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Hiperespacio de Michio Kaku

 
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yemeth



Unido: 06 Jan 2005
Mensajes: 1389

MensajePosted: Thu Sep 06, 2007 11:48 am    Enviar tema: Hiperespacio de Michio Kaku Responder citando

 

Michio Kaku es un profesor de física teórica del City College de Nueva York, donde lleva dedicado más de 25 años a la enseñanza. Ha sido también profesor visitante en el Instituto para Estudios Avanzados de Princeton y en la Universidad de Nueva York, y con más de 70 artículos escritos para publicaciones de física es también el co-fundador de la Teoría de Campos de Cuerdas, una rama de la teoría física de las Supercuerdas.

Es también conocido por su faceta como divulgador, y es el autor de varios libros, entre ellos el que nos ocupa en este comentario: Hiperespacio.

A grandes rasgos, en "Hiperespacio" Michio Kaku va a pegar un repaso a toda la física del Siglo XX, acabando por ir más allá de la mecánica cuántica e introduciéndonos en conceptos avanzados de la física actual como Kaluza-Klein, física cuántica y el Modelo Estándar, las Teorías de la Gran Unificación (GUT), y ante todo el que es su propio campo de investigación, la teoría de supercuerdas. El autor desarrollará también una serie de conceptos necesarios para acercarnos a esta teoría como los de dimensiones superiores (con las supercuerdas, nuestro universo tiene diez dimensiones).

Mi pretensión con este comentario en buena parte ha sido intentar ordenar un poco toda la información que encontré en el libro, copiar y conservar partes que me han resultado especialmente interesantes para tenerlas a mano; y ya que nos ponemos, que pueda animar a que otros se acerquen a un libro que es especialmente interesante viniendo de un reconocido investigador en la vanguardia actual de la física.


Kaluza-Klein y espacios multidimensionales

El autor se arroja tras algunos datos autobiográficos a mostrarnos su encuentro con esa "cosa rara" que cuenta que te encontrabas en sus tiempos de forma lateral al estudiar físicas, y que siempre impresionaba: una teoría conocida como "Kaluza-Klein" que fue abandonada en los años 20. Considerada típicamente por la física posterior una especulación extravagante, se trataba de una explicación alternativa ante el enigma de la propagación de la luz a través del vacío.

Una idea de por qué la luz se propaga por el vacío fue inventarse el éter, pero al parecer se demostró que no existía. La solución más habitual y que acabó venciendo fue... dejar de lado el asunto y olvidarlo. Pero la teoría de Kaluza-Klein afirmaba que "si la luz podía viajar a través del vacío era porque el propio espacio estaba vibrando, debido a que el 'vacío' realmente existía en cuatro dimensiones de espacio y una de tiempo. Añadiendo la quinta dimensión, la fuerza de la gravedad y la luz podían unificarse de una forma sorprendentemente simple."

Aunque esta teoría tenía demasiados problemas, se nos introduce en el libro como la base a partir de la cuál surgieron las investigaciones en torno a la idea de que nuestro universo existe como vibración en un espacio mayor a tres dimensiones, así como la moderna teoría de supercuerdas. Pero todavía era pronto. En 1925, cuando aún se especulaba con Kaluza-Klein, surge arrasando la mecánica cuántica, dejando la teoría de Kaluza-Klein de lado durante sesenta años.


Revolución Cuántica

El autor nos describe la forma en que la cuántica llegó para derribar todos los esquemas: "Para comprender la velocidad con que esta revolución demolió a sus rivales, hay que señalar que todavía a comienzos de los años veinte algunos científicos mantenían serias reservas sobre la existencia de los 'átomos'. Lo que no podía verse o medirse directamente en el laboratorio, decían despectivamente, no existe. Pero para 1925 y 1926, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg y otros habían desarrollado una descripción matemática casi completa del átomo de hidrógeno [...]. Para ellos, la química ya no sería una ciencia fundamental. De ahora en adelante, sería 'física aplicada'".

Se nos describe la cuántica como opuesta a Einstein, además de aturdidora de Kaluza-Klein: "En casi todos los sentidos de la palabra, la teoría cuántica es lo contrario de la teoría de Einstein. La relatividad general de Einstein es una teoría del cosmos, una teoría de las estrellas y las galaxias que se mantienen unidas en el tejido contínuo del espacio y el tiempo. La teoría cuántica, por el contrario, es una teoría del microcosmos, donde las partículas subatómicas se mantienen unidas por fuerzas de tipo partícula danzando en el escenario estéril del espacio-tiempo que se considera una arena vacía, desprovista de cualquier contenido. De este modo, las dos teorías son antagónicas"


La teoría cuántica serviría en cualquier caso para destruir por completo la obsoleta visión newtoniana del universo: gracias a algunas de las consecuencias de la cuántica, ahora en el centro de nuestras ideas sobre la realidad se situaban el azar y la incertidumbre. En este nuevo escenario, resulta ser imposible modelizar el movimiento de todas las partículas del universo. El autor describe este y algunos efectos menos conocidos pero igualmente espectaculares:

"Esta es una de las predicciones más desconcertantes de la teoría cuántica. [...] . Un experimento sencillo que demuestra la corrección del efecto túnel cuántico empieza colocando un electrón en una caja. Normalmente, el electrón no tiene suficiente energía para atravesar las paredes de la caja. Si la física clásica es correcta, entonces el electrón nunca dejará la caja. Sin embargo, según la teoría cuántica, la onda de probabilidad del electrón se difunde a través de la caja y se filtra al mundo exterior. El filtrado a través de la pared puede calcularse exactamente con la ecuación de ondas de Schrödinger; es decir, hay una pequeña probabilidad de que la posición del electrón esté en algún lugar fuera de la caja. Otra manera de decir esto es que existe una probabilidad finita aunque pequeña de que el electrón pase por efecto túnel a través de la barrera (la pared de la caja) y salga de la caja. Cuando se mide en el laboratorio el ritmo al que los electrones pasan a través de estas barreras, los números concuerdan exactamente con la teoría cuántica.

[...]

Por ejemplo, yo estoy ahora sentado en una silla. La idea de que mi cuerpo atraviese repentinamente las moléculas de la pared cercana y se reúnan, sin ser invitadas, en la sala de estar de alguna otra persona no es una idea agradable. También es poco probable. Sin embargo, la mecánca cuántica postula que existe una probabilidad finita (aunque pequeña) de que incluso los sucesos más extraños y poco probables -tales como despertarnos una mañana y encontrar nuestra cama en mitad de la selva amazónica- sucedan realmente. Todos los sucesos, por muy extraños que sean, son reducidos a probabilidades por la teoría cuántica. [...]- La cuestión, no obstante, es que esas probabilidades tienden a cero para objetos grandes, tales como los seres humanos. La probabilidad de que pasemos por efecto túnel a través de una pared durante el tiempo de vida del universo conocido es infinitesimalmente pequeña.

[...]

Según la interpretación estricta de la teoría cuántica, la Luna, antes de que sea observada, no existe realmente tal como la conocemos. La Luna puede estar, de hecho, en uno cualquiera de entre un número infinito de estados, incluyendo el estado de estar en el cielo, de estar explotando, o de no estar allí en absoluto. Es el proceso de medida que consiste en mirarla el que decide que la Luna está realmente girando alrededor de la tierra.
"


Michio Kaku explica después cómo a partir de la cuántica aparecería la teoría del campo de Yang-Mills, y a partir de ahí lo que se conoce como Modelo Estándar, que "explica cada fragmento de datos experimentales relativos a partículas subatómicas. [...]. El Modelo Estándar afirma que los protones, neutrones y otras partículas pesadas no son partículas fundamentales en absoluto, sino que constan de algunas partículas aún más minúsculas, llamadas quarks. Estos quarks, a su vez, se presentan en una amplia variedad: tres 'colores' seis 'sabores'. (Estos nombres no tienen nada que ver con los colores y sabores reales). Existen también las réplicas en antimateria, llamados antiquarks (La antimateria es idéntica a la materia en todos los aspectos, excepto que las cargas están invertidas y se aniquila al contacto con la materia ordinaria). Esto nos da un total de 3 x 6 x 2 = 36 quarks. Los quarks, a su vez, se mantienen unidos por el intercambio de pequeños paquetes de energía [cuantos], llamados gluones. Matemáticamente, estos gluones se describen mediante el campo de Yang-Mills, que se 'condensa' en una sustancia pegajosa y de tipo pasta de caramelo que 'pega' los quarks permanentemente. El campo del gluón es tan intenso y liga los quarks tan estrechamente que los quarks nunca pueden ser separados uno del otro."

Sin embargo, se queja el autor de esta concepción de lo que es una teoría física. La compara con la botánica: la considera una descripción perfectamente ajustada a los resultados de los experimentos realizados hasta ahora, pero no una "teoría final de la materia". El modelo estándar detalla cada interacción, y las distintas partículas y componentes, pero no los principios subyacentes a todo ello, no los orígenes de esa variedad de formas en las que se manifiesta la materia. En un momento de ardiente defensa de la rama de las supercuerdas, Michio Kaku considera que "el Modelo Estándar no es física real; se parece más a coleccionar sellos, ordenando las partículas subatómicas de acuerdo con algunas simetrías superficiales, pero sin la menor intuición sobre la procedencia de las simetrías [...]. Análogamente, cuando Charles Darwin tituló su libro 'Sobre el origen de las especies', estaba yendo mucho más allá de la taxonomía al dar la explicación lógica para la diversidad de animales en la naturaleza.". Y otro problema del Modelo Estándar sería aún más grave: había algo, un detalle, que se escapaba. No había quien metiese en todo este modelo la fuerza de la gravedad.


La venganza de Einstein

Afirma Michio Kaku que el Modelo Estándar moriría de éxito en la década de los 80 en el Siglo XX, creándose un suelo fértil para que surgieran ideas revolucionarias para unificar las fuerzas físicas incluyendo esta vez la de la gravedad. La alternativa que tuvo éxito recuperó la teoría de Kaluza-Klein dormida en los años 20 tras aparecer de la mecánica cuántica. Extendería el número de dimensiones de la teoría de Kaluza-Klein, y su éxito comenzó al comprobarse que el Modelo Estándar y el campo de Yang-Mills emergían como consecuencia de las nuevas teorías. Estas nuevas teorías se acercaban más al "por qué", que a un registro de los resultados observados experimentalmente. Pero necesitarían aún ser completadas con la llegada de las "supercuerdas".

Con la teoría de las supercuerdas, llega un punto en el que según el autor, se puede "explicar la naturaleza de la materia y el espacio-tiempo. [...] Incluso con el Modelo Estándar tenemos un desconcertante número de 'partículas elementales'. La teoría de cuerdas responde a esta pregunta porque la cuerda, alrededor de 100 trillones de veces más pequeña que un protón, está vibrando; cada modo de vibración representa una resonancia o partícula distinta [...]. Cada partícula subatómica corresponde a una resonancia distinta que vibra sólo a una frecuencia característica."

En espacios de dimensiones más altas, se unifican las cuatro fuerzas físicas que gobiernan la naturaleza: fuerza electromagnética, nuclear fuerte y débil y gravedad. Según el autor, "la materia en el universo y las fuerzas que la mantienen unida, que se presentan en una variedad confusa e infinita de formas complejas, pueden ser simplemente vibraciones diferentes del hiperespacio. Este concepto, sin embargo, va en contra del pensamiento tradicional entre los científicos, que han visto el espacio y el tiempo como un escenario pasivo en el que las estrellas y los átomos juegan el papel principal"

Como si de una venganza hermética se tratara, el autor nos lleva un poco más allá respecto a las ideas de la vibración:

"La ventaja de este espacio decadimensional es que tenemos 'suficiente sitio' en el que acomodar las cuatro fuerzas fundamentales. Además, tenemos una imagen física sencilla con la que explicar la confusa mezcolanza de partículas subatómicas producidas por nuestros potentes colisionadores de átomos. Durante los últimos treinta años, centenares de partículas subatómicas han sido cuidadosamente catalogadas y estudiadas por los físicos entre los restos producidos al hacer colisionar protones y electrones con átomos. Como coleccionistas de insectos que dan nombre pacientemente a una vasta colección de bichos, los físicos han estado a veces abrumados por la diversidad y complejidad de dichas partículas subatómicas. Hoy, esta confusa colección de partículas subatómicas puede explicarse como meras vibraciones en la teoría del hiperespacio.

[...]

Pero las cuerdas no parecen ser una estructura preferida por la naturaleza en el diseño de los cielos. No vemos cuerdas en el espacio exterior. De hecho, me explicaba mi colega, no vemos cuerdas en ninguna parte.

Un momento de reflexión, sin embargo, revelará que la naturaleza ha reservado un papel especial a las cuerdas, como un ladrillo básico para otras formas. Por ejemplo, la característica esencial de la vida en la Tierra es la molécula de ADN similar a una cuerda, que contiene la información compleja y el código de la propia vida. Para construir la materia de la vida, tanto como la materia subatómica, las cuerdas parecen ser la respuesta perfecta. En ambos casos, queremos encerrar una gran cantidad de información en una estructura reproducible y relativamente simple. La característica distintiva de una cuerda es que es una de las formas más compactas de almacenar grandes cantidades de datos de un modo en que la información pueda ser replicada.
"


Regresando a los espacios multidimensionales, el autor explica cómo las diez dimensiones espaciales -sin tener en cuenta el tiempo- que ha de tener nuestra realidad según la teoría de las supercuerdas, no funcionan como uno esperaría: según esta teoría, sólo existió un universo perfecto de diez dimensiones en el momento del Big Bang. Pero este universo era inestable. El universo "eventualmente se 'rompió' en dos universos separados: un universo de cuatro dimensiones y otro de seis. El universo en el que vivimos nació en ese cataclismo cósmico. Nuestro universo tetradimensional se expandió de forma explosiva, mientras que nuestro universo gemelo hexadimensional se contrajo violentamente hasta que se redujo a un tamaño casi infinitesimal. Esto explicaría el origen del Big Bang. Si es correcta, esta teoría demuestra que la rápida expansión del universo fue simplemente una consecuencia secundaria de un suceso cataclísmico mucho mayor, la ruptura de los propios espacio y tiempo [...] Esta teoría predice que nuestro universo sigue teniendo un gemelo enano, un universo compañero que se ha enrollado en una pequeña bola de seis dimensiones que es demasiado pequeña para ser observada."

A la teoría de supercuerdas le queda aun así un problema enorme por solventar: según el autor, aunque a nivel teórico es una teoría convincente del universo, es una teoría inverificable, adelantada a su tiempo. Carecemos de tecnología, y puede que no la haya en mucho mucho tiempo, capaz de comprobar la teoría experimentalmente y considerarla así confirmada.




Concluyendo

Y bueno espero que el resumir por allí copypastear por allá, no haya dejado la cosa muy espesa, pero no es un libro completo por nada. Y eso que estas cosas descritas a grandes rasgos no son todo. El autor nos habla también de la naturaleza de los agujeros negros y su posible uso como túneles a otros universos. De agujeros de gusano capaces de doblar el espacio. De viajes en el tiempo y de las implicaciones que su posibilidad tendría en la ruptura de la causalidad. De cintas de Möbius,... todo con un carácter muy divulgativo, en un librazo para acercarnos a ese tipo de cosas en las que están pensando realmente en serio los físicos en nuestros días.
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El iluminado de turno



Unido: 26 May 2007
Mensajes: 144

MensajePosted: Thu Sep 06, 2007 7:43 pm    Enviar tema: Responder citando

Hay otro libro estupendo sobre física teórica "acongojante" titulado "El Universo Vecino". Está en la editorial "La Liebre de Marzo". Hace poco ví por ahí un articulo bastante interesante sobre Consciencia, Agujeros de gusano y sacerdotes mayas. Uhbf. Aquí

un saludo
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