El universo elegante (73 page)
Aunque desde un punto de vista tecnológico estamos ligados a la Tierra y a sus vecinos más próximos del sistema solar, mediante el poder del pensamiento y la experimentación hemos sondeado a largo alcance la extensión del espacio, tanto interior como exterior. En particular durante los últimos cien años, el esfuerzo colectivo de numerosos físicos ha revelado algunos de los secretos mejor guardados de la naturaleza. Además, una vez revelados, estas joyas explicativas han abierto la visión hacia un mundo que creíamos conocer, pero cuyo esplendor ni siquiera habíamos llegado a imaginar. Un indicador de lo profunda que es una teoría física sería la medida en que esta teoría plantea serios desafíos a ciertos aspectos de nuestra visión del universo que anteriormente nos parecían inmutables. Utilizando este indicador, la mecánica cuántica y las teorías de la relatividad tienen una profundidad que va más allá de las expectativas más ambiciosas que haya podido tener cualquiera: las funciones de onda, las probabilidades, el efecto de túnel cuántico, las fluctuaciones energéticas incesantes del vacío, la dependencia mutua del espacio y el tiempo, el carácter relativo de la simultaneidad, el alabeo de la estructura del espacio-tiempo, los agujeros negros, el
big bang
¿Quién se hubiera imaginado que la perspectiva newtoniana intuitiva, mecánica y determinista se convertiría en algo tan completamente pueblerino, que existía todo un mundo nuevo y sorprendente justo debajo de la apariencia de las cosas como se las percibe corrientemente?
Pero, incluso estos descubrimientos que hacen que los paradigmas se sacudan, son sólo una parte de una historia más amplia que lo abarca todo. Con una fe sólida en que las leyes de lo grande y de lo pequeño encajan unas con otras en un todo coherente, los físicos persiguen incesantemente la escurridiza teoría unificada. La búsqueda no ha terminado, pero mediante la teoría de las supercuerdas y su evolución para dar lugar a la Teoría-M, ha surgido finalmente un convincente marco en el que se fusionan la mecánica cuántica, la relatividad general, las fuerzas nucleares fuerte y débil y la fuerza electromagnética, y son monumentales los desafíos que estos avances plantean al modo de ver el mundo que teníamos anteriormente: bucles de cuerdas y glóbulos oscilantes, uniendo toda la creación en patrones vibratorios que se ejecutan meticulosamente en un universo en el que hay numerosas dimensiones escondidas capaces de experimentar contorsiones extremas en las que su estructura espacial se rasga y luego se repara por sí misma. ¿Quién podría haber adivinado que la fusión de la gravedad y de la mecánica cuántica en una teoría unificada de toda la materia y todas las fuerzas produciría una revolución así en nuestra manera de entender cómo funciona el universo?
No hay duda de que hay sorpresas aún mayores que nos están esperando mientras continuamos buscando una comprensión plena, tratable mediante cálculos de la teoría de supercuerdas. A través de los estudios realizados sobre la Teoría-M, hemos vislumbrado ya un dominio nuevo y extraño del universo que está oculto más allá de la longitud de Planck, posiblemente uno en el que no existe noción del tiempo o del espacio. En el extremo opuesto, hemos visto también que nuestro universo puede ser meramente una de las innumerables burbujas espumantes en la superficie de un océano cósmico vasto y turbulento, llamado multiverso. Estas ideas son por el momento motivo de especulación, pero puede que presagien el próximo salto en nuestra compresión del universo.
Cuando dirigimos la vista al futuro e intuimos todas las maravillas que puede almacenar todavía para nosotros, deberíamos también mirar hacia atrás y maravillarnos ante ese viaje que nos ha traído tan lejos. La búsqueda de las leyes fundamentales del universo es un drama específicamente humano, que ha hecho que la mente se ensanche y ha enriquecido el espíritu. La viva descripción que hizo Einstein de sus propias indagaciones para comprender la gravedad —«dos años de búsqueda ansiosa en la oscuridad, con intenso anhelo, alternando momentos de confianza y de agotamiento, y la salida por fin a la luz»
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— puede seguramente abarcar todos los esfuerzos humanos. Todos somos, cada uno a su manera, buscadores de la verdad y cada uno de nosotros puede ansiar una respuesta a la cuestión que plantea por qué estamos aquí. En nuestra escalada colectiva de la montaña del conocimiento, cada generación se apoya firmemente en los hombros de la anterior, buscando valerosamente la cima. No podemos predecir que alguno de nuestros descendientes vaya algún día a disfrutar del panorama que se ve desde la cumbre y pueda contemplar el vasto y elegante universo con una perspectiva de claridad infinita. Sin embargo, en la medida en que cada generación asciende en su escalada un poco más arriba, comprendemos la afirmación de Jacob Bronowski: «En toda época hay un momento decisivo de cambio, un nuevo modo de buscar y aseverar la coherencia del universo».
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Y, viendo que nuestra generación se maravilla ante nuestra nueva visión del universo —nuestro nuevo modo de aseverar la coherencia del universo— sabemos que estamos cumpliendo con nuestro deber, aportando nuestro peldaño a la escalera humana para alcanzar las estrellas.
A
celeración.
Cambio en la velocidad o la dirección de un objeto. Véase también
velocidad
.
Acelerador.
Véase
acelerador de partículas
.
Acelerador de partículas.
Aparato para dar impulso a las partículas acelerándolas hasta una velocidad cercana a la de la luz y haciéndolas chocar entre sí violentamente con el fin de comprobar la estructura de la materia.
Agujero Multidimensional.
Generalización del agujero que se encuentra en una «rosquilla» en versiones de dimensión superior.
Agujero negro.
Objeto cuyo inmenso
campo
gravitatorio atrapa cualquier cosa, incluso la luz, que se le acerque demasiado (a una distancia menor que el
horizonte de sucesos
del agujero negro).
Agujero negro sin masa.
En la teoría de cuerdas, un tipo especial de
agujero negro
que puede tener inicialmente una gran masa, pero que se vuelve cada vez más ligero a medida que una porción de
Calabi-Yau
del espacio se contrae. Cuando esa porción de espacio se ha contraído hasta convertirse en un punto, el agujero negro ha perdido la masa que inicialmente tenía y ya no tiene nada de masa. En este estado, no manifiesta las propiedades habituales del agujero negro, como es el poseer un
horizonte de sucesos
.
Agujeros negros extremados.
Agujeros negros
dotados de la cantidad máxima de
carga de fuerza
que es posible para una masa total determinada.
Amplitud.
La altura máxima del pico o cresta de una onda, o la profundidad máxima del seno de una onda.
Antimateria.
Materia que tiene las mismas propiedades gravitatorias que la materia ordinaria, pero con una carga eléctrica opuesta, así como
cargas de fuerza
nuclear opuestas.
Antipartícula.
Partícula de la
antimateria
.
ATB.
Acrónimo de «after the bang» («después de la explosión»); habitualmente utilizado en referencia al tiempo transcurrido desde el
big bang
.
Átomo.
Bloque fundamental constituyente de la materia, que consiste en un
núcleo
(que contiene
protones
y
neutrones
) y un enjambre de
electrones
que describen órbitas en torno a dicho núcleo.
B
ibrana.
Véase
brana
.
Big bang (Gran explosión).
Teoría aceptada actualmente según la cual el universo en expansión comenzó a existir hace unos 15 mil millones de años a partir de un estado en el que la energía, la densidad y la compresión eran enormes.
Big crunch (Gran crujido).
Un futuro hipotético para el universo en el que se detiene la expansión actual, se invierte, y tiene como resultado que todo el espacio y toda la materia se reúnen para colapsarse; es el proceso inverso del
big bang
.
Bosón.
Una partícula, o un patrón de vibración de
cuerdas
, cuyo
espín
es un número entero; es un ejemplo típico de
partícula mensajera
.
Bosón gauge débil.
Paquete mínimo del
campo de fuerza nuclear débil
;
partícula mensajera
de la
fuerza nuclear débil
; llamado bosón W o bosón Z.
Bosón W o Z.
Véase
bosón gauge débil
.
Brana.
Cualquiera de los objetos extendidos que aparecen en la
teoría de cuerdas
Una unibrana es una
cuerda
, una bibrana es una membrana, una tribrana tiene tres dimensiones extendidas, etc. En general, una p-brana tiene
p
dimensiones espaciales.
C
ampo, Campo de fuerza.
Desde una perspectiva
macroscópica
, el medio a través del cual una fuerza transmite su influencia; un campo se define mediante un conjunto de números en cada punto del espacio que reflejan la intensidad y la dirección de la fuerza en ese punto.
Campo electromagnético.
Campo de fuerza de la
fuerza electromagnética
, consistente en líneas de fuerza eléctricas y magnéticas en todos los puntos del espacio.
Carga.
Véase
carga de fuerza
.
Carga de fuerza.
Propiedad de una partícula que determina cómo responde dicha partícula a la acción de una fuerza concreta. Por ejemplo, la carga eléctrica de una partícula determina cómo responde ésta ante la
fuerza electromagnética
.
Cero Absoluto.
La temperatura más baja posible: aproximadamente –273 grados Celsius o 0 en la escala Kelvin.
Chiral, Chiralidad.
Característica de la física de las partículas fundamentales que distingue la derecha de la izquierda, demostrando que el universo no tiene una simetría izquierda-derecha completa.
Claustrofobia cuántica.
Véase
fluctuaciones cuánticas
.
Condiciones iniciales.
Datos que describen el estado inicial de un sistema físico.
Constante cosmológica.
Una modificación de las ecuaciones originales de la
relatividad general
, que justifica la existencia de un universo estático; se puede interpretar como una densidad de energía constante del vacío.
Constante de acoplamiento.
Véase
constante de acoplamiento de cuerdas
.
Constante de acoplamiento de cuerdas.
Un número (positivo) que determina cómo es la probabilidad de que una
cuerda
dada se escinda en dos cuerdas o de que dos cuerdas se unan formando una sola —los procesos básicos de la
teoría de cuerdas
—.Cada teoría de cuerdas tiene su propia constante de acoplamiento de cuerdas, cuyo valor debe ser determinado mediante una fórmula; por ahora estas fórmulas no se comprenden lo suficiente como para obtener de ellas información útil. Las constantes de acoplamiento que sean menores que 1 implican que son válidos los
métodos perturbativos
.
Constante de Planck.
Se expresa mediante el símbolo ħ. La constante de Planck es un parámetro fundamental de la
mecánica cuántica
Determina el tamaño de las unidades discretas de energía, masa,
espín
, etc., mediante las cuales se realiza la partición del mundo microscópico. Su valor es 1.05 × 10
–27
gramos-centímetros
2
/segundo.
Contracción de Lorentz.
Fenómeno que surge a partir de la
relatividad especial
, en el que un objeto en movimiento se acorta a lo largo de la dirección de dicho movimiento.
Cromodinámica cuántica (Quantum chromodynamics: QCD).
Teoría relativista cuántica de campos
de la
fuerza nuclear fuerte
y de los
quarks
en la que interviene la
relatividad especial
.
Cuantos.
Unidades físicas mínimas en las que se puede dividir cualquier cosa, según las leyes de la mecánica cuántica. Por ejemplo, los fotones son los cuantos del campo electromagnético.
Cuerda.
Objeto unidimensional básico que es el ingrediente esencial de la
teoría de cuerdas
.
Cuerda abierta.
Tipo de
cuerda
con dos extremos libres.
Cuerda cerrada.
Un tipo de
cuerda
que forma un bucle.
Curvatura.
Desviación de un objeto, del espacio, o del
espacio-tiempo
, con respecto a una forma
plana
y, por lo tanto, con respecto a las reglas de la geometría codificada por Euclides.
D
ébilmente acoplado.
Teoría cuya
constante de acoplamiento de cuerdas
es menor que 1.
Determinismo cuántico.
Propiedad de la
mecánica cuántica
según la cual el conocimiento del estado cuántico de un sistema en un momento dado determinaría completamente su estado cuántico en momentos pasados y futuros. El conocimiento del estado cuántico, sin embargo, determina sólo la probabilidad de que se dé realmente en el futuro un estado u otro.
Determinismo Laplaciano.
Concepción del universo como un mecanismo de relojería en el que el conocimiento completo del estado del universo en un momento dado determina totalmente su estado en cualquier momento futuro o pasado.
Dilatación del tiempo.
Fenómeno que surge de la
relatividad especial
, donde el flujo del tiempo se vuelve más lento para un
observador
que esté en movimiento.
Dimensión.
Eje o dirección independiente en el espacio o en el
espacio-tiempo
El espacio intuitivamente perceptible que nos rodea tiene tres dimensiones (izquierda-derecha, adelante-atrás, arriba-abajo) y el espacio-tiempo que intuimos tiene cuatro (los tres ejes anteriores más el eje pasado-futuro).La
teoría de supercuerdas
exige que el universo tenga dimensiones espaciales adicionales.
Dimensión arrollada.
Una
dimensión
espacial que no tiene una extensión espacial grande observable; una dimensión espacial que está arrugada, enrollada o arrollada, dando así un tamaño muy pequeño, con lo cual escapa a una detección directa.
Dimensión extendida.
Dimensión
espacial (y del
espacio-tiempo
) que es grande y directamente perceptible; una dimensión con la que estamos normalmente familiarizados, al contrario de lo que sucede con una
dimensión arrollada
.
Dual, Dualidad, Simetrías de dualidad.
Situación en la que dos o más teorías parecen ser completamente diferentes, pero en realidad dan lugar a consecuencias físicas idénticas.
Dualidad fuerte-débil.
Situación en la que una teoría
fuertemente acoplada
es
dual
—idéntica físicamente— de una teoría diferente
débilmente acoplada
.
Dualidad onda-partícula.
Característica básica de la
mecánica cuántica
, según la cual los objetos poseen propiedades tanto de ondas, como de partículas.
E
cuación de Klein-Gordon.
Ecuación fundamental de la
teoría relativista cuántica de campos
.
Ecuación de Schrödinger.
Ecuación que rige la evolución de las ondas de probabilidad en la mecánica cuántica.
Efecto de túnel cuántico.
Fenómeno que se da en la mecánica cuántica según el cual los objetos pueden atravesar barreras que deberían ser impenetrables según las leyes clásicas de la física de Newton.
Efecto fotoeléctrico.
Fenómeno en el que los
electrones
son expelidos de una superficie metálica cuando la luz incide sobre ella.
Electrodinámica cuántica (Quantum electrodynamics: QED).
Teoría
relativista de campos cuánticos
de la fuerza electromagnética y de los
electrones
en la que interviene la
relatividad especial
.
Electrón.
Partícula con carga negativa; lo típico es encontrarla describiendo órbitas alrededor del núcleo de un
átomo
.
Energía de bobinado.
Energía que contiene una
cuerda
enrollada alrededor de una
dimensión
circular del espacio.
Energía de Planck.
Alrededor de 1.000 horas de kilovatio. La energía necesaria para comprobar distancias tan pequeñas como la
longitud de Planck
La energía que suele tener una
cuerda
que vibra en la
teoría de cuerdas
.
Entropía.
Medida del desorden en un sistema físico; el número de reordenaciones de los elementos constituyentes de un sistema que deja intacta la apariencia global de dicho sistema.
Entropía del agujero negro.
Entropía
contenida dentro de un
agujero negro
.
Esfera.
La superficie que rodea una pelota. La superficie de una familiar pelota tridimensional tiene dos dimensiones (las cuales pueden ser etiquetadas por dos números tales como «latitud» y «longitud», como en la superficie de la Tierra).El concepto de esfera, no obstante, se aplica más generalmente a pelotas y por ende a sus superficies, en cualquier número de dimensiones. Una esfera unidimensional es un nombre elegante para un círculo; una esfera cerodimensional son dos puntos (como se explica en el texto).Una esfera tridimensional es difícil de describir; es la superficie de una pelota de cuatro dimensiones.
Esfera bidimensional.
Véase
esfera
.
Esfera cerodimensional.
Véase
esfera
.
Esfera tridimensional.
Véase
esfera
.
Espacio o forma de Calabi-Yau.
Un espacio (una forma) donde las dimensiones espaciales adicionales que requiere la
teoría de cuerdas
se pueden
arrollar
, en coherencia con las ecuaciones de la teoría.
Espacio-tiempo.
Unión del espacio y el tiempo que surge inicialmente de la
relatividad especial
.Se puede considerar como el «tejido» con el cual está confeccionado el universo; constituye el escenario dinámico dentro del cual tienen lugar los sucesos.
Espín.
Versión mecánico-cuántica de la noción más conocida de ímpetu angular; las partículas tienen una cantidad intrínseca de espín, que es un número entero o la mitad de un número entero impar (en múltiplos de la
constante de Planck
), y que nunca cambia.
