Las teorías unificadoras de la física

Abstract

La incógnita del origen del universo y su comprensión había sido tratada desde los tiempos de Aristóteles a través de la filosofía, pero ahora es tiempo de la ciencia, de la física principalmente. Es por ello que los científicos han generado nuevas suposiciones de lo que en realidad ocurre a nuestro alrededor y lo tratan de explicar a través de modelos matemáticos que faciliten su análisis, creando teorías, que aunque aún no han sido comprobadas, podrían resolver muchas incógnitas sobre el universo.

A lo largo de la historia se ha intentado explicar cuál es el origen del universo y el ser. En su libro El Gran Diseño, el físico teórico Stephen Hawking habla de la necesidad de los seres humanos de resolver esta incógnita, y menciona: “Tradicionalmente, esas cuestiones son cuestiones para la filosofía, pero la filosofía ha muerto. La filosofía no se ha mantenido al corriente, de los desarrollos modernos de la ciencia, en particular de la física” (2010). Esto nos explica en pocas palabras que para Hawking la física es y será, la encargada de darnos la respuesta.

Esto, a través de teorías que hoy en día han causado revuelo entre la sociedad científica. Muchas de ellas intentan explicar el universo como un todo; los planetas, las estrellas, el pensamiento, el ser, la razón, los animales e incluso lo que no se puede ver ni percibir más allá de las estrellas. Estas teorías unifican todos los conocimientos físicos, desde Newton hasta Maxwell, desde la más pequeña parte de materia hasta la más grande.

La física teórica trata de explicar el universo mediante modelos matemáticos que intentan predecir fenómenos físicos que aún no han sido observados. En los últimos años de su vida, Albert Einstein solo tuvo una cosa en mente, y ésa fue la creación de un modelo que pudiera explicar todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza, a través de la llamada “teoría de campo unificada”. Sin embargo, no lo logró. Hoy en día muchos científicos siguen los pasos de Einstein y están en busca del modelo de unificación que hará revolucionar el mundo.

Pero, ¿qué son las fuerzas fundamentales de naturaleza? También se les conoce como interacciones fundamentales de la naturaleza y son cuatro, ya que de acuerdo a los principios de la mecánica cuántica estos son los cuatro tipos de campo cuántico en los que interactúan las partículas.

El universo y sus fuerzas

La primera de ellas es la fuerza de interacción gravitacional, todos sabemos qué es la gravedad, pues desde niños nos contaron la historia de la manzana que caía del árbol e inspiraba a Newton para descubrir este fenómeno universal. Es la interacción más débil de todas y afecta a todas las partículas, haciéndolas interactuar unas con otras a grandes distancias. Puede definirse de forma general, como la manifestación de la deformación que sufre el espacio-tiempo por la presencia de grandes masas.

En 1865 James Clerk Maxwell, aunque poco conocido; uno de los científicos más grandes de la historia, publicó su artículo “Una teoría dinámica del campo electromagnético” en el que postula las hoy llamadas “Ecuaciones de Maxwell”. Con este hecho se estableció una nueva rama de la física, el electromagnetismo. Antes de Maxwell, Faraday y Volta en el siglo XIX, la electricidad y el magnetismo eran fenómenos observados por separado.

La interacción magnética es la segunda interacción fundamental de la naturaleza. Ésta está presente en nuestra vida cotidiana en radios, microondas, teléfonos, los fenómenos de fricción, el arcoiris, etc. El electromagnetismo actúa en partículas con carga eléctrica, tiene un alcance infinito y es mucho más fuerte que la gravedad.

La interacción fuerte es la fuerza que mantiene unidas a las partículas más simples de materia, los quarks, los cuales no se pueden encontrar aislados. Por lo regular se encuentran en grupos que forman partículas subatómicas como protones y neutrones. Esta fuerza se considera de corto alcance, ya que permite que los protones del núcleo se encuentren unidos, por lo que solo afecta al mismo núcleo. Aunque es de corto alcance es la más fuerte de todas, ya que si tuviera más alcance sería algo realmente trágico.

La fuerza nuclear débil o interacción débil es, como su nombre lo dice, la fuerza de interacción más débil comparada con las anteriores. Actúa a nivel de núcleos atómicos y permite la fusión. Aunque es difícil explicar su interacción con las partículas, es una fuerza fundamental en el universo. Por ejemplo: sin ella no quemaría el sol o no se formaría el hidrógeno en la tierra.

Al analizar las fuerzas fundamentales nos damos cuenta que todas guardan una gran relacionan entre sí, todas actúan en las partículas afectando tanto sus formas estructurales como su comportamiento en el entorno. Los físicos en la actualidad, al igual que Maxwell y el electromagnetismo, se preguntan si pueden unir fuerzas distintas y explicarlas como una sola. Y si es una solo fuerza la que actúa en el universo, ¿también debe tener una sola partícula o unidad fundamental la explique los fenómenos que se manifiestan en él?

Lo que trata de hacer la física moderna es unir las dos teorías que existen hasta ahora. La teoría de la relatividad general de Einstein, que explica el espacio con base a los objetos de gran escala, y la mecánica cuántica, que postula leyes para los objetos más pequeños como los átomos y las partículas subatómicas.

Al relacionar estas dos teorías de manera tradicional, los físicos se han encontrado con resultados ilógicos. Esto se debe a que en la relatividad general de Einstein los movimientos e interacciones parecen más predecibles que en la mecánica cuántica; que es turbulenta y cambiante, casi impredecible.

La que se postula como la teoría unificadora de estas dos teorías, es la denominada teoría de cuerdas. Este postulado se basa en una partícula fundamental de la materia, que hará más fácil la explicación de todo lo que hay en el
universo, desde la escala más pequeña hasta la más grande.

Ritmo de cuerdas

En el mundo las especies y toda la materia que conocemos se conforma de partículas, éstas contienen protones, electrones y neutrones; dentro de ellos tienen quarks, ¿pero qué hay dentro de los quarks? La teoría de las cuerdas, es la unión de las teorías científicas actuales. En resumen, la relatividad general postulada por Albert Einstein, es aplicable a los elementos más grandes como estrellas o planetas; y la mecánica cuántica que se enfoca a las partes pequeñas como las partículas subatómicas.

Esta teoría aplica a más allá de los quarks, dentro de ellas hay muchos filamentos de energía que en comparación, un quark vendría siendo nuestro sistema solar, y un filamento sería un árbol cualquiera. Por lo tanto si todo está hecho de materia todo se resume en pequeñas fibras de energía o cuerdas. Los científicos consideran los filamentos como movimientos más completos, complementando las teorías existentes. Como en las guitarras, el movimiento oscilatorio de las partículas es como las notas de una escala armónica que se toca con una única cuerda.

Para poder aplicar de manera efectiva, se necesitaría de más elementos como otras dimensiones para que las fibras tuvieran un mayor desplazamiento. Hasta hace algunos años eso era un problema, pero ahora existe un complemento que es la teoría M la cual postula que para que sea más verídico el comportamiento vibratorio y sus desplazamientos es necesario tener más de las 4 dimensiones que conocemos, las cuales son: X, Y, Z y tiempo; se necesitarían otras 7 dimensiones las cuales son invisibles como la gravedad.

Si se usara una de las dimensiones que se cataloga como invisible, en comparación con las demás, nuestro universo está alojada como un espacio alterno, y es ahí donde se considera que es posible que exista un mundo paralelo al de nosotros; como ejemplo las cuerdas pueden obtener suficiente energía como para volverse una membrana flotante. Nuestro universo existe entonces en estos tejidos, y a su vez hay otros universos en otras membranas.

Referencias:

Hawking, S. & Mlodinow, L. (2010). El Gran Diseño. Barcelona, España: CRÍTICA.
Hawking, S. & Mlodinow, L. (2005). Brevísima historia del tiempo. Barcelona, España: CRÍTICA.
Reina, D., M. (2007). “La física pende de una cuerda”. ¿cómoves?, México.
Alonso, L.. (20 septiembre, 2012). En busca de la Teoría M. 08 Octubre, 2015, de Cosmo Noticias Sitio web: http://www.cosmonoticias.org/en-busca-de-la-teoria-m/