Teoría de Cuerdas contra Gravedad Cuántica de Bucles

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21102013

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Teoría de Cuerdas contra Gravedad Cuántica de Bucles




Teoría de Cuerdas contra Gravedad Cuántica de Bucles

La unificación de las ecuaciones del electromagnetismo propuesta por James Clerk Maxwell (1864) junto con la creación  de la mecánica cuántica, ha despertado en los físicos el deseo de una nueva unificación, una teoría que responda a todas las interrogantes que han sido y serán propuestas en el amplio mundo de la física.
Los dos pilares fundamentales  que sustentan a la física moderna son la mecánica cuántica y la relatividad general, por una parte la mecánica cuántica con 4 fuerzas fundamentales.

1. La gravitatoria es la fuerza de atracción que una masa ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos.
   La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito.

2. La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las      
   transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria,  
   puede tener dos sentidos (atractivo y repulsivo) y su alcance es infinito.

3. La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y  
   actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las  
   dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

4. La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos
   son sensibles únicamente a este tipo de interacción (aparte de la gravitatoria) electromagnética y su alcance es
   aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

Sin embargo, cabe señalar que el número de fuerzas fundamentales en el sentido anteriormente expuesto depende de nuestro estado de conocimiento, así hasta finales de los años 1960 la interacción débil y la interacción electromagnética se consideraban fuerzas fundamentales diferentes, pero los avances teóricos permitieron establecer que en realidad ambos tipos de interacción eran manifestaciones fenomenológicamente diferentes de la misma "fuerza fundamental", la interacción electrodébil.

Con el intento de los físicos de unificar estas cuatro fuerzas, y específicamente integrar la gravedad al mundo cuántico, surgieron varias teorías que intentan explicar el comportamiento del universo; de las cuales nos centraremos en solo dos, “La teoría de cuerdas“ y su contraparte “La gravedad cuántica de bucles“.

La primera afirmando un solo principio, que toda la materia del universo está compuesta por vibrantes hilos de energía llamados cuerdas.
Y la segunda intentando cuantizar la gravedad redefiniendo la relatividad general de Albert Einstein.
Sin embargo ambas teorías presentan sus inconvenientes a la hora de ser comprobadas.
A continuación se llevara a cabo la discusión que nos permitirá conocer más sobre ambas teorías y comprender lo difícil que es integrar las fuerzas que dominan a nuestro universo.

Dado a algunas exitosas unificaciones como la gravedad de Newton o la unificación del electromagnetismo de Maxwell (Que anteriormente se consideraban fenómenos separados, electricidad y magnetismo), ha provocado que los científicos intenten elaborar una teoría que lo gobierne todo.
Pero dicha teoría no sería tan fácil de idear, debido a que entre estas cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza existe una gran contradicción.
No se puede utilizar la relatividad general para explicar la interacción entre partículas, ni la mecánica cuántica para explicar los movimientos elípticos planetarios, ya que la gravedad causa problemas al integrarse a las otras tres fuerzas fundamentales de la mecánica cuántica.
El concepto de gravedad dejado por Isaac Newton funcionaba muy bien en el ámbito matemático, aunque no describía muy bien la órbita del planeta Mercurio y a pesar de describir casi con exactitud las orbitas y el comportamiento de la gravedad, no explicaba que es lo que era la gravedad, ni cómo funcionaba.

El primer científico en retomar el concepto de gravedad dejado por Newton en más 200 años, fue Albert Einstein que con su teoría general de la relatividad, explicaba el comportamiento de los cuerpos celestes, es decir la interacción entre estos cuerpos y la gravedad.
Para Einstein la gravedad no era nada más que la deformación del tejido espacio temporal provocada por cuerpos de masa y/o energía de gran cantidad.
Posterior a los estudios realizados por Albert Einstein sobre la relatividad general, durante 1920 se elaboran los primeros principios para lo que sería la mecánica cuántica, un conjunto de leyes que rigen y explican muy bien el mundo atómico.
El modelo mecánico cuántico surge de la base de la concepción que tenia Niels Bohr del átomo de hidrógeno y fue mejorando con los aportes de Max Planck (1900), De Broglie (1923), Schrodinger (1926), Heisenberg (1932) que establecieron conceptos como “principio de incertidumbre”, “átomos oscilantes”, “dualidad onda-partícula”.
En el mundo cuántico todos los fenómenos son azarosos y probabilísticos, es decir, las leyes que rigen en nuestro mundo cotidiano y que nos ayudan a comprender desde la caída de una manzana al lanzamiento de una sonda espacial, se vuelven obsoletas, y lo que obtenemos no es más que una visión totalmente borrosa del universo a esta escala.
Lo cual se convirtió en un problema para los científicos de la corriente determinista como Einstein, y el concepto de unificación se hacía cada vez más complejo y difícil de alcanzar, lo que llevo a los científicos a dejar de lado la idea de la unificación.

Teoría de cuerdas

La ciencia ha retomado la idea de una teoría unificadora en la teoría de cuerdas, que propone un principio muy simple en cuestión, que toda la materia como protones o electrones que se describían como esferas o puntos de mera energía, estaría conformada por cuerdas energéticas vibrantes de distinta frecuencia y oscilación, que desembocaría en las propiedades únicas de la partícula que conforman.
Sin embargo este principio no surgió de la nada, surgió como interpretación de una ecuación matemática que en un comienzo intentaba explicar la fuerza nuclear fuerte.
Fue el físico Leonard Susskind quien interpreto dicha ecuación como objetos minúsculos formados por cuerdas oscilantes de energía. Fue el primero en presentar la idea de la teoría de cuerdas en el 2003.
Cabe destacar dentro de la teoría de cuerdas, que luego de años de estudios teóricos y aumento de seguidores, La teoría de cuerdas también fue ganando nuevas versiones que se alejaban en parte de la original.  La unificación se logra a través de esta teoría ya que supone que todas las partículas estarían formadas por un mismo principio llamadas “cuerdas” uniendo a la gravedad con el resto de las fuerzas, y haciendo a un lado las notables diferencias entre ambas.
Uno de los grandes problemas de esta teoría es que no presenta ningún tipo de predicción, es decir no es demostrable a través de experimentación, por lo tanto carece de falseabilidad [1]; también encontramos como obstáculo la existencia de una supuesta partícula llamada gravitón (partícula sin masa), que es la encargada de las interacciones de las fuerzas gravitacionales.

[1] En filosofía de la ciencia, se entiende por falsabilidad a la propiedad que se verifica si se sigue, deductivamente, por modus tollendo tollens (del latín, modo que negando niega), que la proposición universal es falsa cuando se consigue demostrar mediante la experiencia que un enunciado observable es falso. Es un concepto central de la teoría epistemológica de Karl Popper conocida como falsacionismo.

Gravedad cuántica de bucles

Para entender esta teoría es necesaria la relatividad general de Einstein, ya que la gravedad cuántica de bucles no es más que la reformulación de la relatividad general, es decir, “cuantizar” la gravedad, que supone la explicación al mayor problema que se tenía con la gravedad, su escasa empleabilidad en el mundo cuántico.
Esta teoría propuesta por un físico hindu llamado Abhay Ashtekar en 1986, más allá de tratarse sobre unificar o explicar un todo esta teoría apunta solo al hecho de comprender la fuerza gravitatoria a escalas muy reducidas, y el hecho de que pueda funcionar como teoría unificadora de un todo es debido a que para poder comprender la relatividad a escalas cuánticas es necesario tener las cuatro fuerzas involucradas, y es por esto que se le relaciona con la teoría de cuerdas.
Así como en la Relatividad general de Einstein propone y demuestra que la luz es la velocidad máxima en el universo, para esta teoría se necesita comprender que también existe una distancia mínima de observación o estudio, llamada longitud de Planck.
Esto en pocas palabras quiere decir que la longitud de Planck es la distancia por debajo de la cual se espera que el espacio deje de tener una geometría clásica. Lo cual conlleva un gran problema y uno de los principales defectos de esta teoría no ser todavía capaz de incorporar la física de partículas, ni de recuperar el limite clásico de acuerdo con el principio de correspondencia.
Y traduciendo lo anterior, no es posible aún el estudio completo de esta teoría después de la longitud de Planck ya que se llega al punto en donde no se puede trabajar con los modelos de física actuales.
Otra forma de entender esta teoría es por medio de las muy comunes líneas de campo, en donde estas se dirigen desde un mayor a un menor potencial. En este caso las líneas de campo son cerradas, son círculos y de ahí viene el nombre de bucle. Estos bucles son formados por las líneas de campo entre la interacción de las dimensiones espacio temporales.
Debido a que la cantidad de seguidores de esta teoría es muy reducida, la cantidad de información y progreso que se lleva a cabo es muy escasa y va avanzando lentamente.
Lo más importante de esta teoría es que es capaz de producir previsiones de observaciones reales que serán confirmadas o no por experimentos, como ha sucedido con la física desde siempre, pero todo esto con el paso de los años.


Para los físicos la idea de encontrar esta teoría unificadora pasó a ser una tarea, los avances en la ciencia y la unificación de otras teorías que hacen posible la comprensión del universo han hecho creer a los físicos que si es posible crear algo como la teoría del “todo”, mientras otros sostienen que no es necesario encontrar dicha teoría, pues el trabajo presentado expone dos puntos de vista que se contraponen.
Por un lado, la teoría de cuerdas queriendo unificar cuatro leyes fundamentales y la gravedad cuántica de bucles que nos muestra una ruta distinta hacia algo que llamaríamos el futuro de la física.
Sin embargo ambas teorías describen una inmensidad de universo que queda por estudiar todavía, algo que queda demostrado es que sabemos muy poco sobre este.
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