La teoría del campo unificado

A mediados del siglo XIX, se conocían cuatro fenómenos visibles a través del vacío. A saber:

  1. gravitación
  2. luz
  3. atracción y repulsión eléctrica y
  4. la atracción y repulsión magnéticas.

Estos fenómenos podían ser estudiados y observados de manera independiente, ya que no poseían ninguna conexión entre sí. Sin embargo, entre 1864 y 1873 el físico teórico escocés J. Clerk Maxwell analizó matemáticamente los fenómenos eléctricos y magnéticos. En ciertas relaciones básicas las “ecuaciones de Maxwell” describían tanto los fenómenos eléctricos como los magnéticos y demostraban una dependencia entre ellos.

De hecho, no existía ningún efecto eléctrico que no fuese acompañado de un determinado efecto magnético, y recíprocamente no existían sucesos magnéticos sin mediar de alguna manera los eléctricos. Se comenzó a hablar entonces de un “campo electromagnético”, que se extendía a través del vacío y que, por contacto, influía sobre los cuerpos de acuerdo con la intensidad del campo en ese punto del espacio.

Maxwell demostró también que haciendo oscilar de manera regular a este campo se originaba una radiación que se alejaba de la fuente de oscilación a la velocidad de la luz en todas direcciones. La luz propiamente dicha era una de esas “radiaciones electromagnéticas” y Maxwell predijo la existencia de formas de luz con longitudes de onda mucho más pequeñas y mucho más grandes que la de la luz ordinaria. Esas otras formas de luz fueron descubiertas a lo largo de los veinte años siguientes, y hoy día se habla de todo un “espectro electromagnético”.

De éste modo, de los cuatro fenómenos obserbables mencionados al principio de éste artículo, tres de ellos se podían fundir en un único campo – (electricidad, magnetismo y luz) – Sin embargo, las explicaciones teóricas existentes aún dejaban afuera el efecto de la gravedad.

Los descubrimientos de Maxwell redujeron los axiomas a solo dos campos independientes, El campo electromagnético y el campo gravitatorio.

Es un sentimiento maravilloso el descubrir las características unificadoras de un complejo de fenómenos diversos que parecen totalmente desconectados en la expreciencia directa de los sentidos.

Albert Einstein, 1901

Los físicos, sin embargo, soñaban con la unificación de éstos fenómenos ya que sería mucho mejor que hubiese un solo campo y fue así como surgió la idea de una “teoría del campo unificado”. Uno de los impulsores de ésta nueva gran teoría sería nada menos que Albert Einstein, quien por ese momento era asesor científico de la Marina.

Partiendo de su teoría de la relatividad general, para describir la gravedad, y de la teoría de Maxwell para el electromagnetismo, Einstein buscó una teoría unificada más amplia, que integrase ambas fuerzas. Cuando Einstein hacía esto, aún se sabía muy poco de las fuerzas débil y fuerte, fuerzas consideradas hoy tan fundamentales como la gravedad y el electromagnetismo.

A partir de allí, una serie de descubrimientos lograrían relacionar algunas de las fuerzas electromagnéticas y gravitatorias, aunque las ecuaciones obtenidas no permitieron la generalización para todas las fuerzas fundamentales.

Después de 1935 se descubrieron dos nuevos tipos de campo que sólo afectan a las partículas subatómicas y, además, sólo a distancias inferiores a un diámetro de un núcleo atómico. Son la “interacción nuclear fuerte” y la “interacción nuclear débil”.

Se cree que uno de los experimentos relacionados con interacción de éstas fuerzas, en la búsqueda por la Teoría de un campo unificado, fueron las pruebas realizadas al buque D. E. 173, en el llamado Experimento Filadelfia.

Las Fuerzas Fundamentales en la actualidad

En la actualidad, los científicos intentan demostrar que todas estas fuerzas fundamentales, aparentemente diferentes, son manifestaciones, en circunstancias distintas, de un modo único de interacción. El término “teoría del campo unificado” engloba a las nuevas teorías en las que dos o más fuerzas fundamentales aparecen como si fueran básicamente idénticas.

La teoría de la gran unificación intenta unir en un único marco teórico las interacciones nuclear fuerte y nuclear débil, y la fuerza electromagnética. Esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso de ser comprobada. La teoría del todo es otra teoría de campo unificado que pretende proporcionar una descripción unificada de todas las fuerzas fundamentales.

La contribución del LHC

El trabajo de Higgs se entrelazaba con uno de los conceptos más importantes de la física: la simetría. El problema en la década de los 60 era que las teorías básicas de las partículas eran demasiado simétricas. Los físicos tenían que encontrar algo que pudiera romper esta simetría y permitir que las partículas adquirieran peso.

La supersimetría se refiere a la “gran danza” de partículas en el universo. Conocemos una docena de partículas subatómicas, con nombres exóticos como quark, leptón y neutrino. Cada partícula tiene una pareja supersimétrica; el problema es que sólo podemos ver a una de cada par: las “otras significantes” se mantienen invisibles. Si el LHC confirma la supersimetría, contribuirá a que los científicos avancen hacia el objetivo final de formular una teoría unificada de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, en particular la gravedad, que actualmente queda fuera del ámbito de las fuerzas conocidas al nivel cuántico de las partículas subatómicas

Viajes en el tiempo

Albert EinsteinEl gran científico del siglo 20, Albert Einstein, desarrolló una teoría denominada Relatividad Especial. Las ideas de la Relatividad Especial son muy difíciles de imaginar porque no son cosas que experimentamos en la vida diaria, pero los científicos las han confirmado. Esta teoría dice que el espacio y el tiempo son realmente aspectos de la misma cosa: del tiempo espacial. Hay un límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo para cualquier cosa que viaje a través del tiempo espacial, y la luz siempre viaja al límite de velocidad.

La Relatividad Especial también dice que ocurre algo interesante al movernos a través del tiempo espacial, especialmente cuando tu velocidad relativa a otros objetos es cercana a la velocidad de la luz. El tiempo pasa más lentamente para ti que para las personas que has dejado atrás. No observarás este efecto hasta que regreses a esas personas estacionarias.

Digamos que tenías 15 años de edad cuando abandonaste la Tierra en una nave espacial viajando a aproximadamente el 99.5% de la velocidad de la luz, que es mucho más rápido de lo que podemos lograr hoy en día, y celebraste sólo cinco cumpleaños durante tu viaje espacial. Cuando llegues a casa a los 20 años de edad, ¡encontrarás que todos tus compañeros de clase tienen 65 años de edad, están jubilados y disfrutando de sus nietos!

En cierto sentido, esto significa que has estado viajando en el tiempo. Habrás experimentado sólo cinco años de vida, mientras que tus compañeros de clase habrán experimentado 50 años enteros. Esta es una manera de viajar al futuro a una velocidad mayor que 1 hora por hora.

Los viajes en el tiempo de cierto tipo también ocurren para los objetos dentro de campos gravitacionales. Einstein tenía otra teoría asombrosa denominada Relatividad General, que predice que el tiempo pasa más lentamente para los objetos en campos gravitacionales (como aquí en la Tierra) que para los objectos lejanos de tales campos. De modo que existen todo tipo de distorsiones del tiempo cerca de los agujeros negros, donde la gravedad puede ser muy intensa.

RelatividadEn los últimos años, algunos científicos han usado estas distorsiones en el tiempo espacial para pensar de posibles maneras en que podrían funcionar las máquinas de tiempo. Algunos consideran la idea de los “agujeros tubulares”, que podrían ser atajos a través del tiempo espacial. Esta y otras ideas son interesantes experimentos del pensamiento en este momento, y tal vez no sean posibles para los objetos reales, pero están basadas en conceptos científicos sólidos. Sin embargo, en todos los viajes en el tiempo permitidos por la ciencia, no hay manera en que un viajero pueda retroceder a un momento anterior al cual se había construido la “máquina de tiempo”.

Texto extraído de Portal Ciencia: ¿Son posibles los viajes en el tiempo?

Leer tambien: Paradojas de los viajes en el tiempo.

Viajes en el tiempo.

El gran científico del siglo 20, Albert Einstein, desarrolló una teoría denominada Relatividad Especial. Las ideas de la Relatividad Especial son muy difíciles de imaginar porque no son cosas que experimentamos en la vida diaria, pero los científicos las han confirmado. Esta teoría dice que el espacio y el tiempo son realmente aspectos de la misma cosa: del tiempo espacial. Hay un límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo para cualquier cosa que viaje a través del tiempo espacial, y la luz siempre viaja al límite de velocidad.

La Relatividad Especial también dice que ocurre algo interesante al movernos a través del tiempo espacial, especialmente cuando tu velocidad relativa a otros objetos es cercana a la velocidad de la luz. El tiempo pasa más lentamente para ti que para las personas que has dejado atrás. No observarás este efecto hasta que regreses a esas personas estacionarias.

Digamos que tenías 15 años de edad cuando abandonaste la Tierra en una nave espacial viajando a aproximadamente el 99.5% de la velocidad de la luz, que es mucho más rápido de lo que podemos lograr hoy en día, y celebraste sólo cinco cumpleaños durante tu viaje espacial. Cuando llegues a casa a los 20 años de edad, ¡encontrarás que todos tus compañeros de clase tienen 65 años de edad, están jubilados y disfrutando de sus nietos!

En cierto sentido, esto significa que has estado viajando en el tiempo. Habrás experimentado sólo cinco años de vida, mientras que tus compañeros de clase habrán experimentado 50 años enteros. Esta es una manera de viajar al futuro a una velocidad mayor que 1 hora por hora.

Los viajes en el tiempo de cierto tipo también ocurren para los objetos dentro de campos gravitacionales. Einstein tenía otra teoría asombrosa denominada Relatividad General, que predice que el tiempo pasa más lentamente para los objetos en campos gravitacionales (como aquí en la Tierra) que para los objectos lejanos de tales campos. De modo que existen todo tipo de distorsiones del tiempo cerca de los agujeros negros, donde la gravedad puede ser muy intensa.

RelatividadEn los últimos años, algunos científicos han usado estas distorsiones en el tiempo espacial para pensar de posibles maneras en que podrían funcionar las máquinas de tiempo. Algunos consideran la idea de los “agujeros tubulares”, que podrían ser atajos a través del tiempo espacial. Esta y otras ideas son interesantes experimentos del pensamiento en este momento, y tal vez no sean posibles para los objetos reales, pero están basadas en conceptos científicos sólidos. Sin embargo, en todos los viajes en el tiempo permitidos por la ciencia, no hay manera en que un viajero pueda retroceder a un momento anterior al cual se había construido la “máquina de tiempo”.

Texto extraído de Portal Ciencia: ¿Son posibles los viajes en el tiempo?

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