Compton Lectures I
Saludos a todos. Este post es el primero de una serie en la que nos proponemos (=os propongo) ir echandoles un vistazo a las notas divulgativas que estan apareciendo dentro bajo el titulo String Theory: With a View Towards Reality en el ciclo semestral de divulgacion en Fisica de la Universidad de Chicago.
El metodo propuesto es el siguiente. Cada semana nos vamos leyendo las parte de las notas que corresponden, colgamos un resumen en forma de post, y durante el resto de la semana se discuten ideas, implicaciones, descripciones y cualquier otra cosa que se le ocurra a uno a la vista del contenido de las charlas. Para dar ejemplo, empiezo yo colgando un resumen de la charla de la primera semana. Para no abusar del estilo indirecto, ire contando tal cual vienen las que a mi me parecen las ideas fundamentales de dichas notas. Ni que decir tiene que lo que venga a continuacion no tiene por que reflejar las opiniones personales del trasncriptor (usease, yo) al respecto. Pero eso es harina de otro costal. Asi que al toro, que es gerundio:
Charla I: Cuatro probelmas en Fisica Teorica
Es una creencia ampliamente aceptada en Fisica Moderna que hoy dia hemos identificado la totalidad de las fuerzas existentes en la naturaleza: el electromagnetismo, las fuerzas nucleares fuerte y debil, y la gravedad. Las tres primeras se pueden describir dentro de lo que conoce como "El Modelo Standard", uno de los modelos fisicos mas robustos jamas construidos, y que describe con una precision asombrosa una gran cantidad de fenomenos de naturaleza cuantica. A escalas mas grandes, la Teoria de la Relatividad General de Einstein describe el comportamiento de la fuerza gravitatoria mediante un exquisito modelo de astrofisica y cosmologia, siendo el mayor exponente alcanzado por esta teoria el desarrollo de la "Teoria del BigBang", que combina los modelos anteriores para dar una posible explicacion acerca de como podrian haberse formado muchas de las estructuras que observamos hoy dia en el Universo.
Sin embargo, existen numerosos fenomenos que permanecen sin explicar por estas teorias, y previsiblemente nuevo fenomenos aun sin observar apareceran en el futuro. El objetivo de estas charlas es describir una teoria fisica, a la vez elegante y complicada, y aun sin verificacion experimental. En esta primera charla justificaremos la aparicion de esta teoria mencionando cuatro problemas en fisica teorica que los demas modelos fisicos han sido hasta el momento incapaces de resolver:
- Por que se amalgaman los quarks? Es decir, por que no se observa nunca en la naturaleza un quark en solitario, sino que siempre los encontramos en grupos de dos o tres?
- Que es la Gravedad Cuantica, y como podemos modelizarla?
- Que es la energia oscura?
- Que es la materia oscura?
La teoria de cuerdas aparecio en 1968 como un intento de resolver el primero de estos problemas, caundo Gabriele Veneziano formulo la respuesta a cierto problema de dispersion de dos particulas. Su solucion tenia determinadas prpiedades que la hacian especialmente atractiva, pero no contaba con ningun fundamento fisico que explicara sus formulas. Lenny Suskind , en 1970, mostro que modelizando cada pareja de quarks mediante un objeto 1-dimensional (cuerda) vibrante, podia recuperar las formulas de Vneziano. Sin embargo, mientras que esta nueva teoria coincidia con determinadas observaciones experimentales, entraba en fuertes discordancias con notras muchas, lo cual relego la teoria de cuerdas a un rincon de la fisica teorica, hecho agravado cuando en 1973 se formulo la teoria de la Cromodinamica Cuantica, identificada como la teoria "correcta" para describir a los quarks (hablaremos de esta teoria mas adelante). La teoria de cuerdas permanecio fuera de las lineas principales de investigacion hasta 1984, cuando John Schwarz y Michael Green demostraron que la teoria de cuerdas contenia una teoria consistente de gravitacion cuantica. Green y Schwarz tambien demostraron que cuando su teoria se describia en un espacio de 10 dimensiones, esta teoria de gravitacion cuantica era (casi) la unica posible.
El hecho de que la teoria de cuerdas necesitara 10 dimensiones en lugar de las 4 habituales (3 espaciales, 1 temporal) se consideraba en aquellas fechas un impedimento tecnico que se podria resolver sin mucha tardanza. De hecho, tecnicamente resulta sencillo resolver este problema: basta colapsar las dimensiones adicionales hasta que no sean observables. Sin embargo, existen numerosas maneras (no equivalentes) de llevar a cabo este colapso, lo cual echa a perder la unicidad de la que hablabamos en el contexto 10-dimensional. Este problema se conoce como el "problema de seleccion del vacio" y basicamente se encuentra hoy dia en el mismo estado en el que estaba hace 20 anyos.
Dado que este inconveniente pone en entredicho la unicidad de la gravitacion cuantica, por que deberiamos molestarnos en estudiar teoria de cuerdas? Bien, de momento, aunque no proporcione un modelo unico, sigue siendo una teoria que incluye todas las fuerzas de la naturaleza. Esto es una afirmacion un poco a la ligera, ya que a primera vista no se observa que describa mas que la fuerza gravitatoria. Lo cierto es que contiene el mismo tipo de modelo que aquel con el que se describen el resto de las fuerzas, pero la cuestion de si ese "mismo tipo" es exactamente el que se necesita vuelve a llevarnos al problema de seleccion del vacio, ya que los detalles de ese modelo se codifican en los detalles de las 6 dimensiones extra que tenemos que colapsar para recuperar el espacio tiempo clasico.
15 anyos despues, el tercer problema (la energia oscura) surgio a la vista de ciertos experimentos en astrofisica, en los que se observo que determinadas supernovas estaban mas lejos de lo esperado al aplicar los modelos tradicionales. Este fenomeno quedaba explicado asumiendo la existencia de una cierta forma de anti-gravedad, a la que se denomino energia oscura que aleja a los objetos del universo unos de otros. Esto nos conduce al mismo centro del modelo del BigBang, que predice que despues de la explosion que da origen al Universo como lo conocemos, la atraccion gravitatoria de todos los objetos va ralentizando el proceso de expansion del universo. Dependiendo de cuanta materia/energia haya en el Universo, puede ocurrir que el universo se colapse sobre si mismo (Big Crunch) o bien que continue expandiendose indefinidamente. La observacion de las supernovas sugeria que la velocidad de expansion del universo en realidad se estaba incrementando!
Con esto aterrizamos en otro problema clasico, el de la constante cosmologica, que viene a tratar con la no existencia de la energia oscura. Asi que ahora este problema tiene que detallarse mas: De donde procede exactamente esa energia oscura, y por que es tan ridiculamente pequenya. Como veremos mas adelante, los investigadores en teoria de cuerdas estan divididos entre los que piensan que la teoria de cuerdas puede explicar esta situacion y lo que opinan que no.
El cuarto y ultimo problema, el de la materia oscura, es en realidad mas viejo que los demas. En 1930 Zwicky y Oort, estudiando la rotacion de las galaxias espirales, concluyeron que dentro de dichas galaxias tenia que existir mas materia de lo que las teorias convencionales podian predecir. En los anyos sucesivos se encontraron mas ejemplos de situaciones en las que habia "materia desaparecida". Los experimentos en cosmologia actual sugieren que aproximadamente el 23% de la materia del universo pertenece a esta clase de materia inobservable.
Se abre sesion de preguntas, comentarios, ideas, cotilleos, referencias y lo que os paetezca...
vengoroso - Algo de ciencia
seis comentarios:
No hay mucho que añadir, de momento parece todo bastante introductorio – incluso para un profano. El punto que más me ha llamado la atención, con todo, es el siguiente:
“Sin embargo, existen numerosos fenomenos que permanecen sin explicar por estas teorias, y previsiblemente nuevo fenomenos aun sin observar apareceran en el futuro.”
Desde un punto de vista de filosofía de la ciencia, me intriga cómo un marco teórico o de interpretación puede relacionarse con otro para ampliar su alcance fenomenológico. ¿Las teorías seguirán siempre así o cambiarán para poder explicar los nuevos fenómenos? ¿Se desecharán algunas cosas para ganar otras o se intentará incluir todo en cada nuevo paso? ¿Es epistemológicamente posible una Grand Unified Theory?
Esta y otras preguntas después de la breve pausa de publicidad :D
Algernon (URL) - 26 04 06 - 21:59
Muy buena propuesta, aprovecharé para aprender algo.
Yo voy a destacar otro punto: “El objetivo de estas charlas es describir una teoria fisica, a la vez elegante y complicada, y aun sin verificacion experimental”
Este tipo de teorías sin verificacón experimental son fascinantes, pueden pasar muchos años como esa teoría que no ha podido ser verificada hasta que un día…¡Eureka! Alguien comprueba que es cierta o, en el peor de los casos, que es muy elegante pero tan ridícula como un Gollum doctor.
putobecario (URL) - 27 04 06 - 01:06
Algernon: Depende de las teorias viejas y de las nuevas. Alguna teorias que resultan ser filosoficamente incorrectas (como el modelo ptolemaico del sistema solar) se desechan sin mas. Otras, simplemente se hacen mas precisas (por ejemplo, la teoria de Gravitacion Universal de Newton se recupera en velocidades pequenyas a partir de la Teoria de la Relatividad General de Einstein) pero se siguen considerando validas en los fundamentos. Supongo que en el futuro pasara lo mismo con las teorias actuales. Respecto a la posibilidad de las GUT, muchos eminentes fisicos creen que si (Stephen Hawkings, sin ir mas lejos). A mi me parece otro acto de antropocentrismo pensar que todo el universo es descriptible en terminos matematicos que, a la postre, son nada mas (y nada menos) que otro invento humano.
PBecario: Fascinantes, hasta cierto punto. Hay quien anda muy quemado con el hecho de que se hayan destinado tantos recursos a una investigacion que no tiene verificacion posible, ni trazas de tenerla en el futuro. Te remito al (segundo) comentario de John Baez que citaba aqui:
http://ende.cc/bk2/pivot/entry.php?id=17..
vengoroso (URL) - 28 04 06 - 12:17
Precisamente esa es la parte que me parece más fascinante (podemos sustituir fascinar por engañar, alucinar,ofuscar), en la mayoría de los casos esas teorías o se quedan sin verificar o se verifican incorrectas pero eso si, son elegantes. Aquí parece que nos van a vender una teoría sin verificación pero ya nos dicen que es elegante lo que me da una idea de lo difícil que va a ser su demostración.
Muy acertado el comentario de John Baez.
putobecario - 29 04 06 - 14:16
A mí lo que me haría gracia es que la gravedad no se comportara como creemos que lo hace. Este artículo(http://100cia.com/divulgacion/_que_les_esta_pasando_a_las_pioneer__565.html) en 100cia.com (http://100cia.com) me llamó la atención:
¿Qué les está pasando a las Pioneer?
Por Félix Ares de Blas.- Las naves Pioneer están 400.000 kilómetros más cerca de lo que indican los cálculos matemáticos. ¿Qué está ocurriendo? ¿La teoría General de la Relatividad está mal? ¿Hemos encontrado una prueba de la materia oscura que puede estar acelerando la expansión del universo?, ¿o tal vez se trate de que nuestros cálculos de a ubicación y masa del cinturón de Kuiper son incorrectos?
Las naves Pioneer 10 y 11 fueron lanzadas con 13 meses de diferencia. La primera en 1972 y la segunda en 1973. Enviaron sus últimos mensajes en los años 1995 y 2003 respectivamente. Hoy la misión se considera acabada, pero en la etapa final de su vida nos dejaron un extraño enigma: las naves iban más despacio de lo calculado. Mientras tuvieron combustible, se ajustaba su velocidad y su rumbo automáticamente, por lo que no se notó nada extraño. Pero cuando éste se acabó, las naves quedaron sometidas únicamente a las fuerzas gravitatorias de los diferentes objetos del Sistema Solar.
Entonces empezaron las anomalías. Sus últimos mensajes las situaban 400.000 kilómetros (más que la distancia de la Tierra a la Luna) más cerca de donde debían estar. ¿Qué estaba ocurriendo?
Las naves llevaban un transmisor que permitía calcular su velocidad desde la Tierra gracias al efecto Doppler (el de las sirenas de las ambulancias, que al acercarse se oyen más agudos y al alejarse más graves). Cuando se acabó el combustible y las naves empezaron a moverse únicamente por su propia inercia y por la gravedad de los objetos del sistema solar, se vio que iban más despacio. Algo así cómo si la gravedad allí fuera más grande de lo calculado. Aunque no mucho, cualquier anomalía en la gravedad haría tambalearse la Teoría general de la Relatividad de Einstein, que ha sido probada durante los últimos 100 años.
Estefanía (URL) - 09 05 06 - 22:00
Aunque ahora voy y me leo estas cosas con retraso, comento igualmente.
He estado leyendo las notas de las conferencias y me ha gustado el hecho de que son bastante comprensibles, que tienen de verdad intención divulgativa. La contraparte de eso es que no pueden entrar en los detalles interesantes y que la mayor parte consiste en ver qué cosas se consideran explicadas hoy en día y cuáles no, así como la relación de unas teorías con otras. En cualquier caso, las preguntas que se plantean son fascinantes…
Voy a seguir leyendo el resto de resúmenes y comento un par de cosas.
Corleone (URL) - 16 06 06 - 02:00
Un trackback:
Compton Lectures
BK2 es un blog que suele enlazarle las chorradas que yo pongo en mi blog, yo voy a enlazarles “cosas serias” en concreto una serie de interesantes articulos (cinco hasta ahora) titulados Compton Lectures. Como veís salgo ganando.
Pero mejor…
Enviado el 25 05 06 - 05:01 , via Campanilla
Trackback link: