy pequeños.
Es más, las matemáticas de la teoría de cuerdas también dependen de dimensiones espaciales extra, que los humanos no podrían experimentar directamente.
Estas sugerencias son radicales, pero muchos teóricos encuentran el enfoque de cuerda elegante y han propuesto numerosas variaciones sobre el tema básico que parece resolver una variedad de enigmas cosmológicos. Sin embargo, tienen dos grandes retos a superar si se quiere convencer al resto de la comunidad científica de que la teoría de cuerdas es la mejor candidata.
En primer lugar, los teóricos de cuerdas hasta el momento han luchado para hacer nuevas predicciones que pueden probarse. Pero la teoría de cuerdas sigue siendo sólo eso: una teoría.
En segundo lugar, hay demasiadas variantes de la teoría, cualquiera de ellas podría ser correcta - y poco para elegir entre ellos. Para resolver esto, algunos físicos han propuesto un marco más general llamado teoría-M, que unifica muchas teorías de cuerdas.
Pero esta tiene sus propios problemas. Dependiendo de cómo se establezca, la Teoría M puede describir cualquiera de 10⁵⁰⁰ universos. Algunos físicos argumentan que esto es evidencia de que existen múltiples universos, pero otros piensan que sólo significa que la teoría no es comprobable.
2.Gravedad cuántica de bucles
A pesar de que no ha tenido la misma exposición a los medios, la gravedad cuántica de bucles es hasta ahora el único rival real de la teoría de cuerdas.
La idea básica es que el espacio no es continuo, como se suele pensar, sino que se divide en pequeños trozos a través de 10⁻³⁵ metros. Estos se conectan a través de vínculos para formar el espacio que experimentamos. Cuando estos enlaces se enredan en trenzas y nudos, se producen las partículas elementales.
La Gravedad Cuántica de Bucles ha producido algunas predicciones tentativas de los efectos del mundo real, y también arrojar algo de luz sobre el nacimiento del universo. Pero sus defensores hasta el momento han luchado por incorporar la gravedad en sus teorías. Y como con la teoría de cuerdas, una prueba experimental esta todavía lejos.
3.CDT
CDT (Causal dynamical triangulations) a primera vista parece muy similar a la gravedad cuántica de bucles a primera vista. Así como la gravedad cuántica de bucles divide el espacio en pequeños "bloques de construcción", la CDT asume que el espacio-tiempo se divide en pequeños bloques de construcción - esta vez, los trozos de cuatro dimensiones llamado pentachorons.
Los pentachorons se pueden pegar juntos para producir un universo a gran escala - que resulta que tiene tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, al igual que el que observamos. Hasta ahora, todo bien, pero hay un gran inconveniente: CDT en su forma actual no puede explicar la existencia de la materia.
4.Gravedad cuántica de Einstein
Esta idea, propuesta por Martin Reuter, de la Universidad de Mainz, Alemania, toma un rumbo muy diferente.
Parte del problema con unificar la gravedad y la mecánica cuántica es lo que sucede a la gravedad a escalas pequeñas. Si los dos objetos están más cerca entre sí, más fuerte será la atracción gravitacional entre ellos, pero la gravedad actúa sobre sí misma, y como resultado, a una distancia muy pequeña se inicia un ciclo de retroalimentación. Según las teorías convencionales la fuerza pasa a ser ridículamente fuerte - que significa que hay algo mal.
Sin embargo, Reuter ha subido con una manera de generar un "punto fijo": una distancia por debajo del cual la gravedad se detiene y no se hace cada vez más fuerte. Esto podría ayudar a resolver el problema, y dar lugar a una teoría cuántica de la gravedad.
5.Gravedad cuántica
Todas las teorías anteriores suponen que el espacio y el tiempo existe, y luego tratan de construir el resto del universo. La Gravedad cuántica - la idea de Fotini Markopoulou del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario, Canadá, y sus colegas - trata de acabar con esto.
Cuando el universo se formó en el Big Bang, Markopoulou dice, no había tal cosa como el espacio como lo conocemos. En su lugar, había una red abstracta de "nodos" del espacio, en el que se conectó cada nodo a todos los demás. Muy poco después, esta red se colapsó y algunos de los nodos se separaron el uno del otro, formando el gran universo que vemos hoy.
6.Relatividad Interna
Desarrollado por Olaf Dreyer, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, la relatividad interna pretende explicar cómo la relatividad general puede surgir en un mundo cuántico.
Cada partícula en el universo tiene una propiedad llamada "spin", que puede ser libremente considerados como lo que sucede a la partícula cuando gira. El modelo de Dreyer imagina un sistema de giros que existe independientemente de la materia y esta dispuesto al azar. Cuando el sistema alcanza una temperatura crítica, los espines se alinean, formando un patrón ordenado.
Cualquier persona que en realidad viva en el sistema de giros no lo podría ver. Todo lo que ven son sus efectos, que Dreyer ha demostrado incluirá el espacio-tiempo y materia. También ha logrado obtener la gravedad newtoniana del modelo: sin embargo, la relatividad general no ha surgido aún.
7.E8
En 2007 el físico (y aveces surfista) Garrett Lisi en los titulares con una posible teoría de todo.
El escándalo fue provocado por un artículo sobre el E8, un modelo matemático complejo de ocho dimensiones con 248 puntos. Lisi mostró que las distintas partículas fundamentales y fuerzas conocidas de la física podrían ser colocados en los puntos del patrón E8, y que muchas de sus interacciones surgen de forma natural.
Algunos físicos han criticado esta teoría, mientras que otros le dieron una cautelosa bienvenida. A finales de 2008, a Lisi se le otorgó una beca para continuar sus estudios de E8.
Siete teorías del todo
La "teoría del todo" es uno de los sueños más preciados de la ciencia. Si alguna vez se la descubre, se describirá el funcionamiento del universo en el nivel más fundamental completando nuestra comprensión de la naturaleza. También respondería a grandes incognitas como lo que es la materia oscura, porque el tiempo fluye en una sola dirección y cómo funciona la gravedad. No es de extrañar la famosa frase de Stephen Hawking, tal teoría sería "el último triunfo de la razón humana - para entonces debemos conocer la mente de Dios".
Pero los teólogos no necesitan perder el sueño aún. A pesar de décadas de esfuerzos, el progreso ha sido lento. Muchos físicos se han limitado al desarrollo de la "gravedad cuántica" teorías que tratan de conciliar la mecánica cuántica con la relatividad general - un requisito previo para una teoría del todo. Pero en lugar de subir con una o dos teorías rivales cuyos méritos se evaluarán de acuerdo con la evidencia, hay una profusión de candidatos que se ocupan de diferentes partes del problema y muy pocas pistas sobre cuál (si existe) podría llegar a ser la correcta.
He aquí una breve guía de algunos de las candidatas.
1.Teoría de Cuerdas
Esta es probablemente la teoría más conocida de todas, y en gran medida la más estudiada. Se sugiere que las partículas fundamentales que observamos no son en realidad partículas en absoluto, sino cuerdas muy pequeñas que "parecen" partículas para los instrumentos científicos porque son muy pequeños.
Es más, las matemáticas de la teoría de cuerdas también dependen de dimensiones espaciales extra, que los humanos no podrían experimentar directamente.
Estas sugerencias son radicales, pero muchos teóricos encuentran el enfoque de cuerda elegante y han propuesto numerosas variaciones sobre el tema básico que parece resolver una variedad de enigmas cosmológicos. Sin embargo, tienen dos grandes retos a superar si se quiere convencer al resto de la comunidad científica de que la teoría de cuerdas es la mejor candidata.
En primer lugar, los teóricos de cuerdas hasta el momento han luchado para hacer nuevas predicciones que pueden probarse. Pero la teoría de cuerdas sigue siendo sólo eso: una teoría.
En segundo lugar, hay demasiadas variantes de la teoría, cualquiera de ellas podría ser correcta - y poco para elegir entre ellos. Para resolver esto, algunos físicos han propuesto un marco más general llamado teoría-M, que unifica muchas teorías de cuerdas.
Pero esta tiene sus propios problemas. Dependiendo de cómo se establezca, la Teoría M puede describir cualquiera de 10⁵⁰⁰ universos. Algunos físicos argumentan que esto es evidencia de que existen múltiples universos, pero otros piensan que sólo significa que la teoría no es comprobable.
2.Gravedad cuántica de bucles
A pesar de que no ha tenido la misma exposición a los medios, la gravedad cuántica de bucles es hasta ahora el único rival real de la teoría de cuerdas.
La idea básica es que el espacio no es continuo, como se suele pensar, sino que se divide en pequeños trozos a través de 10⁻³⁵ metros. Estos se conectan a través de vínculos para formar el espacio que experimentamos. Cuando estos enlaces se enredan en trenzas y nudos, se producen las partículas elementales.
La Gravedad Cuántica de Bucles ha producido algunas predicciones tentativas de los efectos del mundo real, y también arrojar algo de luz sobre el nacimiento del universo. Pero sus defensores hasta el momento han luchado por incorporar la gravedad en sus teorías. Y como con la teoría de cuerdas, una prueba experimental esta todavía lejos.
3.CDT
CDT (Causal dynamical triangulations) a primera vista parece muy similar a la gravedad cuántica de bucles a primera vista. Así como la gravedad cuántica de bucles divide el espacio en pequeños "bloques de construcción", la CDT asume que el espacio-tiempo se divide en pequeños bloques de construcción - esta vez, los trozos de cuatro dimensiones llamado pentachorons.
Los pentachorons se pueden pegar juntos para producir un universo a gran escala - que resulta que tiene tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, al igual que el que observamos. Hasta ahora, todo bien, pero hay un gran inconveniente: CDT en su forma actual no puede explicar la existencia de la materia.
4.Gravedad cuántica de Einstein
Esta idea, propuesta por Martin Reuter, de la Universidad de Mainz, Alemania, toma un rumbo muy diferente.
Parte del problema con unificar la gravedad y la mecánica cuántica es lo que sucede a la gravedad a escalas pequeñas. Si los dos objetos están más cerca entre sí, más fuerte será la atracción gravitacional entre ellos, pero la gravedad actúa sobre sí misma, y como resultado, a una distancia muy pequeña se inicia un ciclo de retroalimentación. Según las teorías convencionales la fuerza pasa a ser ridículamente fuerte - que significa que hay algo mal.
Sin embargo, Reuter ha subido con una manera de generar un "punto fijo": una distancia por debajo del cual la gravedad se detiene y no se hace cada vez más fuerte. Esto podría ayudar a resolver el problema, y dar lugar a una teoría cuántica de la gravedad.
5.Gravedad cuántica
Todas las teorías anteriores suponen que el espacio y el tiempo existe, y luego tratan de construir el resto del universo. La Gravedad cuántica - la idea de Fotini Markopoulou del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario, Canadá, y sus colegas - trata de acabar con esto.
Cuando el universo se formó en el Big Bang, Markopoulou dice, no había tal cosa como el espacio como lo conocemos. En su lugar, había una red abstracta de "nodos" del espacio, en el que se conectó cada nodo a todos los demás. Muy poco después, esta red se colapsó y algunos de los nodos se separaron el uno del otro, formando el gran universo que vemos hoy.
6.Relatividad Interna
Desarrollado por Olaf Dreyer, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, la relatividad interna pretende explicar cómo la relatividad general puede surgir en un mundo cuántico.
Cada partícula en el universo tiene una propiedad llamada "spin", que puede ser libremente considerados como lo que sucede a la partícula cuando gira. El modelo de Dreyer imagina un sistema de giros que existe independientemente de la materia y esta dispuesto al azar. Cuando el sistema alcanza una temperatura crítica, los espines se alinean, formando un patrón ordenado.
Cualquier persona que en realidad viva en el sistema de giros no lo podría ver. Todo lo que ven son sus efectos, que Dreyer ha demostrado incluirá el espacio-tiempo y materia. También ha logrado obtener la gravedad newtoniana del modelo: sin embargo, la relatividad general no ha surgido aún.
7.E8
En 2007 el físico (y aveces surfista) Garrett Lisi en los titulares con una posible teoría de todo.
El escándalo fue provocado por un artículo sobre el E8, un modelo matemático complejo de ocho dimensiones con 248 puntos. Lisi mostró que las distintas partículas fundamentales y fuerzas conocidas de la física podrían ser colocados en los puntos del patrón E8, y que muchas de sus interacciones surgen de forma natural.
Algunos físicos han criticado esta teoría, mientras que otros le dieron una cautelosa bienvenida. A finales de 2008, a Lisi se le otorgó una beca para continuar sus estudios de E8.
Fuente: newscientist
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