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La teoría póstuma de Stephen Hawking: ¿y si el universo fuera finito?

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Actualizado el lunes, 7 noviembre, 2022

Antes de morir, Stephen Hawking estuvo trabajando con Thomas Hertog en una nueva teoría cosmológica.

En mayo, a penas dos meses después de que falleciese el famoso físico, su nueva teoría fue publicada en el Journal of High-Energy Physics; una teoría que desafía lo hasta ahora dicho sobre el universo.

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El físico británico conservó, durante más de tres décadas, una pizarra llena de ecuaciones, dibujos y frases cuyo significado nadie ha podido aún descifrar

«Recuerda mirar arriba, a las estrellas, y no abajo, a tus pies. Intenta encontrar el sentido a lo que ves, y pregúntate qué es lo que hace que el universo exista. Sé curioso. Y por muy difícil que te parezca la vida, siempre hay algo en lo que puedes tener éxito»

Stephen Hawking
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¿Qué dicen las teorías clásicas?

Las teorías más modernas hablan de la creación del universo a partir de una pequeña explosión de una fracción de segundo justo después del Big Bang. Se cree, además, que hay zonas del universo que nunca han dejado de crecer y que debido a los efectos cuánticos este fenómeno nunca llega a su fin, es decir, es eterno.

Según estas teorías, nuestro universo, ese que observamos, sería tan solo una mínima porción de universo donde este proceso descrito ha concluido formando estrellas y galaxias.

El pasado otoño, Hawking explicó en una entrevista que «la teoría habitual de inflación eterna predice que nuestro universo es como un infinito fractal [objeto geométrico cuya estructura básica, fragmentada o aparentemente irregular, se repite a diferentes escalas] con un mosaico de diferentes pequeños universos separados por océanos que crecen […] Las leyes de la física y la química pueden ser diferentes entre un universo y otro que, juntos, forman un multiverso. Pero nunca he sido un defensor del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, no se puede probar».

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“Me he dado cuenta que incluso las personas que dicen que todo está predestinado y que no podemos hacer nada para cambiar nuestro destino, siguen mirando a ambos lados antes de cruzar la calle”.

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La nueva teoría de Hawking y Hertog

La nueva teoría de Hawking y Hertog dice que el universo es finito y mucho más simple de lo que creemos y de lo que establecen los estudios sobre el Big Bang y que, por tanto, las teorías desarrolladas hasta ahora son erróneas. Hertog afirma que «el problema habitual con esta teoría [la hasta ahora más extendida] es que asume la existencia de un universo de fondo que evoluciona de acuerdo a la teoría general de la relatividad de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones a su alrededor. Sin embargo, la dinámica de la expansión eterna barre la separación entre la física cuántica y la clásica«.

«Predecimos que nuestro universo, a gran escala, es razonablemente liso y globalmente finito. Así que no es una estructura fractal», explica Hawking en la publicación.

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Las aplicaciones de esta nueva teoría

Si esta nueva teoría fuese refrendada por nuevas investigaciones, la teoría de los multiversos podría cambiar sustancialmente. Hawking y Hertog utilizaron su investigación para «derivar predicciones más fiables sobre la estructura global del universo». En sus conclusiones, los dos científicos defienden que «nuestros hallazgos implican una significativa reducción del multiverso a una categoría mucho más pequeña de posibles universos».

Para probar su teoría y la de Hawking, Hertog quiere estudiarla a pequeñas escalas que se encuentren al alcance de los telescopios espaciales modernos. De esta manera, podrá estudiar las ondas gravitacionales primordiales para probar si su modelo es correcto o no.

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La teoría especial de la relatividad de Einstein establece que el tiempo es relativo

Todos sabemos que Albert Einstein es uno de los científicos más famosos de todos los tiempos. Sin embargo, la vida temprana de Einstein estuvo lejos de ser brillante. Resulta que no era un gran erudito e incluso reprobó sus primeros exámenes de ingreso a la universidad. En la universidad, el joven Einstein realmente estudió para convertirse en profesor de ciencias en la escuela secundaria, pero luego no pudo conseguir un trabajo como profesor.

Einstein finalmente se encontró trabajando en la oficina de patentes suiza. Fue en 1905, en este humilde papel de empleado de patentes, cuando Einstein dejó su huella en el mundo por primera vez. ¡Y fue una gran marca! Los artículos que publicó ese año cambiarían la ciencia por completo. 

Einstein explicó por primera vez su teoría especial de la relatividad en estos artículos de 1905 En pocas palabras, esta teoría establece que la noción de tiempo es relativa, no progresa constantemente.

Puede ser un concepto difícil de entender. Después de todo, el tiempo se siente constante. Cada segundo, cada minuto, cada hora pasa exactamente a la misma velocidad. No se acelera ni se ralentiza, y parece que no hay nada que podamos hacer para cambiarlo. 

Pero el tiempo es relativo. El tiempo puede pasar a diferentes velocidades, dependiendo de diferentes circunstancias. Tiene que ver con su posición relativa y velocidad en comparación con alguien o algo más. 

Para explicarlo, usemos un ejemplo del filósofo británico Bertrand Russell. Imagina que estás en el andén de una estación. Acercándose a la estación hay un tren que viaja casi a la velocidad de la luz. Para usted, este tren parecería distorsionado y las voces de los que están dentro del tren a toda velocidad sonarían deformadas y más lentas, como un disco que se reproduce a la velocidad incorrecta. Si vieras algún reloj dentro del tren, descubrirías que corren más lento que el reloj de la estación en el andén. 

Hasta ahora, muy raro. Pero aquí está lo más extraño. Todos en el tren experimentarían las cosas con normalidad. Sus voces y movimientos aparecerían como deberían: suaves y a velocidad normal. Para ellos, los relojes del tren también funcionarían con normalidad. Pero, si te miraran en la plataforma, pensarían que estás distorsionado, hablando lentamente y moviéndote de manera extraña.

Dependiendo de la velocidad y su posición relativa a un objeto en movimiento, experimenta diferentes velocidades de tiempo. Simple, ¿verdad? 

Pero Einstein aún no había terminado. 

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Cambió la forma en que vemos la gravedad

¿Sabías que hay una enorme cantidad de energía dentro de ti? Hay una gran cantidad de energía potencial contenida en todos los átomos y moléculas de su cuerpo. Si liberaras toda la energía de tu cuerpo, generarías una explosión equivalente a 30 bombas de hidrógeno. 

Y esta energía no solo se encuentra en nuestros cuerpos. Todo lo que tenga masa, cada roca, forma de vida y planeta, tiene una enorme cantidad de energía potencial.

Albert Einstein describió esta conexión entre masa y energía en su ecuación más famosa: E = mc 2 , o la energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado . 

En pocas palabras, E = mc 2 explica cómo la masa y la energía son prácticamente la misma cosa. La masa es simplemente energía potencial lista para ser liberada. Pero este no fue el descubrimiento final de Einstein.

Publicada en 1917, la teoría de la relatividad general de Einstein propuso el concepto revolucionario de espacio-tiempo . Como sugiere el nombre, el espacio-tiempo combina las tres dimensiones del espacio con una cuarta dimensión: el tiempo. En otras palabras, el espacio y el tiempo son elementos de una misma entidad.

Puede ser bastante difícil imaginar el extraño concepto de espacio-tiempo. Una analogía útil es pensar en ella como una lámina de goma estirada. Esta hoja es plana, pero maleable: puede deformarse y doblarse.

Entre otras cosas, la idea del espacio-tiempo cambió por completo nuestra forma de pensar sobre la gravedad. La gravedad es en realidad la curva del espacio-tiempo. 

Así es como funciona. Objetos con espacio-tiempo de curva masiva. Los objetos con más masa la curvan más. A medida que los objetos más pequeños atraviesan el espacio-tiempo, terminan siguiendo estas curvas; esto, básicamente, es la gravedad.

Volvamos a nuestra hoja de caucho. Si coloca un objeto grande y redondo, digamos una bola de boliche, en el medio de la sábana, la sábana se estirará y se combará. Así es como los objetos masivos, como el sol, se estiran y curvan el espacio-tiempo.

Ahora, imagina que haces rodar una canica sobre la hoja. Hará todo lo posible para viajar en línea recta. Sin embargo, cuando la canica se acerque a la bola de boliche, comenzará a desviarse. Comenzará a seguir la pendiente del objeto más pesado. Pronto, la canica terminará dando vueltas y vueltas a la curva de la lámina de goma, justo cuando los planetas orbitan alrededor del sol.

En una elegante teoría, Einstein le explicó al mundo cómo funciona la gravedad.

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La ecuación de Dios

La humanidad ha buscado durante mucho tiempo comprender el mundo que nos rodea. Desde las primeras incursiones de Newton en la descripción de las leyes del movimiento, la ciencia moderna de la física ha logrado grandes avances en el descubrimiento de los misterios del universo. Hoy, tres de las cuatro fuerzas fundamentales están unidas bajo el Modelo Estándar, mientras que la gravedad todavía se entiende a través de las leyes de Einstein. Sin embargo, la teoría de cuerdas, un enfoque radicalmente nuevo de la física, muestra cierta promesa al unir todas estas fuerzas mediante un conjunto simple de ecuaciones que son elegantes y simétricas.

La ecuación de Dios (2021) es una mirada accesible a la historia y el presente de la física teórica. Este manual desenreda la ciencia detrás de la relatividad, la teoría de cuerdas y la búsqueda de la elusiva «teoría del todo».

Michio Kaku es un físico y educador científico de renombre mundial. Es profesor de física en la City University of New York y es autor de varios libros de gran éxito de ventas, como Beyond Einstein, The Future of Humanity , The Future of the Mind y Physics of the Impossible .

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Una breve incursión en la historia y el futuro de la física

Desde que nuestros primeros antepasados ​​miraron por primera vez las estrellas, hemos sentido curiosidad por comprender las leyes que gobiernan la vida, el universo y todo. Y aunque las mentes más agudas de la humanidad han logrado grandes avances en la comprensión del mundo físico, aún quedan muchos misterios.

Nuestra búsqueda continua para comprender la naturaleza y la estructura de la realidad es una historia fascinante. Estas claves cuentan toda la historia, comenzando con las primeras descripciones formales de la gravedad de Isaac Newton y avanzando a través de los debates contemporáneos sobre la mecánica cuántica y la teoría de cuerdas.

En el camino, aprenderá cómo los científicos han descubierto lentamente la física alucinante que gobierna el espacio y el tiempo, así como qué grandes preguntas fundamentales sobre el mundo aún no se han respondido.

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Los primeros pensadores Newton y Maxwell sentaron las bases para la física moderna

¿Existe un orden subyacente en el universo? Es una pregunta que ha desconcertado a la humanidad desde los albores de los tiempos. Después de todo, aunque la vida puede parecer caótica, ciertos patrones permanecen estables. El sol sale y se pone cada día; las manzanas siempre caen al suelo.

Hace más de 2000 años, los filósofos griegos ya intentaban explicar la naturaleza de la realidad. Aristóteles sugirió que toda la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Otro filósofo, Demócrito, propuso que el mundo constaba de partes diminutas e indivisibles llamadas átomos.

Estas primeras teorías son dignas de mención por su novedad y perspicacia, pero, a medida que la civilización clásica subía y bajaba, el progreso en estos debates se ralentizó. Pero cuando Europa entró en el Renacimiento y más allá, un nuevo grupo de pensadores comenzó a examinar las leyes de la realidad.

En el siglo XVII, los científicos nuevamente buscaban comprender el universo. En Alemania, Johannes Kepler utilizó una observación cuidadosa para describir con precisión el movimiento de los planetas en el cielo. En Italia, Galileo Galilei usó un telescopio para registrar primero los detalles de los cuerpos celestes. Pero, los dos mayores avances vinieron de Inglaterra.

Antes de Isaac Newton, la sabiduría común decía que los cielos y la Tierra estaban gobernados por leyes separadas. Pero, en 1666, Newton sugirió lo contrario. Argumentó que todo el movimiento, desde las manzanas que caen en la Tierra hasta la luna que orbita arriba, estaba determinado por un solo poder. Llamó a esta fuerza invisible gravedad y propuso que actuara sobre todos los objetos físicos por igual. Además, demostró que los efectos de la gravedad se pueden calcular y predecir utilizando ecuaciones matemáticas simples.

Unos 200 años después, James Maxwell utilizó las matemáticas para desmitificar otra fuerza invisible. Sobre la base de los experimentos anteriores de Michael Faraday, mostró que la electricidad y el magnetismo eran en realidad una fuerza unida, que por lo tanto se conoció como electromagnetismo . En una serie de ecuaciones, Maxwell demostró que el electromagnetismo se propaga mediante ondas oscilantes y que se puede transformar la electricidad en magnetismo y viceversa.

Las leyes del movimiento de Newton y las ecuaciones de Maxwell proporcionan una visión asombrosamente precisa del mundo físico. Estas ideas gemelas allanaron el camino para todas nuestras hazañas de la ingeniería moderna, desde los rascacielos y los vuelos espaciales hasta los hornos microondas y la radio. Sin embargo, a principios del siglo XX, otro pensador complicaría estas teorías. Exploraremos eso.

“Las ecuaciones de Newton y Maxwell nos dieron una teoría de todo muy convincente. . . . O al menos todo lo que se sabía entonces «.

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Einstein demostró que la física es más compleja de lo que incluso Newton predijo

Digamos que estás viajando en un tren, pero no en cualquier tren viejo. Este es un tren especial que puede alcanzar la velocidad de la luz. Ahora, imagina que mientras avanzas a toda velocidad, te encuentras con un rayo de luz que viaja en la misma dirección que tú. Si miras por la ventana, ¿qué ves?

Bueno, eso depende. Según Newton, dado que usted y el rayo de luz viajan a la misma velocidad, ambos parecerán inmóviles para el otro. Sin embargo, las ecuaciones de Maxwell dan una respuesta diferente. Dicen que el rayo no parecería estacionario. En cambio, se alejaría de ti a la velocidad de la luz.

Obviamente, aquí hay una contradicción. Afortunadamente, un joven e inteligente empleado de patentes austriaco llamado Albert Einstein pudo resolverlo.

La teoría de la gravedad de Newton y sus leyes del movimiento son muy precisas y útiles en la mayoría de los escenarios del día a día. Pero, se rompen cuando se ponen a prueba bajo ciertas condiciones, como el experimento mental con el tren de alta velocidad. Al considerar este experimento, Einstein se dio cuenta de que la respuesta de Newton probablemente era incorrecta. Esta idea lo llevó a sus dos mayores descubrimientos: la teoría de la relatividad especial y la teoría de la relatividad general.

Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, la velocidad de la luz es una constante universal. Es decir, la luz siempre se mueve al mismo ritmo, mientras que todo lo demás, incluido el espacio, el tiempo y la energía, se distorsiona a su alrededor. Esto significa que el marco de referencia del observador cambia cualquier medida. Entonces, si estás en un tren ultrarrápido, el tiempo parecerá moverse normalmente, pero, para un observador externo que se mueva en relación contigo, todas tus acciones aparecerán en cámara lenta.

Si esto parece un poco alucinante, la teoría de la relatividad general de Einstein agrega otra capa: en esta teoría, la gravedad no es causada por una fuerza invisible, sino que es un efecto de la curvatura del espacio mismo. Imagínese una bola de boliche sentada sobre un colchón. A medida que la masa de la bola dobla el cojín, crea una depresión que capturaría cualquier canica perdida que pase rodando. La gravedad funciona de la misma manera, excepto a una escala mucho mayor. Simplemente cambie la pelota y el colchón por un planeta y la tela del espacio-tiempo. 

Si bien son contradictorias, estas leyes se han confirmado experimentalmente desde entonces. Por ejemplo, los relojes atómicos colocados en aviones de alta velocidad de hecho marcan más lentamente que los mismos relojes en tierra. Sin embargo, a pesar de su brillantez, Einstein no pudo predecir la próxima gran revolución en la física: la ciencia enredada de la teoría cuántica.

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La mecánica cuántica describe el extraño mundo de las partículas subatómicas

En 1910, el físico Ernest Rutherford puso un trozo de radio en una caja de plomo. El recipiente tenía una pequeña abertura que daba a una fina lámina de oro. Rutherford esperaba que el radio disparara un rayo de radiación a través del agujero y sobre la hoja, creando un patrón.

Pero, en lugar de un patrón, no había nada. La radiación atravesó el oro. Mientras Rutherford continuaba con el experimento, llegó a una conclusión sorprendente. Los átomos, los componentes básicos de la materia, no eran tan sólidos como se pensaba anteriormente. En realidad, consistían en un núcleo diminuto orbitado por electrones aún más diminutos. En su mayoría eran espacios vacíos.

Este descubrimiento inusual fue solo el comienzo. Resulta que las leyes que gobiernan esas diminutas partículas son aún más extrañas.

Aunque Newton demostró que las mismas leyes del movimiento se aplican tanto en los cielos como en la Tierra, no se puede decir lo mismo del interior de un átomo. Verá, a escalas minúsculas surge un nuevo conjunto de leyes físicas. Estos se llaman mecánica cuántica y el mundo que describen es muy diferente al que experimentamos en nuestra vida cotidiana.

Un aspecto extraño de la mecánica cuántica es que no es determinista. Mientras que las leyes de Newton y Einstein dan predicciones sobre el mundo, la mecánica cuántica solo da probabilidades. Para comprender esto, es útil observar los electrones. Si bien los electrones son partículas, se comportan como ondas. Entonces, mientras ocupan ubicaciones específicas, saber exactamente qué ubicaciones es difícil. Solo podemos adivinar la probabilidad de que un electrón esté en un espacio específico en cualquier momento. Esto a veces se denomina principio de incertidumbre y fue elaborado por primera vez por el físico Werner Heisenberg.

Esta incertidumbre está ilustrada por el famoso experimento mental del gato de Schrödinger. Imagínese un gato en una caja con un poco de uranio. Cuando el uranio se descompone, dispara un arma que mata al gato. Sin embargo, esa desintegración radiactiva es un evento cuántico; no podemos predecir cuándo ocurrirá. Entonces, hasta que abramos la caja y revisemos al gato, el pobre animal existe tanto como vivo como muerto.

Si todo esto suena complicado, no se desanime. ¡Tales propiedades extrañas incluso desconcertaron a Einstein, quien pensó que la teoría cuántica era ridícula! Pero, a pesar de las objeciones, su precisión no tiene paralelo. Usando las leyes de la mecánica cuántica, los científicos han logrado avances serios, desde el descubrimiento de la antimateria y el ADN hasta la construcción de transistores, láseres y la bomba atómica.

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El modelo estándar nos acerca un paso más a una teoría del todo

Según los físicos, nuestro universo contiene cuatro fuerzas fundamentales. Primero, está la gravedad, el efecto de deformación del espacio-tiempo descrito por Einstein. A continuación, está el electromagnetismo, que explica el comportamiento de la luz y los electrones y se detalla en las ecuaciones de Maxwell y la teoría cuántica. Y finalmente, está la fuerza fuerte, que une los núcleos de los átomos, y la fuerza débil, que impulsa su desintegración.

Si bien estas diversas fuerzas se entienden de forma aislada, los científicos creen que cada una es solo una pieza de un rompecabezas más grande. Para comprender verdaderamente la estructura subyacente del universo, debe haber una teoría que una todos estos elementos en un sistema, una así llamada teoría del todo, o ecuación de Dios .

Hasta ahora, nadie ha podido resolver este acertijo; sin embargo, algunos intentos se han acercado tentadoramente.

La búsqueda de una teoría del todo ha dejado perplejos a muchas mentes brillantes. A lo largo de los años, Einstein, Schrödinger, Heisenberg y muchos otros intentaron y fracasaron en producir una solución viable. Parte del problema es que cuanto más aprenden los científicos sobre el mundo físico, más complicado se vuelve. Pero, en la década de 1970, surgió un consenso general en torno a una teoría llamada Modelo Estándar .

El modelo estándar proviene de décadas de investigación de cientos de pensadores diferentes. Para construir la teoría, los científicos utilizaron máquinas llamadas aceleradores de partículas para romper protones y neutrones en partículas aún más pequeñas llamadas quarks y leptones. Al estudiar el comportamiento de estas motas verdaderamente minúsculas, los investigadores escribieron ecuaciones que unen la mecánica cuántica con las fuerzas débiles y fuertes.

El modelo estándar se celebra por describir con precisión gran parte del mundo. Por ejemplo, el modelo predijo la existencia del bosón de Higgs, una partícula elemental que da masa a otras partículas, como los quarks. En 2012, los científicos que trabajaban con el Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador de partículas gigante en Ginebra, Suiza, encontraron evidencia del bosón, lo que confirma la teoría.

Pero los problemas persisten. El modelo estándar es ridículamente complicado. Sus ecuaciones contienen muchas constantes misteriosas que los científicos no comprenden. Y el modelo no tiene en cuenta la gravedad en absoluto; de hecho, es preocupante que cualquier intento de integrar la gravedad en el modelo haya fracasado. Dadas estas lagunas en el conocimiento, el modelo no se ajusta a algunas de las anomalías más curiosas del universo, como los agujeros negros. Echaremos un vistazo más de cerca a estos fenómenos.

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El espacio profundo proporciona un entorno excelente para probar nuevas teorías

Hagamos un viaje a 53 millones de años luz de la Tierra. Aquí, en las profundidades del centro de una galaxia llamada M87, hay un monstruo. Con un peso de cinco mil millones de veces la masa del sol, esta entidad gigantesca tiene suficiente gravedad para consumir cualquier cosa que se acerque.

Por supuesto, estamos hablando de un agujero negro . Estos extraños fenómenos ocurren cuando los objetos se vuelven tan masivos y tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitacional. Las fuerzas presentes en un agujero negro son tan extremas que incluso Einstein las descartó originalmente como imposibles. Sin embargo, ahora sabemos que el universo está lleno de ellos.

Estudiar las peculiaridades de estos extraños objetos y otras anomalías cósmicas nos ayuda a perfeccionar nuestras teorías actuales.

A veces, la mejor manera de refinar las teorías científicas es examinar casos extremos que las llevan al límite. Por esta razón, los investigadores que intentan desarrollar una teoría unificada de todo a menudo dirigen su mirada hacia los vastos confines del espacio. La investigación cuidadosa del cosmos ha revelado dónde fallan las teorías actuales, así como las oportunidades potenciales para avanzar.

Por ejemplo, una vez se consideró que los agujeros negros eran callejones sin salida. Según la visión de la gravedad de Einstein, todo lo que hay dentro de uno se pierde para siempre. Sin embargo, Stephen Hawking argumentó que esto no es necesariamente cierto. Al aplicar el principio de incertidumbre de la teoría cuántica, Hawking sugirió que los agujeros negros deberían emitir partículas perdidas gradualmente. Y, efectivamente, los científicos han detectado esta llamada radiación de Hawking , lo que demuestra que la mecánica cuántica y la gravedad interactúan de formas previamente desconocidas.

Otro fenómeno, llamado radiación cósmica de fondo de microondas , o CMBR, sugiere que la mecánica cuántica tuvo un papel clave en la formación del universo. CMBR es la energía que quedó del Big Bang. La teoría cuántica predice que esta radiación no se distribuye uniformemente. Y, de hecho, parece estar lleno de ondas, lo que muestra que las fuerzas cuánticas estaban operando desde los primeros momentos de nuestro universo.

Pero aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, el universo se expande a un ritmo cada vez más rápido. Actualmente, los científicos explican esta aceleración utilizando un concepto llamado energía oscura . Sin embargo, nadie sabe con certeza qué es exactamente la energía oscura o cómo funciona. Pero, por supuesto, hay teorías. Los exploraremos a continuación.

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La teoría de cuerdas tiene el potencial de unir la teoría de la gravedad de Einstein y el modelo estándar

Durante el siglo pasado, la teoría de la gravedad de Einstein y la mecánica cuántica se han mantenido una al lado de la otra. Estas dos teorías fundamentales son útiles, pero profundamente incompatibles.

El problema es que combinarlos requiere una partícula que transporta la gravedad, llamada gravitón. Sin embargo, cualquier cálculo que incluya un gravitón produce resultados sin sentido. Las matemáticas simplemente no cuadran. Pero, a partir de finales de los 70, un puñado de científicos adoptó un nuevo enfoque.

Propusieron que las partículas subatómicas no eran meros puntos, sino que emergían de la vibración de cuerdas inmensamente pequeñas. Cada vibración diferente producía una partícula diferente, incluido el misterioso gravitón. Y, de manera crucial, en este modelo, las matemáticas funcionan. La teoría de cuerdas podría describir interacciones entre gravitones y otras partículas cuánticas.

La teoría de cuerdas se basa en una matemática extraordinariamente compleja. Sin embargo, su atractivo como teoría proviene de su asombrosa simplicidad. Verá, la teoría demuestra simetría. En física, esto significa que las ecuaciones que describen las interacciones de las partículas siempre se equilibran. Si bien las teorías anteriores a menudo producían resultados infinitos y, por lo tanto, sin sentido, la teoría de cuerdas describe las interacciones con mucha más fluidez.

Una teoría de cuerdas manera esto es por el emparejamiento de partículas con un supercompañera o spartícula . Los electrones se emparejan con selectrones, los quarks con squarks y los leptones con sleptons. La inclusión de estas espartículas en ecuaciones permite que los componentes matemáticos difíciles, llamados correcciones cuánticas , se cancelen. Lo que queda atrás son ecuaciones que reflejan con precisión el comportamiento de las cuatro fuerzas.

La teoría de cuerdas nos pide que ampliemos nuestra comprensión de la realidad de nuevas formas. Para que las matemáticas funcionen tan perfectamente, el universo debe tener más dimensiones. Si bien la física clásica se basa en cuatro dimensiones (tres espaciales, más el tiempo), la teoría de cuerdas requiere diez o, en algunos casos, once. Según los teóricos de las cuerdas, estas dimensiones adicionales están “enrolladas” o dobladas de manera que las hacen en gran medida inaccesibles para nosotros, pero significativas para las propias cuerdas.

Como era de esperar, una teoría tan abstracta tiene sus detractores. Una crítica central es que, si bien la teoría de cuerdas es hermosa en el papel, no se ha confirmado experimentalmente de ninguna manera. Para detectar el gravitón de la teoría se requeriría un acelerador de partículas un cuatrillón de veces más fuerte que el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra. En el futuro, los nuevos enfoques pueden refinar y reelaborar la teoría, pero por ahora, muchos físicos sienten que es nuestro mejor modelo hasta ahora.

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Una teoría del todo plantea muchas cuestiones filosóficas profundas

En sus últimos años, Einstein siguió siendo una destacada celebridad intelectual. Debido a su notoriedad, recibió un flujo constante de correos de admiradores. Sin embargo, la mayoría de las cartas no se referían a la física; muchas solo le preguntaban si creía en Dios.

Da la casualidad de que Einstein no creía en el Dios bíblico. Es decir, no veía a Dios como una deidad benevolente preocupada por los asuntos humanos. Pero sí creía en Dios como lo describió el filósofo Spinoza. Este Dios es más una idea. Es el concepto mismo de que el universo tiene un orden profundo, duradero y hermoso.

De alguna manera, una teoría del todo cumpliría este mismo papel. Revelaría que toda la realidad está organizada de una manera profunda y elegante.

Digamos que mañana los científicos descubrirán una teoría de todo, una que sea comprobable y verdadera más allá de toda duda. ¿Cómo cambiaría tu vida? Honestamente, probablemente no tanto. Si bien un modelo físico preciso del universo puede desbloquear avances tecnológicos en el futuro, no hay garantía de que cambie algo para usted en el día a día.

No, las implicaciones de tal teoría son de naturaleza más filosófica. Una teoría del todo mostraría que todo el tejido de la realidad, desde las partículas subatómicas más diminutas y fugaces hasta la gran vastedad en expansión del espacio, está gobernado por un solo orden. Para muchos, comprender este orden es lo más cercano que puede estar la humanidad a leer la mente de Dios.

Pero una teoría del todo no resolvería todos los misterios. Puede describir cómo surgió nuestro universo y por qué se ve así, pero deja una pregunta abierta: ¿ Por qué existe? ¿Qué fuerza puso en práctica estas leyes físicas? ¿Y qué precedió a nuestro universo? Esta fuerza enigmática a veces se llama el primer motor, y para algunos, es Dios.

También existe la atractiva posibilidad de que nuestro universo no esté solo. Más bien, es solo un reino en un multiverso eterno más amplio. En esta concepción, que está respaldada por la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica, fuera de nuestro universo se encuentra un tipo de hiperespacio donde nuevos universos entran y salen constantemente de la existencia. Cada uno podría ser radicalmente diferente al nuestro. Por ahora, siguen siendo un misterio, pero a medida que avanza la ciencia, también podemos descubrir sus secretos.

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